Brevet FR2913479A1 — publié le 20080912

L'invention concerne un joint tournant ainsi qu'un rotor correspondant pour appareil à hélices entraînées par l'éjection de gaz sous pression sur une pale de l'hélice, notamment pour moteur à gaz. Un hélicoptère est connu du document FR 996 034. Celui-ci comporte un rotor équipé d'une hélice composée de plusieurs pales. L'hélicoptère comporte des moyens de génération de gaz sous pression et des têtes d'éjection des gaz disposées aux extrémités des pales. L'éjection des gaz sous pression entraîne en rotation les pales et permet ainsi la sustentation et le déplacement de l'appareil. Les gaz sous pression doivent ainsi être acheminés depuis les moyens de génération des gaz jusqu'à l'extrémité des pales entraînées en rotation par l'intermédiaire d'une conduite d'acheminement des gaz. Pour cela est prévu un joint tournant permettant d'assurer la continuité entre la partie mobile et la partie fixe de la conduite. Les joints tournants comportent généralement une première et une seconde parties mobiles l'une par rapport à l'autre autour d'un axe de rotation et comprenant respectivement une première et une seconde portions de conduite, disposées suivant l'axe de rotation des parties mobiles et dans le prolongement l'une de l'autre, de manière à former une conduite continue étanche destinée à assurer l'acheminement d'un gaz sous pression. Les joints tournants connus ne peuvent tolérer des pressions de gaz élevées. En effet, ils ne peuvent généralement pas tolérer des pressions supérieures à 4 bars environ. La force de sustentation de l'hélicoptère étant directement dépendante de la pression des gaz éjectés, les résultats obtenus avec une pression faible obligent à limiter le poids de l'hélicoptère et de son chargement. L'invention vise à résoudre cet inconvénient en proposant un joint tournant capable de résister à de fortes pressions des gaz. A cet effet, l'invention concerne un joint tournant du type précité caractérisé en ce que les première et seconde parties mobiles comportent chacune une zone d'interface présentant une pluralité d'éléments en saillie et en retrait de formes complémentaires, les éléments en saillie et en retrait de l'une des parties s'imbriquant avec les éléments en saillie et en retrait de l'autre partie de manière à former des chambres de décompression à volume croissant , les zones d'interfaces étant situées à distance l'une de l'autre sans frottement entre elles, et en ce qu'au moins l'une des deux parties mobiles comporte au moins une buse d'injection de gaz sous pression débouchant dans l'espace délimité par les deux zones d'interface. La conduite d'acheminement des gaz est ainsi composée de deux portions mobiles en rotation l'une par rapport à l'autre. Les gaz sous haute pression ont alors tendance à s'échapper dans l'espace délimité par les deux zones d'interfaces des parties mobiles. Les éléments en retrait et en saillie de chacune des deux zones d'interfaces forment des chambres de décompression de volume croissant visant à créer des pertes de charge singulières dépendant des profils choisis. Le débit de fuite des gaz s'échappant par l'ensemble de chambres de décompression est ainsi réduit de manière substantielle. L'injection de gaz sous pression au moyen de la buse d'injection permet de réaliser une contre-pression limitant encore la fuite de sous pression. Ce joint tournant permet d'augmenter la puissance du moteur à gaz 15 tout en diminuant les coûts de fabrication et de maintenance. Selon un mode de réalisation de l'invention, la ou les buses d'injection sont réglables. Avantageusement, les éléments en saillie et en retrait sont formés par des ailettes annulaires coaxiales délimitant entre elles des rainures 20 annulaires complémentaires, les ailettes de l'une des parties mobiles s'imbriquant dans les rainures de l'autre partie mobile et inversement pour délimiter les chambres de décompression. Selon un mode de réalisation, les ailettes présentent un bord formant avec le fond de la rainure situé en regard un rétrécissement progressif. 25 Ces dispositions permettent d'augmenter la perte de charge au passage du bord de l'ailette. Préférentiellement, les zones d'interface s'étendent concentriquement à l'axe de rotation et perpendiculairement à ce même axe. Ces dispositions permettent de ménager simplement un ensemble 30 de chambres de décompression de volume croissant. Selon une caractéristique de l'invention, la ou les buses d'injection sont disposée en périphérie de la zone d'interface correspondante. Cette caractéristique permet de diminuer l'échappement des gaz à l'extérieur du joint tournant tout en créant un volume étendu de gaz sous 35 pression entre les deux parties mobiles. Selon un mode de réalisation, la ou les buses d'injection débouchent dans une gorge ménagée dans la paroi de la zone d'interface et s'étendant sur une