Brevet FR2963315A1 — publié le 20120203

B11-3229FR 1 Hélice d'aéronef La présente invention est relative à une hélice pour aéronef. Pour qu'une hélice d'aéronef soit plus facilement équilibrée en vue d'une utilisation souple et efficace, elle possède généralement un nombre pair de pales. Les deux pales de chaque paire de pales sont disposées longitudinalement dans l'alignement l'une de l'autre, de part et d'autre et radialement par rapport à l'axe de rotation de l'hélice. Lorsque les pales de l'hélice sont équidistantes, le bruit à fréquences discrètes du spectre acoustique est caractérisé par une seule fréquence fondamentale et ses harmoniques, dues au sillage des pales. La fréquence due au sillage des pales est le produit du nombre de pales par la vitesse périphérique de rotation de l'hélice. Les harmoniques sont des multiples entiers de la fréquence due au sillage des pales. Le spectre acoustique d'une hélice à pales équidistantes est donc caractérisé par des "pics" prononcés, régulièrement espacés, d'énergie acoustique, coïncidant avec la fréquence fondamentale due au sillage des pales et à ses harmoniques. Cependant, avec les pales équidistantes, la fréquence fondamentale et ses harmoniques se renforcent sensiblement les unes des autres, ce qui a un effet défavorable sur le bruit perçu. En espaçant de manière inégale les pales de l'hélice, une fréquence fondamentale due au sillage des pales est produite pour chaque angle exclusif entre les pales. A son tour, chaque fréquence fondamentale génère un ensemble d'harmoniques. Alors qu'un espacement égal des pales répartit l'énergie acoustique sur une seule fréquence fondamentale due au sillage des pales et un seul ensemble d'harmoniques, des pales à espacement inégal répartissent la même énergie acoustique sur une plus large gamme de fréquences. Des pales à espacement inégal peuvent également modifier le taux de décroissance des niveaux de pression acoustique des harmoniques avec la fréquence. Ainsi, tandis que le niveau de pression acoustique de la fréquence fondamentale peut être supérieur et que davantage d'harmoniques peuvent survenir lorsque les pales sont inégalement espacées, le bruit global perçu peut encore être réduit, en raison de l'interaction favorable des fréquences fondamentales et/ou des harmoniques. On a constaté que des pales à espacement inégal n'ont pas d'effet négatif sur les performances des hélices. US 5 096 383 décrit une hélice à six pales disposées de manière non symétrique autour de l'axe de rotation de l'hélice. Bien qu'on connaisse des hélices à six pales, il serait souhaitable d'avoir une hélice dotée de plus de pales afin d'accroître le rendement. Le fait de limiter le nombre de pales accroît la fiabilité et réduit le coût. Par conséquent, pouvoir utiliser un nombre pair ou impair de pales permettrait d'optimiser complètement la conception de l'hélice. I1 serait souhaitable de réaliser une hélice dans laquelle au moins certains des problèmes évoqués plus haut seraient au minimum réduits. Selon la présente invention, il est proposé une hélice pour aéronef, l'hélice comprenant un nombre impair de pales, les pales en nombre impair étant inégalement espacées. On a eu la surprise de constater qu'une hélice peut être munie d'un nombre impair de pales inégalement espacées, lesquelles peuvent être espacées de manière angulaire les unes par rapport aux autres de telle façon que l'hélice soit équilibrée. Disposer d'un nombre impair de pales donne à l'hélice un meilleur rendement que l'hélice correspondante selon la technique antérieure comportant une pale de moins, tout en réduisant les inconvénients associés à la conception d'une hélice ayant un plus grand nombre pair de pales. I1 est encore plus surprenant qu'une hélice équilibrée puisse être munie d'un nombre impair de pales à espacement inégal. L'espacement inégal permet de réduire le bruit perçu, comme expliqué plus haut. Chaque pale est de préférence montée radialement autour d'un axe de rotation, notamment en étant montée sur un moyeu rotatif. Au moins une pale est de préférence séparée angulairement de ses deux pales voisines par deux angles circonférentiels différents dans le plan de rotation. L'hélice peut comprendre cinq pales à espacement inégal, ce qui donne un meilleur rendement qu'une hélice à quatre pales et est moins coûteux et complexe qu'une hélice à six pales. L'hélice peut comprendre sept pales à espacement inégal, ce qui donne un meilleur rendement qu'une hélice à six pales mais est moins coûteux et complexe qu'une hélice à huit pales. L'hélice peut être accompagnée d'une autre hélice afin de réaliser un agencement d'hélices contrarotatives qui comprend une seconde hélice disposée axialement en arrière de la première hélice, tournant en sens contraire. L'hélice ou l'agencement d'hélices contrarotatives peut être réalisée de façon à fonctionner en arrière d'un pylône fixé sur un aéronef de façon que la fréquence d'interaction du sillage du pylône avec les pales des rotors soit variable, réduisant à la fois les niveaux sonores et le bruit perçu. L'hélice peut être pourvue d'un système de commande pour commander la vitesse de l'hélice en fonctionnement afin de limiter activement le bruit produit par l'hélice. