Brevet FR2968633A1 — publié le 20120615

L'invention relève du domaine des aéronefs à ailes rotatives, notamment les hélicoptères. L'invention concerne plus particulièrement un nouveau rotor. Les appareils volants à décollage et atterrissage verticaux, en particulier du type à ailes ou voilures rotatives, communément connus sous les noms d'hélicoptère ou d'autogire, sont des appareils qui présentent une conception et un principe général de fonctionnement complexes. En l'occurrence, ces appareils reposent sur l'utilisation d'un rotor entraînant des pales, dites de sustentation, par un mécanisme d'entraînement et de commande de pas c'est-à-dire un mécanisme de variation de l'incidence des pales. Ce mécanisme d'entraînement et de commande de pas comporte généralement un plateau cyclique s'étendant autour d'un mât rotor, centré sur ledit mât rotor et coulissant le long dudit mât rotor. Un exemple de plateau cyclique est illustré sur la fiqure 1. Le plateau cyclique comporte un premier plateau, dit plateau fixe 600, ne tournant pas avec le rotor, et qui peut être déplacé longitudinalement le long du mât rotor 300 ou déplacé angulairement autour d'axes perpendiculaires audit mât rotor. Le plateau cyclique comporte en outre un deuxième plateau, dit plateau mobile 400, monté rotatif sur le plateau fixe. Le plateau mobile 400 tourne avec le rotor et est relié aux pales 200 par des bielles de commande de pas 100 pour en commander le pas. Le plateau mobile 400 suit en outre les déplacements dans l'espace du plateau fixe 600. Le plateau mobile 400 et le plateau fixe 600 sont reliés entre eux par une liaison rotative, par exemple de type roulement. Le rotor tournant toujours à vitesse angulaire constante, c'est la variation de l'angle d'incidence des pales qui provoque une modification du comportement du rotor, et par conséquent du déplacement de l'aéronef à ailes rotatives. Un déplacement longitudinal du plateau fixe le long du mât rotor provoque une commande simultanée de l'incidence de toutes les pales, tandis qu'un déplacement angulaire du plateau fixe autour d'un axe perpendiculaire au mât rotor provoque une variation cyclique du pas des pales. Les déplacement longitudinaux du plateau fixe sont en général effectués à l'aide de biellettes réglables 700 s'étendant de façon sensiblement parallèles au mât rotor et rattachées, via une tringlerie de commande, aux leviers de commande actionnés par un pilote de l'hélicoptère. Les variations de pas des pales sont donc produites par inclinaison, abaissement ou élévation du plateau cyclique commandé par le pilote. Par exemple, pour prendre de l'altitude ou descendre, le pilote manoeuvre un levier de commande, appelé levier de commande de pas général ou collectif, et contrôle simultanément la variation d'incidence des pales via le plateau cyclique. Cette variation d'incidence, communément appelée variation angulaire du pas des pales, est identique sur chacune des pales et permet de contrôler la portance générale générée par le rotor. Pour diriger l'aéronef à ailes rotatives vers l'avant, l'arrière, la droite ou la gauche, le pilote manoeuvre un autre levier de commande, appelé levier de commande de pas cyclique, et contrôle simultanément la variation d'incidence de chaque pale via le plateau cyclique. Cette variation d'incidence est différente sur chacune des pales. L'incidence d'une pale est modifiée de sorte que la portance de celle-ci soit maximale au passage à l'avant de l'aéronef, et minimale à l'arrière de l'aéronef. Ce mécanisme classique d'entraînement et de commande du pas des pales reste une mécanique relativement complexe à mettre en oeuvre, lourde en terme de coût de fabrication de par le nombre de pièces constituant le plateau cyclique et exige une maintenance délicate et régulière, généralement après chaque vol. La présente invention a pour but de pallier aux inconvénients précédemment évoqués et propose à cet effet un rotor d'aéronef à ailes rotatives comportant un mât rotor, d'axe longitudinal Z, pour le support de pales, un dispositif de commande des pales et un détecteur de position angulaire du mât. Le dispositif de commande des pales comporte un actionneur par pale, chaque pale étant reliée au mât rotor par un arbre de pale fixe, d'axe radial X sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal Z. Chaque actionneur est adapté à provoquer un déplacement commandé d'une pale angulairement autour de l'axe radial X, c'est-à-dire à provoquer une variation d'inclinaison de la pale. Ainsi, chaque pale est commandée indépendamment des autres pales. Le détecteur de position angulaire du mât permet avantageusement de déterminer, lorsque le rotor tourne, le positionnement