circonférence autour de l'axe de rotation. Cette disposition permet de répartir la contre pression crée par la 5 buse sur la circonférence de la zone d'interface. Avantageusement, la pression des gaz injectés par la buse d'injection est inférieure à 10 % de la pression des gaz circulant dans les portions de conduite. Selon une caractéristique de l'invention, la ou les buses d'injection 10 sont reliées à l'une des portions de conduite. Il est ainsi possible de régler simplement le flux de la buse d'injection en fonction de la pression des gaz circulant dans la conduite. En effet, en cours d'utilisation, la pression des gaz circulant dans la conduite est amenée à varier. Or, une pression insuffisante ou trop importante 15 au niveau de la buse d'injection perturbe le fonctionnement du joint tournant. La liaison ainsi créée entre la buse d'injection et la conduite d'acheminement des gaz permet d'ajuster au mieux le flux d'injection de la buse sans nécessiter d'asservissement particulier. L'invention concerne en outre un rotor pour moteur à gaz, , 20 caractérisé en ce qu'il comporte un joint tournant selon l'invention. L'invention concerne également un appareil à hélice entraînée par l'éjection de gaz sous pression sur une pale de l'hélice, notamment un hélicoptère, caractérisé en ce qu'il comporte un rotor selon l'invention. Grâce aux dispositions selon l'invention, la charge utile 25 transportable par l'appareil est augmentée car la puissance du moteur est augmentée. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce joint tournant. 30 Figure 1 est une représentation schématique d'un hélicoptère équipé d'un joint tournant selon l'invention ; Figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un joint tournant, Figure 3 est une vue partielle agrandie de la coupe représentée en figure 2. 35 Figure 4 est une vue schématique du profil d'une ailette, en coupe selon un plan comprenant l'axe de rotation du joint. La figure 1 représente un hélicoptère 1 selon l'invention, comportant un fuselage présentant une cabine 2 à l'intérieur de laquelle sont disposés des moyens de génération de gaz sous pression de type turbine 3. Les gaz sous pression sont amenés dans une conduite d'acheminement des gaz 4. L'hélicoptère 1 comporte en outre un rotor 5, monté en rotation sur le fuselage par l'intermédiaire d'un joint tournant 6 comprenant une partie fixe 7 et une partie mobile 8 et par l'intermédiaire duquel la continuité de la conduite 4 est assurée. Le rotor est équipé de pales 9 comportant également des canaux ou conduites 10 d'acheminement des gaz raccordées au joint tournant 6, visant à amener les gaz au niveau des extrémités correspondantes des pales 9. Ces extrémités sont équipées de têtes d'éjection 11 des gaz sous pression permettant, du fait du couple exercé sur le rotor 5, l'entraînement des pales 9. Ce type d'hélicoptère présente l'avantage de ne pas nécessiter de rotor arrière, habituellement nécessaire afin de compenser le couple exercé par un entraînement classique des pales. Les coûts de la fabrication et de la maintenance de ce type d'hélicoptère sont donc réduits dans une très grande proportion. On s'intéressera plus particulièrement au joint tournant 6, représenté aux figures 2 et 3. Comme vu précédemment, le joint tournant 6 comporte une première partie fixe 7 et une seconde partie 8, mobile en rotation par rapport à la partie fixe 7 autour d'un axe de rotation A. Les première et seconde parties 7, 8 comprennent respectivement une première 12 et une seconde 13 portions de conduite, disposées suivant l'axe de rotation A des parties fixe et mobile 7, 8, et dans le prolongement l'une de l'autre, de manière à former une conduite continue étanche destinée à assurer l'acheminement d'un gaz sous pression. La partie fixe 7 comporte une zone tubulaire 14 présentant une extrémité 15 disposée en amont par rapport au sens d'acheminement des gaz B, raccordée à la conduite 4, et une extrémité aval 16 tournée vers les pales 9. La zone tubulaire 14 comporte une couronne externe 17 servant à l'appui d'un plateau 18 monté autour de la zone tubulaire 14 et fixé à la couronne 17 par l'intermédiaire de vis 19. Un capot 20 est en outre fixé au plateau fixe 18, en périphérie de celui-ci. Le capot 20 délimite avec le plateau fixe 18 un volume destiné à accueillir la partie mobile 8 et ajouré au niveau de l'axe de rotation A, comme cela apparaît en figure 2. La partie mobile 8 comporte une première zone tubulaire 21, disposée en aval de la zone tubulaire 14 de la partie fixe 7. La première zone tubulaire 21 comporte une extrémité amont, tournée vers la partie fixe et une seconde extrémité aval, tournée vers les pales. La partie mobile 8 est couplée aux pales de l'hélicoptère 9, ces dernières formant ou comportant des conduites ou canaux d'acheminement des gaz 10, raccordées à la seconde portion de conduite 13. Plus