Brevet FR2946619A1 — publié le 20101217

DISPOSITIF D'ORIENTATION DES DERIVES POUR HELICOPTERE A ROTORS CONTRAROTATIFS La présente invention concerne la réalisation des moyens d'orientation des dérives d'un hélicoptère à deux rotors contrarotatifs et s'applique plus particulièrement aux hélicoptères bi-rotors à pilotage pendulaire. Dans un tel hélicoptère, le pas des pales des deux rotors est fixe et la vitesses de rotation desdits rotors sont généralement égales et opposées. Pour permettre le pilotage en lacet, ces hélicoptères sont alors munis de dérives orientables. Ces dérives sont généralement orientées autour d'un axe sous l'action d'un vérin et placées sous le rotor de façon à pouvoir agir lorsque l'hélicoptère est en vol stationnaire. Cette invention s'applique également aux hélicoptères classiques à deux rotors contrarotatifs en permettant à ceux-ci de tourner à la même vitesse ou en évitant d'installer un dispositif de pas différentiel entre les rotors 'pour assurer la commande en lacet. Elle s'applique aussi à tout aéronef à décollage vertical, munis de rotors et de dérives. Le brevet américain n° 5 791 592 décrit un hélicoptère à pilotage pendulaire muni de deux paires de dérive, l'une placée sous le rotor et tournant autour d'un axe horizontal sensiblement parallèle à l'axe de vol de la machine et l'autre placé plus en arrière et tournant autour d'un axe vertical, la première agissant donc pendant les phases de vol stationnaire et la seconde agissant pendant les phases de déplacement. Le brevet français n°2 801 034 décrit un hélicoptère à pilotage pendulaire dont les dérives, placées sous les rotors, tournent autour d'un axe incliné de façon à pouvoir agir aussi bien en vol stationnaire qu'en vol de déplacement. Le dispositif d'orientation des dérives selon l'invention apporte un avantage décisif car, non seulement il augmente les performances des dérives et permet d'en réduire la surface mais il permet aussi d'assurer des fonctions d'aérofreins et de plan stabilisateur. 2946619 - 2 L'invention consiste à monter chacune des dérives sur une rotule pour leur permettre de prendre n'importe qu'elle orientation par rapport à un axe horizontal perpendiculaire à la direction de vol normal de l'hélicoptère sans toutefois 5 tourner autour dudit axe. Ces dérives sont orientées par au moins deux vérins ou actionneurs pour assurer la fonction d'orientation de lacet. L'adjonction de vérins supplémentaire permet d'obtenir les 10 fonctions d'aérofrein, de plan stabilisateur et de redondance. L'invention s'applique à tout aéronef pour lesquels on modifie la direction d'action de surfaces aérodynamique .. 15 L'invention s'applique aussi bien à des aéronefs non pilotés qu'à des aéronefs pilotés, à moteurs thermiques ou électriques. L'invention concerne donc un 'Dispositif d'orientation des dérives pour hélicoptère à rotors contrarotatifs du type 20 comportant: - un fuselage, une tête de rotor équipée de deux rotors contrarotatifs tournant autour d'un même axe, au moins une dérive orientable et de préférence deux, 25 caractérisé en ce que la et de préférence les deux dérives sont articulées chacune autour d'un point et rendues mobiles autour d'au moins deux axes sensiblement perpendiculaires à l'axe de tangage sans pouvoir tourner autour dudit axe de tangage de l'hélicoptère. 30 Des modes de réalisation de l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est une vue en perspective écorchée d'un 35 hélicoptère à pilotage pendulaire selon l'art antérieur, La figure 2 est une vue en perspective d'une première réalisation du dispositif selon l'invention, La figure 3 est une vue partielle détaillée dispositif de la figure 2, La figure 4 est une vue de dessus du dispositif de la figure 2 en position de virage en translation, La figure 5 est une vue arrière du dispositif de la figure 2 en position de rotation en vol stationnaire, La figure 6 est une vue de dessus du dispositif de la figure 2 en position de virage pendant une transition du vol stationnaire vers le vol en translation, La figure 7 est une vue en perspective d'une réalisation préférée du dispositif selon l'invention, La figure 8 est une vue arrière du dispositif de la figure 7 en position de couple à cabrer, et La figure 9 est une vue arrière du dispositif de la 15 figure 7 en position de freinage, La figure 10 est une vue de l'une des dérives montrant la disposition des points de fixation et d'articulation, et La figure 11 est une d'un moyen préféré d'articulation des dérives. 