angulaire du mât autour de l'axe longitudinal Z. Le positionnement angulaire du mât permet de déterminer la position de chaque pale dans un référentiel propre à l'aéronef. Il est ainsi possible de déterminer la position d'une pale, par exemple lorsque ladite pale est dans une zone dite « de pale ascendante », c'est-à-dire à l'avant de l'aéronef, du coté d'un poste de pilotage, ou dans une zone dite « de pale reculante », c'est-à-dire à l'arrière de l'aéronef, du coté d'une queue dudit l'aéronef. Ainsi, à partir du détecteur de position angulaire permettant de connaître la position de chaque pale, et à partir du dispositif de commande des pales permettant de provoquer une inclinaison de pale indépendante pour chaque pale, le fonctionnement des pales avec le rotor suivant l'invention reste identique au fonctionnement des pales d'un rotor actuel à plateau cyclique, à savoir : - une inclinaison simultanée et identique pour chaque pale lorsque l'aéronef souhaite s'élever ou descendre, - une inclinaison simultanée et différente pour chaque pale, suivant leur position dans le référentiel aéronef, lorsque l'aéronef souhaite avancer, reculer ou tourner. Suivant des modes de réalisation préférés, l'invention répond en outre 25 aux caractéristiques suivantes, mises en oeuvre séparément ou en chacune de leurs combinaisons techniquement opérantes. Selon une caractéristique de l'invention, un actionneur est disposé à hauteur de la pale associée. De préférence, chaque actionneur est disposé à hauteur de la pale associée. 30 Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, un actionneur est disposé dans un volume intérieur de la pale. De préférence, chaque actionneur est disposé dans un volume intérieur de la pale. De préférence, l'actionneur est disposé au niveau d'un pied de la pale, ledit pied présentant une dimension élargie par rapport à la pale. Selon une caractéristique préférée de l'invention, un actionneur comporte deux éléments en rotation l'un par rapport à l'autre, un premier élément lié à l'arbre de pale, d'axe l'axe radial X, et un deuxième élément lié à la pale, d'axe aussi l'axe radial X. Ces deux éléments reliés, l'un à l'arbre fixe, l'autre à la pale, permet d'entraîner la pale en rotation autour de son axe X, permettant ainsi de modifier des inclinaisons de ladite pale. Ainsi, on constate un allègement considérable et une simplification du dispositif de commande par rapport à un dispositif de commande existant, en passant d'un double mouvement d'un plateau cyclique (vertical et rotulien) à un mouvement unique de rotation autour de l'axe de pale. Dans un mode de réalisation, l'actionneur est un actionneur électrique, de préférence un moteur couple, dans lequel le premier élément forme stator et le deuxième élément forme rotor. Un moteur couple présente de nombreux avantages, tels qu'un démarrage immédiat, une accélération quasi-nulle, pas de couple ni de vitesse d'accélération, pas de fatigue dans le temps et pas de sensibilité aux variations thermiques. Dans un autre mode de réalisation, l'actionneur est un moteur hydraulique. Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif de commande comporte un détecteur de position angulaire de pale par pale. Le détecteur de position angulaire de pale permet de contrôler le positionnement angulaire de la pale autour de l'axe radial X. Dans un mode préféré de réalisation, le détecteur de position angulaire de pale et/ou du mât est un codeur rotatif, par exemple de type incrémentai ou absolu. Le contrôle est avantageusement réalisé en temps réel. Dans un mode de réalisation préféré, pour entraîner en rotation la pale lorsque l'actionneur est défaillant, le dispositif de commande comporte un second actionneur, de préférence situé à proximité de l'actionneur, agissant comme un moyen supplémentaire d'entraînement en rotation de la pale lorsque le premier actionneur est défaillant. Dans un mode de réalisation préféré, pour obtenir une redondance des informations ou lorsque le détecteur de position angulaire de pale d'une pale est défaillant, le dispositif de commande comporte un second détecteur de position angulaire de pale, de préférence situé à proximité du détecteur de position angulaire de pale, agissant comme un moyen supplémentaire de contrôle de la position angulaire de la pale. Dans un mode de réalisation préféré, pour obtenir une redondance des informations ou lorsque le détecteur de position angulaire du mât est défaillant, le rotor comporte un second détecteur de position angulaire du mât, de préférence situé à proximité du détecteur de position angulaire du mât, agissant comme un moyen supplémentaire de contrôle de la position angulaire du mât. La synchronisation