Brevet FR3019146A1 — publié le 20151002

DOMAINE TECHNIQUE Le dispositif décrit permet de simplifier les commandes de vol des giravions et plus spécialement des hélicoptères en modifiant les lieux et les moyens d'actions sur les cinématiques du rotor principal, en particulier sur le plateau cyclique. Le dispositif ainsi décrit est nommé "plateau combinateur pour rotor d'hélicoptère". ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Sur tous les hélicoptères, les commandes de vol sont mises en oeuvre par trois leviers différents : le manche de pas cyclique, le manche de pas collectif et le palonnier, actionné avec les deux pieds, cette dernière commande est citée pour mémoire et ne fait pas partie du dispositif décrit. La figure 1 est un schéma de ces commandes classiques. Les commandes de pas cyclique et collectif sont associées au niveau d'un dispositif complexe connu sous le nom de combinateur. Tous ces moyens de commande classiquement utilisés transmettent les mouvements du pilote au plateau cyclique qui opère les variations, cycliques et collectives, de pas des pales via les habituelles biellettes de pas qu'on retrouve sur tous les rotors. Le plateau cyclique s'articule sur une sphère qui coulisse sur le fourreau du mât rotor. Cette sphère est entrainée en translation par le plateau cyclique, ce détail doit être souligné pour une meilleure compréhension de la suite. Les mouvements de translation du plateau cyclique sont provoqués par l'action du pilote qui, au moyen du manche collectif, modifie la position du combinateur pour provoquer le déplacement simultané de toutes les bielles qui repartent du combinateur vers le plateau cyclique, le pilote modifie ainsi d'une même valeur l'inclinaison de toutes les pales, c'est la variation collective du pas. Les inclinaisons du plateau cyclique sont provoquées par l'action du pilote qui, au moyen du manche cyclique, modifie la position du plateau cyclique par le déplacement indépendant de chaque bielle, l'inclinaison du plateau cyclique modifie l'inclinaison des pales au cours de la rotation du rotor, c'est la variation cyclique du pas. Pour transmettre les ordres du pilote, les dispositifs habituellement et universellement utilisés sur les hélicoptères font appel à des commandes de vol à base de bielles, de renvois d'angles et de biellettes qui arrivent et repartent de l'élément central, le combinateur. Ces bielles sont pourvues de réglages à vis, elles sont lourdes et leurs articulations sont sièges de jeux qui génèrent du flou dans les commandes. Leur mise en place nécessite un grand nombre de pièces soudées sur le châssis de l'hélicoptère, soudures qui doivent être précises, souvent usinées en place et qui sont autant d'appendices à vérifier lors des visites d'entretien. Toutes ces nombreuses pièces articulées doivent avoir des jeux fonctionnels les plus réduits possible, nécessitant de grandes précisions d'usinage dans le but d'éviter les "empilages" de jeux en fin de chaîne, donc des imprécisions sur les mouvements de l'objet fmal : le plateau cyclique. Ces ensembles de bielles et de renvois sont délicats et difficiles à régler. Lors des visites de maintenance, ces réglages nécessitent des démontages très importants au niveau de la cellule et du compartiment du mât rotor, la mise en place de piges et de cales (de six à huit, plus les six piges de positionnement du plateau cyclique), autant d'opérations minutieuses qui prennent du temps et immobilisent l'hélicoptère, par ailleurs, ces procédures de réglage ont un coût non négligeable. Hormis les hélicoptères légers et ultra légers, les commandes reçoivent une assistance hydraulique dite servo-cornmande, qui se situe généralement en fin de la chaine mécanique précédemment décrite, on comprend alors que tout jeu excessif dans ces chaines mécaniques aura des répercussions sur le bon fonctionnement des servo-commandes, le pire étant d'arriver à des phénomènes de basse fréquence auto entretenus connus sous le nom de "pompage", qui peuvent s'ajouter aux phénomènes induits par les oscillations périodiques dues au rotor lui-même, à la fréquence de la poutre arrière etc. De plus, lorsque l'hélicoptère est en vol, il est suspendu à la boite de transmission principale dite BTP (24), par des barres qui assurent une certaine mobilité de la BTP (24) par rapport à la cellule. La BTP (24) est amortie au niveau de sa jonction avec la cellule de façon à filtrer au mieux les vibrations engendrées par le rotor. Les commandes traditionnelles sont en grande partie supportées par la cellule et la partie finale, qui comprend les servocommandes, est solidaire de la BTP (24). Ces régimes vibratoires