précisément, la première zone tubulaire 21 est raccordée aux canaux ou conduites 10 des pales 9 au niveau de son extrémité aval et vient, au niveau de son extrémité amont, en regard de la zone tubulaire 14 de la partie fixe 7 de manière à former une conduite continue d'acheminement des gaz, comme vu précédemment. La partie mobile 8 comporte en outre une seconde zone tubulaire 22 de plus grand diamètre que la première 21, formant une jupe s'étendant depuis l'extrémité amont de la première zone tubulaire 21 et venant recouvrir l'extrémité aval 16 de zone tubulaire 14 de la partie fixe 7. La partie mobile 8 comporte en outre un plateau 23 fixé à la seconde zone tubulaire 22, monté autour de la zone tubulaire 14 de la partie fixe 7 et en regard du plateau fixe 18. Le plateau mobile 23 ainsi qu'une partie de la seconde zone tubulaire 22 sont disposés à l'intérieur du volume délimité par le capot 20, le jour 24 ménagé dans celui-ci permettant le passage de la seconde zone tubulaire 22. Comme cela apparaît plus particulièrement à la figure 3, des roulements à billes 25 sont disposés entre la paroi externe de la zone tubulaire 14 de la partie fixe 7 et la paroi interne de la jupe 22 de la partie mobile 8, notamment par l'intermédiaire d'un manchon de serrage 26 et d'une entretoise 27. Une butée à billes 28 est en outre disposée entre le capot 20 et le plateau mobile 23. Les plateaux fixes 7 et mobiles 8, disposés en regard l'un de l'autre, définissent des zones ou surfaces d'interface se faisant face et d'encastrant les unes dans les autres. Les zones d'interfaces présentent une pluralité d'ailettes annulaires coaxiales 29 délimitant entre elles des rainures annulaires complémentaires, les ailettes 29 de l'une des parties fixe ou mobile s'imbriquant dans les rainures de l'autre partie et inversement en laissant un jeu entre les ailettes. Entre deux ailettes successives et le fond des rainures correspondantes est délimitée une chambre de décompression C, qui communique avec des chambres de décompression adjacentes C' au niveau du bord des ailettes 29. Avantageusement, les ailettes 29 peuvent présenter un bord de forme biseautée, de façon à ce que la distance entre le bord de l'ailette et le fond de la rainure en regard diminue en s'éloignant de l'axe de rotation A, ainsi 10 que représenté sur la figure 4. Cette disposition permet d'augmenter la perte de charge lors du passage d'une chambre de décompression C à la chambre de décompression C' adjacente. Les zones d'interfaces s'étendent concentriquement à l'axe de 15 rotation A et perpendiculairement à ce même axe de rotation A et forment ainsi des chicanes ou joint labyrinthe 30 comportant une zone proximale, c'est-à-dire située à proximité de l'axe de rotation, et une zone distale périphérique. Les chambres de décompression délimitées par les ailettes et les rainures présentent un volume croissant à partir de l'axe de rotation vers l'extérieur des 20 zones d'interfaces, car elles occupent une circonférence de diamètre croissant. Ces chambres de décompression sont toutes concentriques par rapport à l'axe de rotation A du joint. La zone tubulaire 14 de la partie fixe 7 comporte des ouvertures transversales 31, débouchant au niveau des zones d'interface, plus 25 précisément dans la proximale de celles-ci. La partie fixe 7 est en outre équipée de buses d'injection de gaz sous pression 32, reliées à la première portion de conduite 12 et débouchant dans l'espace délimité par les deux zones d'interface 30. Les buses d'injection 32 sont préférentiellement disposées en périphérie de la zone d'interface 30 correspondante 30. Les buses d'injection débouchent dans une gorge, non représentée au dessin, ménagée dans la paroi de la zone d'interface et s'étendant sur une circonférence autour de l'axe de rotation. Selon une variante de réalisation, les buses d'injection peuvent être 35 réglables. Le joint tournant est en outre équipé de moyens de mesure de la pression des gaz dans la conduite d'acheminement ainsi formée. Les gaz issus des moyens de génération 3 circulent dans la conduite d'acheminement 4, à une pression pouvant aller au moins jusqu'à 15 bars et dépasser cette valeur. Les gaz pénètrent ensuite successivement dans la première 12 et la seconde 13 portions de conduite, pour finalement être éjectés par les têtes d'éjection 11 des pales 9 par l'intermédiaire des conduites ou canaux 10 formés dans celles-ci. Lorsque les gaz circulent au travers de la première portion de conduite 12, une partie des gaz traverse les ouvertures 31 puis est dirigée vers l'espace délimité entre les deux zones d'interface 30. Cet espace en forme de chicane ou de labyrinthe crée des pertes de charge singulières permettant de réduire le débit de fuite des gaz. L'adjonction d'une contre-pression par l'intermédiaire des buses d'injection 32 permet encore de limiter les fuites de gaz et forme un volume