Brevet FR2928344A1 — publié le 20090911

DISPOSITIF D'AMORTISSEMENT ET SYSTEME DE ROTOR D'AERODYNE L'INCORPORANT. La présente invention concerne un dispositif d'amortissement en particulier destiné à former un amortisseur de mode de traînée pour pale d'hélicoptère, et un système de rotor d'aérodyne à voilure tournante, tel qu'un rotor d'hélicoptère, incorporant ce dispositif. L'invention s'applique d'une manière générale aux amortisseurs utilisés non seulement dans le domaine aéronautique, mais également dans d'autres domaines industriels impliquant des oscillations angulaires autour d'une articulation adjacente à un rotor. De manière connue, les rotors sustentateurs d'hélicoptères ont un moyeu de type articulé qui est pourvu pour chaque pale d'une articulation dite de traînée qui est située autour d'un axe perpendiculaire au plan cle la pale et qui donne à celle-ci une liberté d'oscillation angulaire dans le plan de rotation du rotor. On cherche à assurer autour de cette articulation un rappel élastique de chaque pale vers sa position angulaire moyenne, de façon à pouvoir ajuster la fréquence propre de l'ensemble de chaque pale en traînée, étant précisé qu'il est nécessaire d'amortir ces oscillations angulaires de traînée de pales pour minimiser la transmission des efforts dynamiques de traînée de chaque pale vers la structure de l'hélicoptère. Les dispositifs d'amortissement de traînée connus qui sont utilisés entre chaque pale et le rotor sont principalement de deux types. Comme illustré à la figure 1 ci-jointe, on distingue un premier type de tels dispositifs 1 utilisant uniquement un amortisseur élastomère 2 de section annulaire (usuellement à base d'un caoutchouc silicone) qui est cisaillé entre les parois respectives d'un bâti cylindrique externe 3 et d'un tube interne 4. Un inconvénient majeur de cette solution qui est très simple à mettre en oeuvre réside, d'une part, dans la très forte rigidification du dispositif aux faibles amplitudes d'excitation et, d'autre part, dans sa sensibilité excessive à la température extérieure. Un autre inconvénient de ce premier type de dispositifs d'amortissement est qu'ils sont surtout utilisables sur des appareils légers. On distingue un second type de dispositifs d'amortissement de traînée principalement pour de gros appareils, utilisant des systèmes hydrauliques complexes usuellement à base de clapets, de pistons et de passages calibrés, et permettant de conserver un taux d'amortissement à peu près constant dans une large gamme d'amplitudes d'excitation. On peut par exemple citer le document EP-B-O 759 128 pour la description d'un tel dispositif, qui comporte deux amortisseurs élastomères annulaires qui sont montés autour d'un tube interne et qui sont séparés entre eux par une chambre de compensation annulaire à piston communiquant avec des chambres de travail également annulaires, étant précisé que cette chambre de compensation peut également être délimitée par un diaphragme ou un soufflet métallique, Si ces dispositifs sont relativement performants, ils présentent néanmoins l'inconvénient d'impliquer une corr-plexité technique certaine, qui requiert en outre une maintenance importante. Un but de la présente invention est de proposer un dispositif d'amortissement qui remédie aux inconvénients précités, ce dispositif étant en particulier destiné à former un amortisseur de mode de traînée pour pale d'hélicoptère et comportant : - un bâti radialement externe destiné à être couplé à un premier élément tournant, tel qu'une pale d'hélicoptère, et un élément radialement interne monté coaxialement au bâti et destiné à être couplé à un second élément tournant, tel qu'un rotor d'hélicoptère, le bâti et l'élément interne présentant chacun une symétrie de révolution, - au moins un amortisseur élastomère de section transversale annulaire monté solidaire du bâti et de l'élément interne, et - une chambre de travail qui est délimitée par le bâti et par l'amortisseur élastomère et qui communique avec une chambre de compensation délimitée par un organe souple hautement déformable monté :30 coaxialement à l'élément interne, ces chambres étant remplies d'un fluide hydraulique. 