20 La figure 1 montre un exemple de réalisation non pilotée d'un hélicoptère à pilotage pendulaire selon l'art antérieur. Il comporte : - un fuselage 1, 25 deux rotors contrarotatifs, 2 et 3 - au moins une et de préférence deux dérives orientables 4 et 5, tournant chacune autour d'un axe incliné 40 et 41. Ainsi que le montrent les figures 2 et 3, la constitution 30 générale d'un hélicoptère équipé du dispositif selon l'invention est analogue à celle de l'hélicoptère selon l'art antérieur. Cet hélicoptère comprend : un fuselage 1 ayant un trièdre de référence dont un premier 35 axe 6 est l'axe de roulis de la machine, un second axe 7 est l'axe de tangage et un troisième axe 8 est l'axe de lacet, une tête rotor 9, ayant un axe 10, équipée de deux rotors contrarotatifs 2 et 3, 2946619 - deux dérives 4 et 5. Ces deux dérives 4 et 5 sont elles-mêmes fixées chacune à une extrémité, respectivement 11 et 12, d'une barre porte-dérives 5 13, ayant un axe 18 sensiblement parallèle à l'axe de tangage 7, par l'intermédiaire d'une articulation, respectivement 14 et 15 La barre porte-dérive 13 est elle-même fixée sur un tube de 10 dérive 16 par l'intermédiaire, par exemple, d'une pièce en forme de T 17, figure 4. Enfin, le tube de dérive 16 est fixé à l'intérieur et l'arrière du fuselage 1. Les articulations 14 et 15 sont réalisées à l'aide de moyens permettant une rotation des dérives autour de n'importe quel axe perpendiculaire à la barre porte-dérives 13, tout en interdisant toute rotation autour de l'axe 18 de ladite barre porte-dérives 13. Un moyen préféré de réalisation desdites articulations consiste à utiliser un cardan à deux degrés de liberté constitué de deux chapes 40 et 41 articulées sur une noix 42 à l'aide de deux axes 43 et 44, figure 11. Ces moyens peuvent évidemment être réalisés par tout autre moyen et notamment à l'aide de rotules. Les dérives 4 et 5 comportent chacune un moyen de fixation 19, placé sensiblement au premier tiers avant de leur longueur, et prévu pour se fixer sur l'articulation 14 et 15 respectivement, Elles comportent également chacune deux points d'articulation 20 et 21, du type rotule par exemple, placés chacun sur une droite, respectivement 22 et 23, passant par le point de fixation 19, lesdites droites 22 et 23 étant sensiblement perpendiculaires entre elles. Dans les exemples de réalisation, les droites 22 et 23 sont respectivement orientées sensiblement vers le haut et vers 2946619 - 5 l'arrière de chacune des dérives et donc sensiblement parallèles aux axes respectivement de lacet 8 et de roulis 6. Toute autre orientation peut être prise en fonction de la disposition des actionneurs et des moyens de commande , ceci 5 sans sortir du cadre de l'invention. La pièce en T 17 est organisée de façon à recevoir deux actionneurs 24 et 25, de préférence rotatifs, muni chacun d'un levier 26 et 27. Lesdits leviers, dans une position de repos, 10 sont sensiblement parallèles à l'axe de lacet 8 de l'hélicoptère. Ces actionneurs peuvent être électriques, hydraulique, pneumatiques ou mus par tout autre moyen. Les leviers 26 et 27, sont munis, à leur extrémité mobile, d'un 15 moyen de fixation, de préférence une rotule double, 28 et 29. Le levier 26 est relié aux points d'articulation 20 de chacune des dérives 4 et 5 par deux tringles 30 et 31 qui viennent s'accrocher d'un côté à la rotule double 28 et de l'autre aux 20 articulations 20 de chacune des dérives 4 et 5. De la même façon, le levier 27 est relié aux points d'articulation 21 de chacune des dérives 4 et 5 par deux tringles 32 et 33 qui viennent s'accrocher d'un côté à la rotule double 29 et de l'autre aux articulations 21 de chacune des dérives 4 et 5. 25 Ainsi décrit, le dispositif d'orientation des dérives selon l'invention fonctionne comme suit. Lorsque l'hélicoptère est en vol stationnaire, juste après le 30 décollage par exemple, le vent relatif susceptible d'exercer une action sur les gouvernes provient essentiellement des rotors et est donc dirigé de bas en haut. Pour le faire tourner vers la gauche, il faut agir sur l'actionneur supérieur 24 de façon à tirer la tringle 30 et à repousser la tringle 31. Ceci 35 aura pour effet d'incliner les deux dérives 4 et 5 vers la droite vu de l'arrière, figure 5. Le vent du rotor exercera une poussée sur lesdites dérives vers la droite, ce qui aura pour effet de faire pivoter l'hélicoptère vers la gauche. Lorsque l'hélicoptère est en déplacement rapide vers l'avant, les dérives ne sont pratiquement plus soumises au vent du rotor. pour tourner à droite, il faut alors utiliser, figure 4, le vent résultant du déplacement axial et orienter les dérives à l'aide de l'actionneur 25 pour repousser la tringle 33 et tirer la tringle 32 à l'aide de la rotule double 29. Les dérives 4 et 5 tourneront alors autour d'un axe sensiblement parallèle à l'axe de lacet 8 et la force du vent créera une poussée vers la gauche