des inclinaisons des pales réalisées par les actionneurs par rapport aux positions de pales dans le référentiel aéronef obtenues par le détecteur de position angulaire du mât est réalisé par une carte électronique telle que par exemple celle existante dans des calculateurs d'aéronef de type avion. L'invention est également relative à un aéronef à ailes rotatives comportant un rotor selon l'un de ses modes de réalisation. Le mât rotor présente la forme d'un profilé creux permettant le passage de systèmes électriques et ou hydrauliques au dispositif de commande des pales. Le réseau de distribution de puissance aux actionneurs, l'alimentation des actionneurs, l'alimentation, la transmission et le retour d'informations des détecteurs de position angulaire de pale sont amenés dans le mât rotor par une pluralité de câbles électriques et ou hydrauliques via des faisceaux rotatifs adaptés au nombre de voies nécessaires et aux puissances requises. Le rotor, le détecteur de position angulaire du mât et le dispositif de commande des pales sont reliés à des moyens de commande, par exemple mécanique ou électronique, au poste de pilotage de l'aéronef à aile rotative. Dans un mode de réalisation, principalement pour les aéronefs de type militaires, le mât rotor comporte un blindage externe ou interne destiné à protéger les systèmes électriques et ou hydrauliques contenus à l'intérieur du mât contre des projectiles balistiques. De part le fait que le dispositif de commande des pales ne comporte pas de jeux de biellettes comme pour les dispositifs de commandes de pales actuels, ledit dispositif de commande permet ainsi avantageusement de réduire la hauteur du rotor de l'aéronef à ailes rotatives et par conséquent de réduire significativement le temps de réponse de l'aéronef à ailes rotatives par rapport aux instructions de commande du pilote, de réduire l'amplitude des mouvements du pilote sur les commandes et d'augmenter significativement le taux de roulis et le changement de direction dudit aéronef. L'invention permet ainsi d'obtenir un dispositif de commande des pales à vulnérabilité réduite, à durée de vie augmentée, plus simple à mettre en oeuvre, plus précis, plus robuste, plus fiable, plus compact, plus léger, des jeux de fonctionnement moindres et des contraintes moindres ainsi qu'une maintenance réduite. L'invention sera maintenant plus précisément décrite dans le cadre de modes de réalisation préférés, qui n'en sont nullement limitatifs, représentés sur les figures 1 à 4, dans lesquelles : la figure 1 représente une vue en perspective d'un rotor d'hélicoptère et d'un dispositif de commande des pales selon l'art antérieur, la figure 2 représente une vue en perspective d'un rotor d'hélicoptère et d'un dispositif de commande des pales selon un mode de réalisation de l'invention, la figure 3 représente, en perspective, un agrandissement du rotor au niveau des pales et une découpe d'un pied de pale montrant un actionneur du dispositif de commande de pales, la figure 4 représente, en perspective, un mât de rotor, les arbres de pales et sur un arbre de pale, un actionneur et un détecteur de position angulaire de pale du dispositif de commande de pales, la figure 5 illustre une coupe transversale d'un arbre de pale avec un actionneur et un détecteur de position angulaire de pale du dispositif de commande de pales. L'invention est décrite dans le cas d'un hélicoptère, mais l'invention est également applicable à tous les aéronefs à ailes rotatives. La description ci-après décrit plus particulièrement les caractéristiques physiques, de fonctionnement et d'agencement des moyens nécessaires à la réalisation de l'invention permettant de commander l'inclinaison des pales d'un hélicoptère. Un hélicoptère comporte un rotor, comme illustré sur la fiqure 2. Le rotor comporte un mât rotor 20, d'axe longitudinal Z, pour le support de pales 30. Le mât rotor 20 est mobile en rotation autour de l'axe longitudinal Z. Bien que les pales soient illustrées sur la figure 2 et décrites au nombre de quatre, le nombre de pales n'est pas limité à celui décrit et illustré. Ainsi, il est possible d'appliquer l'invention à deux, trois pales ou plus. Comme illustrées sur les fiqures 3 et 4, les pales 30 sont solidaires du mât rotor 20 par un arbre de pale 40 fixe (figure 3), d'axe radial X sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal Z. Les pales sont mobiles en rotation autour de l'axe radial X. L'hélicoptère comporte en outre un dispositif de commande des pales pour entraîner en rotation lesdites pales autour de l'axe radial X. Le dispositif de commande des pales comporte un actionneur 10 par pale, chaque actionneur étant adapté à provoquer un