25 A cet effet, un dispositif d'amortissement selon l'invention est tel que la chambre de travail est formée en une première extrémité du dispositif et communique avec la chambre de compensation par une structure poreuse surmontant une ouverture d'extrémité de l'organe souple, lequel est monté à l'intérieur de l'élément interne de telle sorte que, en réponse à des mouvements relatifs du bâti et de l'élément interne, la variation de volume de la chambre de travail force le fluide à s'écouler à travers cette structure poreuse pour que la chambre de compensation compense cette variation de volume. On notera que ce dispositif selon l'invention permet de conserver un taux d'amortissement sensiblement constant indépendamment de l'amplitude de l'excitation, par exemple dans une plage de vibrations d'excitation allant de 0,5 mm à 20 mm environ entre un rotor et une pale d'hélicoptère, tout en présentant une structure relativement simple même pour des appareils relativement lourds, et que ce dispositif présente également l'avantage d'être peu sensible à la température, remédiant ainsi de manière satisfaisante aux inconvénients précités en relation avec les deux types de dispositifs d'amortissement évoqués ci-dessus. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, ladite 20 structure poreuse peut être formée d'un disque métallique à base d'un matériau fritté ou de fibres compressées. Avantageusement, ledit organe souple peut être formé d'un soufflet métallique ou d'une membrane élastique et est monté mobile au contact de la paroi dudit élément interne. 25 Encore plus avantageusement, ledit organe souple peut être formé d'un soufflet métallique à diaphragme qui est guidé à l'intérieur dudit élément interne par des moyens de guidage aptes à s'opposer à la force centrifuge dont le dispositif est le siège. Ces moyens de guidage peuvent par exemple comprendre : 30 - un revêtement antifriction pour ledit soufflet: qui est formé sur la face radialement interne de la paroi dudit élément interne, et/ou - un tube fixé sur ladite structure poreuse et s'étendant contre la face radialement interne de la paroi dudit soufflet le long de ce dernier. Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit dispositif d'amortissement comprend en outre avantageusement une chambre auxiliaire qui est formée en une seconde extrémité du dispositif en étant délimitée par ledit élément interne en regard dudit amortisseur élastomère, et dans laquelle est confiné un gaz sous pression pour éviter la cavitation dudit fluide dans lesdites chambres de travail et de compensation. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'amortisseur élastomère peut s'étendre sensiblement sur toute la longueur axiale dudit élément interne, lequel présente de préférence une paroi cylindrique, et sensiblement sur une portion également cylindrique en regard dudit bâti. On notera en variante que les parois du bâti et de l'élément interne selon l'invention pourraient en variante présenter des formes ou tronçons tronconiques, à la place ou en plus de tronçons cylindriques. Egalement à titre préférentiel, ledit bâti présente, en ladite première extrémité du dispositif, une portion sensiblernent tronconique prolongeant ladite portion cylindrique et délimitant extérieurement ladite chambre de travail. Un système de rotor d'aérodyne à voilure tournante selon l'invention, tel qu'un rotor d'hélicoptère, comporte au moins un dispositif d'amortissement tel que défini ci-dessus entre le rotor et ladite voilure. Avantageusement, la Demanderesse a pu établir que ce dispositif d'amortissement selon l'invention est apte à conférer à ce système, entre le rotor et ladite voilure, un taux d'amortissement des vibrations qui est sensiblement constant dans une plage d'amplitudes de vibrations d'excitation allant de 0,5 mm à 20 mm, ce taux étant en outre sensiblernent indépendant de la température extérieure. :30 D'autres avantages, caractéristiques et détails de l'invention ressortiront du complément de description qui va suivre en référence à des dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples et crans lesquels : la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un dispositif d'amortissement de mode de traînée selon un exemple de l'art antérieur, et la figure 2 est une vue en coupe axiale d'un dispositif d'amortissement de mode de traînée selon l'invention. Comme illustré à la figure 2, un dispositif d'amortissement 101 selon l'invention, qui est en particulier apte à amortir le mode de traînée de palles d'hélicoptère, comporte essentiellement : - un bâti 102 radialement externe qui est par exemple desliné à être couplé à une pale d'hélicoptère (non illustrée) par une première articulation 103 et qui comporte une portion globalement cylindrique 102a se prolongeant par une portion tronconique convergente 102b en une première extrémité 104 du dispositif 101 