qui fera tourner l'hélicoptère vers la droite. Enfin, pendant les périodes de transition entre le vol stationnaire et le vol de translation, les dérives passent progressivement de l'influence du vent du rotor à celle du vent de translation. Il sera alors intéressant de combiner les mouvements des deux actionneurs pour optimiser l'orientation des dérives par rapport au vent résultant des rotors et du déplacement. Une variante préférée du dispositif d'orientation des rotors consiste à utiliser non pas deux mais 4 actionneurs ainsi que le montre la figure 7 où les actionneurs 24 et 25 ne sont plus reliés qu'aux tringles respectivement 30 et 32 et ou deux autres actionneurs 34 et 35 munis de leviers 36 et 37 équipés de rotules simples 38 et 39 agissent sur les tringles 31 et 33. Chacun des quatre actionneurs est alors commandé séparément en fonction des besoins du pilotage. Cette disposition apporte une redondance au système et de nouvelles possibilités. En effet, il est par exemple possible de faire agir les actionneurs 24 et 34 en sens inverse, chacun repoussant la tringle 31 ou 33 à laquelle il est relié, figure 8. Ceci aura pour effet d'incliner vers la droite, vu de l'arrière, la dérive 5 et vers la gauche la dérive 4. Cette inclinaison crée ainsi un effet de plan horizontal qui peut être utiliseé pour 2946619 - 7 la stabilisation du pilotage en tangage. Une action combinée, également en sens inverse, sur les deux autres actionneurs 25 et 35 permettre d'ajuster finement l'orientation du plan horizontal et d'obtenir ainsi un couple à cabrer ou un couple à piquer ainsi que l'homme de l'art le comprendra aisément. La rotation précédente peut évidemment être inversée. Il est aussi possible d'obtenir un effet d'aérofrein en 10 agissant uniquement et toujours en sens inverse, sur les actionneurs 25 et 35 de façon à ne faire tourner les dérives qu'autour de l'axe de lacet 8 et en sens opposé, ainsi que le montre la figure 9. Dans la position de cette figure, la force résultant de l'effet des dérives est dirigé vers l'arrière et 15 vient donc freiner l'hélicoptère sans apporter de couple de rotation. Cet effet de freinage est évidemment aussi obtenu en inversant la rotation des deux dérives. 20 REVENDICATIONS1. Dispositif d'orientation des dérives pour hélicoptère à rotors contrarotatifs du type comportant: - un fuselage (1) ayant un axe de tangage (7), - une tête de rotor (9), équipée de deux rotors contrarotatifs (2, 3) tournant autour d'un même axe (10), - au moins une dérive orientable et de préférence deux (4, 5), caractérisé en ce que la et de préférence les deux dérives sont articulées chacune autour d'un point (14, 15) et rendues mobiles autour d'au moins deux axes sensiblement perpendiculaires à l'axe de tangage sans pouvoir tourner autour dudit axe de tangage (7) de l'hélicoptère. 2. Dispositif d'orientation des dérives pour hélicoptère à rotors contrarotatifs selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'articulation (14, 15) de chaque dérive est constituée par un cardan à deux degrés de liberté. 3 Dispositif d'orientation des dérives pour hélicoptère à rotors contrarotatifs selon la revendication 2, caractérisé en ce que les dérives (4 et 5) sont orientées à l'aide de deux actionneurs (24 et 25), l'un des actionneurs (24) faisant tourner, à l'aide de deux tringles (30 et 31), les deux dérives autour d'un axe sensiblement parallèle à l'axe de roulis (6) de l'hélicoptère, l'autre actionneur (25) faisant tourner, à l'aide de deux autres tringles (32 et 33), les deux dérives autour d'un axe sensiblement parallèle à l'axe de lacet (8) dudit hélicoptère, 4. Dispositif d'orientation des dérives pour hélicoptère à rotors contrarotatifs selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les dérives (4 et 5) sont orientées à l'aide de quatre actionneurs (24, 25, 34 et 35), deux des actionneurs (24 et 34) faisant tourner, à l'aide de deux tringles respectivement (30 et 31), les deux dérives, respectivement (4 et 5) autour d'un axe sensiblement parallèle à l'axe de roulis (6) de l'hélicoptère, les deux autres 2946619 - 9 - actionneurs (25 et 35) faisant tourner, à l'aide de deux autres tringles respectivement (32 et 33), les deux dérives respectivement (4 et 5) autour d'un axe sensiblement parallèle à l'axe de lacet (8) dudit hélicoptère, 5 5. Dispositif d'orientation des dérives pour hélicoptère à rotors contrarotatifs selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux actionneurs (24 et 34) sont 10 commandés séparément. 6. Dispositif d'orientation des dérives pour hélicoptère à rotors contrarotatifs selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux actionneurs (25 et 35) sont 15 commandés séparément.