déplacement commandé de la pale angulairement autour de l'axe radial X. Seul un actionneur sur une pale est illustré sur les figures 2, 3 et 4 afin de ne pas les surcharger. Un agrandissement d'un actionneur 10 est représenté sur les figures 3 et 4. Dans l'exemple décrit et illustré ici, l'hélicoptère comporte quatre pales. Le dispositif de commande des pales comporte donc quatre actionneurs, un par pale. Dans la suite de la description, il sera décrit les caractéristiques d'un seul actionneur. Il est clair que ces caractéristiques sont aussi applicables aux actionneurs des autres pales. L'actionneur 10 est disposé à hauteur de la pale associée. L'actionneur peut être situé à l'extérieur de la pale 30 ou dans un volume intérieur du mât rotor 20. De préférence, l'actionneur est logé dans un volume intérieur 31 de la pale 30. L'actionneur 10 est un moteur électrique, de préférence un moteur couple et comporte, comme illustré sur la fiqure 5, d'une part, un premier élément formant stator 11, lié à l'arbre de pale 40, et d'autre part, un deuxième élément formant rotor 12, lié à la pale. Les deux éléments sont en rotation l'un par rapport à l'autre et ont pour axe, l'axe radial X. Le choix d'un moteur électrique comme actionneur n'est pas limitatif de l'invention. Ainsi, un moteur hydraulique peut être utilisé comme actionneur. Le dispositif de commande comporte en outre un roulement 14, apte à maintenir une coaxialité entre le rotor 12 et le stator 11. Le moteur couple est alimenté, via un câblage électrique, par une électronique non représentée. Dans un mode de réalisation, le dispositif de commande comporte, au niveau de chaque pale, deux actionneurs 10, de préférence électriques et sensiblement identiques, de préférence situés à proximité l'un de l'autre. Le second actionneur permet d'entraîner en rotation la pale autour de l'axe radial X lorsque le premier actionneur est défaillant. Le dispositif de commande comporte en outre, au niveau de chaque pale, un détecteur de position angulaire de pale 13. Le détecteur de position angulaire de pale 13 permet de définir en temps réel la position de l'actionneur 10 et par conséquent de connaître en temps réel la position angulaire de la pale autour de son axe radial X. Le détecteur de position angulaire de pale est par exemple un codeur, de préférence un codeur rotatif connu de l'homme du métier, qui comporte par exemple une première partie liée à la pale et une deuxième partie liée à l'arbre de pale. Par exemple, le codeur de type RCN 200 ou RCN 700 de Heidenhain® permet de contrôler le positionnement angulaire de la pale avec une précision de l'ordre de 0.00010. Le codeur rotatif est préférentiellement de type absolu, mais le codeur rotatif peut également être de type incrémentai. Le détecteur de position angulaire de pale 13 est alimenté, via un câblage électrique, par une électronique non représentée. Dans un mode de réalisation, les détecteurs de position angulaire de pale pour chaque pale sont sensiblement identiques. Dans un mode de réalisation préféré, pour obtenir une redondance des informations ou lorsque le détecteur de position angulaire de pale est défaillant, le dispositif de commande comporte, au niveau de chaque pale, un second détecteur de position angulaire de pale, de préférence situé à proximité du détecteur de position angulaire de pale, agissant comme un moyen supplémentaire de contrôle de la position angulaire de la pale. Le rotor comporte en outre un détecteur de position angulaire du mât 21. Le détecteur de position angulaire de pale 21 permet de contrôler le positionnement angulaire du mât autour de l'axe longitudinal Z. Ce positionnement angulaire du mât permet de déterminer la position de chaque pale dans l'espace, dans un référentiel propre à l'aéronef. On peut ainsi déterminer la position de chaque pale à tout instant lorsque le rotor est en rotation autour de l'axe longitudinal Z. Dans un mode préféré de réalisation, afin d'être protégé d'éventuels projectiles externes, le détecteur de position angulaire de mât 21 est positionné à l'intérieur d'un fuselage de l'hélicoptère, à une extrémité opposée à une extrémité recevant les pales. Le détecteur de position angulaire de mât est par exemple un codeur, de préférence un codeur rotatif. Le détecteur de position angulaire de mât 21 est alimenté, via un câblage électrique, par une électronique non représentée. Dans un mode de réalisation, les détecteurs de position angulaire de pale et de mât sont sensiblement identiques. Dans un mode de réalisation, pour obtenir une redondance des informations ou lorsque le détecteur de position angulaire de mât est défaillant, le dispositif de commande comporte un second