adjacente à cette première articulation 103, - un élément tubulaire 105 radialement interne monté coaxialement au bâti 102 et par exemple destiné à être couplé à un rotor d'hélicoptère (non illustré) par une seconde articulation 106, - un amortisseur élastomère 107 de section transversale annulaire monté solidaire du bâti 102 et de l'élément interne 105, et - deux chambres hydrauliques de travail 108 et de compensation 109 qui sont respectivement formées en la première extrémité 104 du dispositif 101 et à l'intérieur de l'élément interne 105 et qui communiquent entre elles par une structure poreuse 110, ces chambres 108 et 109 étant toutes deux remplies d'un fluide hydraulique tel qu'une huile silicone, par exemple. Plus précisément, l'amortisseur élastomère 107 s'étend quasiment sur toute la longueur axiale de l'élément interne 105 et de la portion cylindrique 102a en regard du bâti 102. Cet amortisseur 107 présente, vu en demi-section axiale, sensiblement une forme de trapèze isocèle dont la grande base cylindrique 107a est solidarisée avec les faces externes respectives des parois cylindriques de l'élément interne 105 et de la structure poreuse 110, dont la petite base cylindrique 107b est solidarisée avec la face interne de la portion cylindrique 102a du bâti 102, dont un premier côté latéral annulaire 107c est fixé en la première extrémité 104 du dispositif 101 et dont un second côté latéral annulaire 107d est fixé contre une seconde extrémité 111 du dispositif 101 adjacente à la seconde articulation 106. L'amortisseur 107 est monté solidaire du bâti 102, de l'élément interne 105 et de la structure poreuse 110 via des moyens de fixation mécanique 112 traversant radialement les parois correspondantes de ces trois ensembles. La chambre de travail 108 est délimitée, premièrement, par la portion tronconique 102b du bâti 102 et par une portion d'extrémité 102c du bâti 102 sensiblement radiale où converge la portion tronconique 102b et, deuxièmement, par le côté latéral annulaire 107c de l'amortisseur 107 et par la structure poreuse 110. La chambre de compensation 109 est délimitée par un organe souple hautement déformable 113 monté coaxialement et à l'intérieur de l'élément interne 105, sur la majeure partie de la longueur axiale de ce dernier. Dans l'exemple préférentiel de la figure 2, l'organe souple 113 est constitué d'un soufflet métallique à diaphragme dont les crêtes des ondulations sont guidées contre la face interne de la paroi de l'élément interne 105 par des moyens de guidage (non visibles) aptes à s'opposer à la force centrifuge dont le dispositif 101 est le siège en utilisation du fait de la rotation du rotor adjacent. Ces moyens de guidage peuvent comprendre un revêtement antifriction radialement extérieur au soufflet 113 qui est formé par un chemisage de la face interne de la paroi de l'élément interne 105, avantageusement combiné au montage d'un tube radialernent intérieur au soufflet 113 qui est fixé sur la structure poreuse 110 et qui s'étend le long du soufflet 113 contre la face interne des creux des ondulations de celui-ci. La structure poreuse 110 surmonte une ouverture d'extrémité du soufflet 113, et elle est avantageusement formée d'une cassette circulaire ou disque métallique à base d'un matériau fritté ou de fibres compressées, qui est encastrée dans un support annulaire 110a dont une base externe circulaire 110b est montée de niveau avec le premier côté 107c de l'amortisseur élastomère 107. Le dispositif d'amortissement 101 selon l'invention comprend en outre une chambre auxiliaire 116 qui est formée en la seconde extrérnité 111 du dispositif 101 en étant délimitée par la partie de l'élément interne 105 en regard de l'amortisseur 107, et dans laquelle est confiné un gaz sous pressüon pour éviter la cavitation du fluide hydraulique remplissant les deux autres chambres de travail 108 et de compensation 109. Cette chambre auxiliaire 116 est séparée du soufflet 113, et donc de la chambre de compensation 109 qu'il renferme, par une plaque radiale circulaire 117 formant cloison étanche. En fonctionnement, en réponse à des mouvements imposés aux deux extrémités 104 et 111 du dispositif d'amortissement 101, la variation de volume de la chambre de travail 108 force le fluide hydraulique à s'écouler à travers la structure poreuse 110 pour que la chambre de compensation 109 compense cette variation de volume, et amortisse ainsi de manière satisfaisante les vibrations en mode de traînée de chaque pale d'hélicoptère, dans cet exemple de