différents entre la partie "cellule" et la partie BTP (24), peuvent entrainer des micro déplacements au niveau des servo-commandes, qui risquent donc d'induire des variations périodiques, même de faible amplitude, soit au niveau du rotor, soit au niveau des commandes, donc ressenties par le pilote. Tous ces phénomènes vibratoires, ainsi que ceux non évoqués ici, sont ressentis par le pilote et rendent son travail inconfortable. EXPOSE DE L'INVENTION Le dispositif selon l'invention permet, sans changer les commandes habituelles de pilotage, de simplifier considérablement les commandes de vol par la suppression des bielles, renvois, biellettes, ce qui diminue le poids de l'hélicoptère, et accroit le confort de pilotage. Pour arriver à ce résultat, il est nécessaire de repenser l'ensemble appelé combinateur utilisé dans tous les hélicoptères, c'est la raison de cette invention. L'invention présentée ici consiste à placer l'équivalent du combinateur, rationalisé, au niveau du plateau cyclique. La figure 2 représente ce dispositif dans sa globalité, la figure 3 est un schéma du plateau combinateur, le texte ci après est relatif à ces deux figures et aux éléments qui les composent. Nota : Sauf indication contraire, explicite ou implicite, les éléments présents dans plusieurs figures distinctes sont affectés d'une seule et même référence. Le plateau cyclique et sa sphère d'inclinaison que l'on trouve sur tous les hélicoptères, sont assemblés avec le plateau intermédiaire (1) qui coulisse sur le fourreau du mât rotor (3), l'ensemble ainsi constitué reçoit le nom de "Plateau combinateur pour rotor d'hélicoptère", ce nouveau plateau cyclique est repéré par (2). Dans ce dispositif, c'est la sphère, intégrée au plateau intermédiaire (1), qui entrain le plateau cyclique (2) contrairement à ce qui se fait habituellement, notons également que la sphère est un des moyens d'assurer l'inclinaison du plateau cyclique en tous sens. Pour obtenir ces inclinaisons, on pourrait aussi bien utiliser un cardan ou tout autre dispositif, ce qui ne modifierait en rien le principe de l'invention proposée ici. Dans ce nouveau système, les bielles, renvois, combinateur et biellettes, habituellement utilisés sont remplacés par des câbles. Chaque câble est composé d'une gaine et d'une âme, lisse, à billes ou autre, qui coulisse dans la gaine. Les gaines peuvent être terminées à chaque extrémité par des dispositifs permettant de compenser un délignage dû aux inclinaisons des éléments commandés, l'articulation sphérique type rotule est privilégiée (10) mais d'autres dispositifs peuvent remplir cette fonction. Au niveau des rotules (10), les gaines sont pourvues de réglages (13) permettant d'affiner la position de la gaine, de même, les âmes sont pourvues à chaque extrémité de réglages pouvant permettre à la fois de compenser les délignements possibles et d'affiner les réglages (14). Les gaines prennent appui sur les parties fixes (20, 15, 1), tandis que les âmes sont commandées par les manches cyclique (18) et collectif (19) via le palonnier (22) et l'arbre de conjugaison (23), permettant ainsi le déplacement des éléments commandés (2, 7). Par la suite ces ensembles seront désignés par le mot "câble", il y a deux sortes de câbles, les cycliques (11) qui peuvent être au nombre de trois, et le collectif (12), qui peut éventuellement être doublé en "push-pull". Le plateau intermédiaire (1) coulisse sur le fourreau (5) du mât rotor (3) pour permettre la variation collective du pas. Le coulissement du plateau intermédiaire sur le mât rotor peut être facilité par l'emploi d'un guide auto lubrifiant (6) adhérisé sur le fourreau (5) du mât rotor (3). Ce coulissement est obtenu par le pivotement d'une fourchette (7), articulée sur un support (15) appartenant soit au carter de la boite de transmission principale BTP (24) ce qui est à privilégier, soit éventuellement au châssis de l'hélicoptère. Cette fourchette (7) est reliée au plateau intermédiaire (1) par deux biellettes (8) destinées à rendre possible son pivotement, ces deux biellettes immobilisent en rotation le plateau intermédiaire (1). La fourchette (7) est commandée par le câble dit "collectif' (12). Dans sa position "collectif bas" la fourchette est en butée sur une partie fixe appartenant soit à son support soit préférentiellement à la BTP (24), il y aura une ou plusieurs butées (9), avec au moins une pour chaque branche de la fourchette. Ces butées auront avantage à être pourvues de réglages pour parfaire la position de la fourchette en vue d'optimiser les réglages de zéro de pales ou pour affiner la position du manche collectif. La fourchette est citée