ou coussin de gaz sous pression entre les deux zones d'interface 30. La pression des gaz injectés par la buse est comprise entre 0,5 et 0, 8 bar dans l'exemple considéré. Entre les deux plateaux 18 ,23, les gaz se détendent dans les 20 chambres de décompression dont le volume augmente en s'éloignant de l'axe de rotation A, la pression diminuant donc en s'éloignant de l'axe. Les gaz s'échappant du volume précité au niveau de la zone périphérique des plateaux 18, 23 sont dirigés vers une chambre 33 délimitée par le plateau mobile 23, le capot fixe 20 et la butée à billes 28. Des ouvertures 25 additionnelles 34 sont ménagées dans le capot 20 de manière à permettre l'échappement des gaz contenu dans la chambre précitée 33. Selon une variante de réalisation non représentée, ces ouvertures additionnelles peuvent être situées au niveau du plan de joint. Le joint tournant selon l'invention, bien qu'équipant un hélicoptère 30 dans la forme réalisation décrite ci-dessus, pourrait également équiper d'autres types d'appareil à hélices entraînées par l'éjection de gaz sous pression sur une pale de l'hélice. Le joint tournant selon l'invention pourrait également être adapté à des turbines ou à des compresseurs, afin de résoudre le même problème 35 technique, à savoir d'assurer une étanchéité satisfaisante pour des pressions importantes. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce dispositif, décrite ci-dessus à titre d'exemple, mais elle embrasse au contraire toutes les variantes. En particulier, si l'on veut augmenter la pression dans la conduite, il 5 est possible d'augmenter le nombre de chambres de décompression. REVENDICATIONS 1. Joint tournant (6) comportant une première (7) et une seconde (8) parties mobiles l'une par rapport à l'autre autour d'un axe de rotation (A) et comprenant respectivement une première (12) et une seconde (13) portions de conduite, disposées suivant l'axe de rotation (A) des parties mobiles (7, 8) et dans le prolongement l'une de l'autre, de manière à former une conduite continue étanche destinée à assurer l'acheminement d'un gaz sous pression, caractérisé en ce que les première et seconde parties mobiles (7, 8) comportent chacune une zone d'interface (30) présentant une pluralité d'éléments en saillie et en retrait (29) de formes complémentaires, les éléments en saillie et en retrait (29) de l'une des parties (7, 8) s'imbriquant avec les éléments en saillie et en retrait (26) de l'autre partie (7, 8) de manière à former des chambres de décompression à volume croissant, les zones d'interfaces étant situées à distance l'une de l'autre sans frottement entre elles, et en ce qu'au moins l'une des deux parties mobiles (7, 8) comporte au moins une buse d'injection de gaz sous pression (32) débouchant dans l'espace délimité par les deux zones d'interface (30). 2. Joint tournant (6) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ou les buses d'injection (32) sont réglables. 3. Joint tournant selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments en saillie et en retrait sont formés par des ailettes annulaires coaxiales (29) délimitant entre elles des rainures annulaires complémentaires, les ailettes (29) de l'une des parties mobiles (7, 8) s'imbriquant dans les rainures de l'autre partie mobile (7, 8) et inversement pour délimiter les chambres de décompression. 4. Joint tournant selon la revendication 3, caractérisé en ce que les ailettes (29) présentent un bord formant avec le fond de la rainure situé en 30 regard un rétrécissement progressif. 5. Joint tournant (6) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les zones d'interface (30) s'étendent concentriquement à à l'axe de rotation (A) et perpendiculairement à ce même axe (A). 6. Joint tournant (6) selon l'une des revendications 1 à 5, 35 caractérisé en ce que la ou les buses d'injection (32) sont disposée en périphérie de la zone d'interface (30) correspondante. 7. Joint tournant (6) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la ou les buses d'injection débouchent dans une gorge ménagée dans la paroi de la zone d'interface et s'étendant sur une circonférence autour de l'axe de rotation (A). 8. Joint tournant (6) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la pression des gaz injectés par la buse d'injection (32) est inférieure à 10 % de la pression des gaz circulant dans les portions de conduite (12, 13). 9. Joint tournant (6) selon l'une des revendications 1 à 8, 10 caractérisé en ce que la ou les buses d'injection (32) sont reliées à l'une des portions de conduite (12, 13). 10. Rotor (5) pour moteur à gaz, caractérisé en ce qu'il comporte un joint tournant (6) selon l'une des revendications 1 à 9. 11. Appareil à hélices entraînées par l'éjection de gaz sous 15 pression sur une pale de l'hélice, notamment hélicoptère (1), caractérisé en ce qu'il comporte un rotor selon la revendication 10.