réalisation, avec un taux d'amortissement à peu près indépendant de l'amplitude d'excitation et de la température extérieure. REVENDICATIONS 1) Dispositif d'amortissement (101), en particulier destiné à former un amortisseur de mode de traînée pour pale d'hélicoptère, 5 comportant : -un bâti (102) radialement externe destiné à être couplé à un premier élément tournant, tel qu'une pale d'hélicoptère, et un élément radialement interne (105) monté coaxialement au bâti et destiné à être couplé à un second élément tournant, tel qu'un rotor d'hélicoptère, le bâti et l'élément 10 interne présentant chacun une symétrie de révolution, - au moins un amortisseur élastomère (107) de section transversale annulaire monté solidaire du bâti et de l'élément interne, et - une chambre de travail (108) qui est délimitée par le bâti et par l'amortisseur élastomère et qui communique avec une chambre de 15 compensation (109) délimitée par un organe souple hautement déformable (113) monté coaxialement à l'élément interne, ces chambres étant remplies d'un fluide hydraulique, caractérisé en ce que la chambre de travail est formée en une première extrémité (104) du dispositif et communique avec la chambre de 20 compensation par une structure poreuse (110) surmontant une ouverture d'extrémité de l'organe souple, lequel est monté à l'intérieur de l'élément interne de telle sorte que, en réponse à des mouvements relatifs du bâti et de l'élément interne, la variation de volume de la chambre de travail force le fluide à s'écouler à travers cette structure poreuse pour que la chambre de 25 compensation compense cette variation de volume. 2) Dispositif d'amortissement (101) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite structure poreuse (110) est formée d'un disque métallique à base d'un matériau fritté ou de fibres compressées. 3) Dispositif d'amortissement (101) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit organe souple (113) est formé d'un soufflet 30métallique ou d'une membrane élastique et est monté mobile au contact de la paroi dudit élément interne (105). 4) Dispositif d'amortissement (101) selon la revendication 3, 5 caractérisé en ce que ledit organe souple (113) est formé d'un soufflet métallique à diaphragme qui est guidé à l'intérieur dudit élément interne (105) par des moyens de guidage aptes à s'opposer à la force centrifuge dont le dispositif est le siège. 5) Dispositif d'amortissement (101) selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de guidage comprennent : - un revêtement antifriction pour ledit soufflet (113) qui est formé sur la face radialement interne de la paroi dudit élément interne (105), et/ou - un tube fixé sur ladite structure poreuse (110) et s'étendant contre la face radialement interne de la paroi dudit soufflet le long de ce dernier. 6) Dispositif d'amortissement (101) selon une des 20 revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une chambre auxiliaire (116) qui est formée en une seconde extrémité (111) du dispositif en étant délimitée par ledit élément interne (105) en regard dudit amortisseur élastomère (107), et dans laquelle est confiné un gaz sous pression pour éviter la cavitation dudit fluide dans lesdites chambres de travail 25 (108) et de compensation (109). 7) Dispositif d'amortissement (101) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit amortisseur élastomère (107) s'étend sensiblement sur toute la longueur axiale dudit 30 élément interne (105), lequel présente une paroi cylindrique, et sensiblement sur une portion également cylindrique (102a) en regard dudit bâti (102). 10 15io 8) Dispositif d'amortissement (101) selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit bâti (102) présente, en ladite première extrémité (104) du dispositif, une portion sensiblement tronconique (102b) prolongeant ladite portion cylindrique (102a) et délimitant extérieurement ladite chambre de travail (108). 9) Système de rotor d'aérodyne à voilure tournante, tel qu'un rotor d'hélicoptère, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif d'amortissement (101) selon une des revendications précédentes entre le rotor et ladite voilure. 10) Système de rotor d'aérodyne selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit dispositif (101) est apte à conférer à ce système, entre le rotor et ladite voilure, un taux d'amortissement sensiblement constant dans une plage d'amplitudes de vibrations d'excitation allant de 0,5 mm à 20 mrn, ce taux étant en outre sensiblement indépendant de la température extérieure.