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente une hélice à cinq pales à espacement inégal ; - la figure 2 représente l'hélice de la figure 1, les composantes perpendiculaires des forces sur chaque pale étant illustrées ; - la figure 3 représente une hélice à sept pales à espacement inégal ; - la figure 4 représente un agencement d'hélices à rotation contrarotatives ; - la figure 5 représente une hélice installée en arrière d'un pylône fixé sur un aéronef ; - la figure 6 représente un agencement d'hélices contrarotatives disposé en arrière d'un pylône fixé sur un aéronef ; et - la figure 7 représente schématiquement un agencement pour commander de manière active la vitesse de l'hélice. Comme représenté dans l'exemple de la figure 1, la présente invention propose une hélice 10 pour aéronef avec un nombre impair, cinq dans le cas présent, de pales 20, 21, 22, 23, 24 à espacement circonférentiel angulaire inégal. L'angle circonférentiel entre les deux pales de chaque paire est de 71,42°, 73°, 70,96°, 72,69° et 71,93° dans le présent exemple. On a eu la surprise de constater que les pales à espacement circonférentiel inégal donnent une hélice équilibrée pour un fonctionnement souple et efficace, plus efficace que celui d'une hélice équivalente à quatre pales, tout en réduisant les niveaux de bruit dus à l'espacement circonférentiel inégal et en étant moins coûteuse et complexe qu'une hélice à six pales. Dans le présent exemple, chacune des pales 20, 21, 22, 23, 24 est montée sur un moyeu rotatif 30. Le moyeu peut être amené à tourner par tout moyen adéquat bien connu d'un spécialiste de la technique, par exemple un moteur. On citera comme exemples de moteur, un moteur à piston ou un turbopropulseur. Bien que, sur la figure 1, toutes les pales soient représentées comme étant montées sur le moyeu 30, n'importe quel agencement adéquat pour monter les pales sur un axe de rotation appropriée peut être employé, comme le comprendra un spécialiste de la technique. La figure 2 illustre la manière dont l'espacement des pales autour du moyeu peut être déterminé afin d'assurer un équilibrage de l'hélice pendant son fonctionnement. La disposition des pales est telle que les composantes des forces perpendiculaires dans le plan des pales soient équilibrées. Par exemple, dans la forme de réalisation de la figure 2, les composantes de forces verticales et horizontales pour chaque pale sont illustrées schématiquement. Le total des forces 20V, 21V, 22V, 23V et 24V est égal à zéro et le total des composantes de forces horizontales correspondantes 21H, 22H, 23H et 24H est lui aussi égal à zéro, ce qui assure un équilibrage de l'ensemble de l'hélice 10 pendant son fonctionnement. I1 va de soi que la disposition précise des pales peut être modifiée, par exemple pour optimiser la réduction du bruit, à condition que les forces perpendiculaires résolues dans le plan des pales soient équilibrées. La figure 3 représente un autre exemple d'une hélice 10 avec un nombre impair, sept dans le cas présent, de pales 31, 32, 33, 34, 35, 36 et 37 à espacement circonférentiel inégal. Comme dans l'exemple des figures 1 et 2, les pales ont un espacement circonférentiel inégal mais ont des composantes de forces perpendiculaires équilibrées dans le plan des pales, si bien que l'hélice 10 est équilibrée lors de son fonctionnement. On a eu la surprise de constater que les pales à espacement circonférentiel inégal produisent une hélice équilibrée 10 pour un fonctionnement souple et efficace, plus efficace que celui d'une hélice équivalente à six pales tout en réduisant les niveaux de bruit en raison de l'espacement circonférentiel inégal, et moins coûteuse et complexe qu'une hélice à huit pales. La figure 4 représente schématiquement une vue latérale d'un agencement d'hélices contrarotatives avec deux hélices 10 conçues pour être entraînées dans des sens de rotation opposés. On a constaté que des hélices contrarotatives sont plus efficaces qu'une seule hélice, car un seul moteur peut être utilisé pour entraîner les deux hélices 10. Cependant, des hélices contrarotatives peuvent être bruyantes. On a constaté que des hélices contrarotatives dans lesquelles au moins une des hélices, et de préférence les deux, sont constituées par une hélice à nombre impair de pales à espacement inégal, comme dans les exemples de la présente invention, constituent des hélices contrarotatives à rendement amélioré mais à niveau de bruit réduit. L'exemple représenté sur la figure 4 comprend deux hélices 10 installées l'une derrière l'autre sur un axe coaxial 40 entraîné par le moteur 41 par l'intermédiaire d'une transmission par engrenages (non représentée) telle, par exemple, qu'une transmission planétaire ou par roues cylindriques droites. L'utilisation des hélices 10 selon les formes de réalisation de la présente invention dans un agencement d'hélices contrarotatives représenté sur la figure 4 réduit les problèmes de bruit liés aux agencements d'hélices contrarotatives à grand rendement. La