ici à titre d'exemple, d'autres dispositifs permettant à la fois la translation du plateau combinateur et son immobilisation en rotation peuvent être exploités. Les mouvements de l'âme du câble collectif (12) sont initialisés par le pilote qui agit sur le manche de pas collectif (19). Le plateau intermédiaire (1) reçoit les trois câbles de commandes de cyclique (11) dont les mouvements sont initialisés par le pilote agissant sur le manche de pas cyclique (18), via le palonnier de cyclique (22) et via l'arbre de conjugaison (23). Ces câbles (11) remplacent les bielles habituellement utilisées. Les câbles (11) permettent d'incliner en tous sens le plateau cyclique (2) pour faire varier l'inclinaison des pales au cours de la rotation du rotor. Un compas dit compas fixe (16) immobilise en rotation la partie non tournante du plateau cyclique (2) tandis que la partie tournante de ce plateau cyclique (2) est solidarisée au mât rotor par un habituel compas (17), dit compas tournant. Le compas cité ici est habituellement utilisé sur les hélicoptères mais il peut être remplacé par tout autre dispositif remplissant les fonctions d'anti rotation demandées. La figure 4 illustre ces fonctionnements Les gaines des câbles sont solidaires du plateau intermédiaire (1) par l'intermédiaire des rotules (10) ou autre, et des réglages (13). La partie inférieure des câbles est laissée libre sous le plateau intermédiaire (1), avec une longueur excédentaire à définir pour permettre le coulissement du plateau (1) sur le fourreau de mât (5). Ces longueurs libres suffisantes, impliquent que les câbles n'entrainent aucun couplage vibratoire entre la cellule et la BTP (24), il n'y a donc pas d'interactions sur le rotor ou sur les commandes comme cela peut se produire avec les systèmes classiques. Les câbles, dont la longueur aura été précisément calculée, pourront être de ce fait mieux ajustés aux systèmes de commande, permettant ainsi de simplifier et de réduire les réglages, toutefois, les réglages par vis ou autre système dont peuvent être pourvues les gaines (13), et les âmes (14), permettront d'affiner les réglages en position des commandes. Cet accouplement entre le plateau cyclique et le plateau intermédiaire permet de supprimer le dispositif complexe que l'on trouve sur tous les hélicoptères, connu sous le nom de "combinateur", ainsi que toutes les bielles, renvois d'angles, relais et biellettes de réglages qui arrivaient et repartaient de ce combinateur (voir figure 1). Les câbles qui sont cités ici peuvent être remplacés par des commandes hydrauliques composées de vérins à double effet, placés au niveau des commandes et des organes commandés, cependant, la complexité du dispositif est liée aux tuyaux d'alimentation (deux par vérin), et aux contraintes associées à toute commande hydraulique (purge, fuites, poids etc.). On peut également commander des vérins électriques via les câbles, mais ceci aussi compliquerait 1 ' installation. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, Toutefois, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. Pour la compréhension de l'invention, on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : La figure I est une représentation des commandes actuelles classiques, La figure 2 est une représentation des commandes par câble et plateau combinateur, La figure 3 est un schéma du plateau combinateur en coupe partielle, La figure 4 est une représentation des mouvements du plateau cyclique et du plateau combinateur, La figure 5 représente ce type de commandes adapté à des hélicoptères lourds nécessitant une assistance hydraulique. REALISATIONS Le pilotage peut se faire à partir des commandes classiques : manche cyclique, levier collectif et palonnier. A titre d'exemple, en partant de la figure 1, on remplace le plateau cyclique classique par le plateau combinateur formé par l'assemblage du plateau intermédiaire (1) et du plateau cyclique (2), la fourchette (7) et son support (15) sont intégrés à la BTP (24). Tout le reste de la cinématique habituelle est supprimé jusqu'au palonnier (22) inversé du manche cyclique (18), et jusqu'au manche collectif (19). On note que l'arbre de conjugaison des manches cycliques (23) peut être également inversé pour que le câble arrive sur le plateau intermédiaire (1) et sur le plateau cyclique (2) au même endroit que les anciennes bielles. Voir figure 2. Les éléments supprimés (bielles, biellettes, renvois, combinateur), sont remplacés par trois câbles (11) pour le cyclique et par un câble (12) pour le collectif. Ces câbles s'appuient sur les butées de câbles (20) installées sur la structure de l'hélicoptère, et, à leur autre