détecteur de position angulaire de mât, de préférence situé à proximité du détecteur de position angulaire de pale, agissant comme un moyen supplémentaire de contrôle de la position angulaire du mât. Une carte électronique permet la synchronisation des inclinaisons des pales réalisées par les actionneurs par rapport aux positions de pales dans le référentiel aéronef obtenues par le détecteur de position angulaire du mât. Avantageusement, le mât rotor 20 présente la forme d'un profilé creux pour le passage des câbles électriques vers le dispositif de commande des pales 100. De préférence, le mât rotor 20 comporte un blindage externe ou interne destiné à protéger les câbles électriques contenus à l'intérieur du mât contre des projectiles balistiques, des volatiles ou autres chocs. Le rotor, le détecteur de position angulaire du mât et le dispositif de commande des pales sont reliés à des moyens de commande, par exemple mécanique ou électronique, situés dans un poste de pilotage de l'hélicoptère. Lorsqu'un pilote de l'hélicoptère souhaite par exemple s'élever ou descendre, le rotor tournant à une vitesse angulaire constante suffisante, il actionne un premier moyen de commande qui envoie une information à chaque actionneur de sorte à ce qu'ils génèrent chacun simultanément une variation d'incidence identique pour leur pale respective. Cette action est indépendante de la position angulaire du mât et donc de la position de chaque pale. Lorsque le pilote souhaite par exemple, en condition de vol, avancer, reculer ou tourner, il actionne un deuxième moyen de commande qui envoie une information à chaque actionneur de sorte à ce qu'ils génèrent simultanément une variation d'incidence différente pour leur pale respective. Cette variation d'incidence est fonction de la position de la pale obtenue à partir des informations recueillies au niveau du détecteur de position angulaire du mât. De préférence, pour supprimer les liaisons électriques entre les moyens de commandes, l'électronique de synchronisation et le dispositif de commande de pales, lesdits moyens de commande sont des moyens de commande électriques et délivrent une information électrique ou numérique par l'intermédiaire d'un capteur de type servo-variateur. L'invention permet notamment, grâce au dispositif de commande des pales et au détecteur de position angulaire du mât, de significativement simplifier l'architecture du rotor. Le mécanisme de commande angulaire de la pale est réduit à son minimum puisqu'un unique actionneur est suffisant pour piloter une pale en rotation autour de l'axe radial X, de façon directe et sans nécessité d'engrenages. REVENDICATIONS1 - Rotor d'aéronef à ailes rotatives, ledit rotor comportant un mât rotor (20), d'axe longitudinal Z, pour le support de pales (30) et un dispositif de commande (100) des pales, caractérisé en ce que le rotor comporte un détecteur de position angulaire (21) du mât, en ce que le dispositif de commande (100) des pales comporte un actionneur (10) par pale, chaque pale étant reliée au mât rotor par un arbre de pale (40) fixe d'axe radial X sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal Z, chaque actionneur étant adapté à provoquer un déplacement commandé d'une pale angulairement autour de l'axe radial X, et en ce que chaque pale (30) est commandée indépendamment des autres pales. 2 - Rotor selon la revendication 1 dans lequel un actionneur (10) est disposé à hauteur de la pale (30) associée. 3 - Rotor selon l'une des revendications précédentes dans lequel un actionneur (10) est disposé dans un volume intérieur (31) de la pale (30). 4 - Rotor selon l'une des revendications précédentes dans lequel un actionneur (10) comporte un premier élément (11) lié à l'arbre de pale (40), d'axe l'axe radial X, et un deuxième élément (12) lié à la pale (30), d'axe l'axe radial X, lesdits deux éléments étant en rotation l'un par rapport à l'autre. 5 - Rotor selon la revendication 4 dans lequel l'actionneur (10) est un moteur couple, dans lequel le premier élément (11) forme stator et le deuxième élément (12) forme rotor. 6 - Rotor selon l'une des revendications précédentes dans lequel le dispositif de commande des pales comporte, pour chaque pale (30), un détecteur de position angulaire (13) de pale (30). 7 - Rotor selon la revendication 6 dans lequel le détecteur de position angulaire (21) du mât et/ou le détecteur de position angulaire (13) de la pale est un codeur rotatif. 8 - Aéronef à ailes rotatives comportant un rotor conforme à l'une des revendications 1 à 7, le mât rotor (20) présentant la forme d'un profilé creux pour le passage de systèmes électriques et ou hydrauliques au dispositif de commande des pales (100).