figure 5 représente une hélice selon un exemple de la présente invention, montée pour fonctionner en arrière d'un pylône 50 fixé sur un aéronef 51. Du fait d'un espacement non symétrique des pales, la fréquence d'interaction du sillage du pylône avec les aubes des rotors a tendance à être variable. De ce fait, des pales à espacement inégal ont pour effet de réduire à la fois les niveaux sonores et le bruit perçu d'une hélice installée en arrière d'un pylône 50. La figure 6 est semblable à la figure 5, sauf qu'elle représente des hélices contrarotatives comme celles de la figure 4, installées en arrière d'un pylône 50. L'agencement de la figure 6, comprenant des hélices contrarotatives installées en arrière d'un pylône 50 devrait normalement poser des problèmes de bruit résultant de l'interaction du flux d'air passant sur le pylône 50 et entre les deux hélices 10. Cependant, en utilisant au moins une, et de préférence les deux hélices 10 selon les exemples de la présente invention avec un nombre impair de pales à espacement inégal, on a constaté que les niveaux de bruit sont fortement réduits. La figure 7 représente schématiquement un système de commande 61 pour commander la vitesse d'une hélice ou d'un agencement d'hélices contrarotatives au cours du fonctionnement afin de limiter activement le bruit produit par l'hélice. Un ou plusieurs capteurs 60 tels que des microphones qui peuvent être installés dans l'aéronef, par exemple dans une cabine, peuvent être conçus pour produire des signaux, de manière directe ou, par exemple, à l'aide d'une liaison radioélectrique, au système de commande 61. Le système de commande 61 peut être conçu pour commander la vitesse de l'hélice afin de modifier la phase des pales de l'hélice par rapport aux autres hélices de l'avion, pour limiter activement la quantité de bruit produite. De la sorte, on peut trouver l'unique position optimale des phases entre 0 degré et 360 degrés. Le système de commande active de la figure 7 peut servir à réduire davantage le bruit produit par l'hélice 10 selon des formes de réalisation de la présente invention. De nombreuses variantes peuvent être apportées aux exemples décrits plus haut sans sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, les pales des hélices représentées sur les figures 1 à 3 peuvent avoir n'importe quels angles de séparation circonférentielle voulus à condition que l'hélice soit conçue pour être équilibrée durant son fonctionnement. Les pales et le moyeu 30 peuvent être réalisés en n'importe quelle matière adéquate, comme le savent les spécialistes de la technique. REVENDICATIONS1. Hélice (10) pour aéronef, comprenant un nombre impair de pales (20-24), (31-37), et dans lequel certaines au moins des pales sont espacées angulairement de façon inégale les unes des autres. 2. Hélice (10) selon la revendication 1, dans laquelle chaque pale est montée radialement autour d'un axe de rotation. 3. Hélice (10) selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle au moins une pale est séparée angulairement de ses deux pales voisines par deux angles circonférentiels différents. 4. Hélice (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les pales (20-24), (31-37) sont disposées dans un plan de rotation. 5. Hélice (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les sommes des composantes de forces perpendiculaires sur les pales (20-24), (31-37) de l'hélice (10) sont égales à zéro. 6. Hélice (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, munie de cinq pales (20-24). 7. Hélice (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, munie de sept pales (31-37). 8. Agencement d'hélices contrarotatives comprenant deux hélices (10) conçues pour tourner coaxialement dans des sens opposés, au moins une des hélices (10) étant une hélice selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9. Système d'hélices contrarotatives selon la revendication 8, dans lequel les deux hélices (10) sont des hélices selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 10. Aéronef (51) muni d'une hélice (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 11. Aéronef (51) muni d'un système d'hélices contrarotatives selon la revendication 8 ou la revendication 9. 12. Aéronef (51) selon la revendication 10 ou la revendication 11, l'aéronef ayant un pylône (50) muni d'une hélice (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 ou d'un agencement d'hélices contrarotatives selon la revendication 8 ou la revendication 9, installé en arrière du pylône (50). 13. Aéronef (51) selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, avec un capteur (60) pour détecter le bruit produit par l'hélice (10) et un système de commande (61) pour commander la vitesse de l'hélice (10), durant son fonctionnement, en fonction d'un signal produit par le capteur (60) pour limiter activement le bruit produit par l'hélice (10). 14. Aéronef (51) selon la revendication 13, dans lequel le capteur (60) est installé sur l'avion. 15. Aéronef (51) selon la revendication 13 ou la revendication 14, dans lequel l'hélice (10) a une seule position optimale de phase entre 0 degré et 360 degrés.