extrémité, sur le plateau intermédiaire (1) ou sur le support de câbles (15) de la fourchette (7). Les déplacements des âmes sont commandés par le manche cyclique (18) et par le manche collectif (19). En ce qui concerne les réglages, les seules interventions se feront désormais et uniquement au niveau du plateau combinateur. La fourchette (7) étant immobilisée en position basse, en appui sur la ou les butées (9), et la partie tournante du plateau cyclique (2) maintenue parallèle au plateau intermédiaire (1) par trois piges on pourra, au moyen des habituelles biellettes de pas (4), régler le zéro de chaque pale et, au moyen des dispositifs d'ajustement des gaines (13) et âmes (14), procéder à d'éventuels réglages fins des positions des deux manches. Le système de plateau combinateur allège considérablement l'appareil par la suppression des bielles, biellettes, renvois, combinateur. Le système permet d'avoir des réglages considérablement simplifiés puisque les seules interventions se feront avec trois piges seulement au niveau du plateau combinateur, on évite ainsi de se servir de nombreuses piges, de cales, d'outillage de positionnement pour immobiliser toutes les tringleries, Dans le cas d'hélicoptères légers ou ultra légers, les câbles animent directement le plateau cyclique (2) et le plateau intermédiaire (1), pour des hélicoptères lourds, les câbles animent les distributeurs des servocommandes hydrauliques (21), attelés sur la fourchette ou le plateau cyclique, si les efforts nécessaires sont trop importants. On peut également envisager l'emploi de vérins électriques montés en lieu et place des servo-commandes hydrauliques (21). Voir figure 5 Le dispositif peut s'adapter à tous les types de rotors, que le plateau cyclique soit en tête de rotor ou en pied (cas où les commandes de pas passent dans le mât rotor), que le nombre de pales soit pair ou impair et quel que soit le sens de rotation du rotor. Le plancher étant désormais libre de toute tringlerie et en considérant que le trajet des câbles est adaptables, on peut, en disposant un hublot entre les pieds du pilote, faciliter grandement le travail à l'élingue en évitant au pilote de prendre des positions physiquement contraignantes, fatigantes et surtout qui ne permettent pas une vision correcte du travail en cours. En ce qui concerne le palonnier du rotor anti couple, les commandes actuelles se font déjà par câble pour les hélicoptères les plus récents, cette partie ne sera pas développée ici. Dans une perspective plus moderne, le pilotage employant ce nouveau type de combinateur aura avantage à se faire à partir de mini manches installés sur des bras intégrés au siège du pilote. Le manche gauche gérerait le pas collectif du rotor principal, c'est-à-dire la montée et la descente, et, par la possibilité de l'incliner à droite ou à gauche, le pas collectif de l'anti couple, c'est-à-dire les pivotements droite-gauche de l'hélicoptère (lacet). Le manche droit gérerait le pas cyclique du rotor principal c'est-à-dire toutes les translations de l'appareil, chaque manche pourrait recevoir des commandes annexes. Les avantages de cette dernière disposition sont nombreux : un pilotage aisé par des moyens mettant en oeuvre des positions symétriques de pilotage (comparativement aux positions actuelles physiquement contraignantes pour le pilote). Un autre avantage important lié à ce système de pilotage par mini manches, est qu'il permet l'accès au pilotage d'hélicoptère aux handicapés physiques, paraplégiques, amputés etc. puisque l'utilisation des pieds n'est plus nécessaire, le lacet étant assuré par le manche gauche. APPLICATION INDUSTRIELLE Cette invention se caractérise par une grande simplicité, c'est ce qui fait son intérêt. Ce dispositif peut être adapté sans difficultés sur les hélicoptères moyennant bien sûr des aménagements au niveau du mât rotor. La réalisation du plateau intermédiaire ne pose pas de problème technique particulier. Le plateau cyclique proposé ici, est semblable à ceux utilisés sur les hélicoptères actuels, on peut donc fabriquer un plateau combinateur sans entreprendre des études coûteuses sinon celles concernant le montage du plateau cyclique sur le plateau intermédiaire. En ce qui concerne les câbles, ceux-ci sont largement utilisés sur les hélicoptères modernes, généralement pour commander la variation de pas du rotor anti couple. Pour des hélicoptères lourds, l'utilisation des câbles pour commander des servo-commandes hydrauliques est déjà courante, dans ce type de commande, il n'y aura pas non plus besoin d'études coûteuses. REVENDICATIONS1) Dispositif utilisé pour commander les variations de pas cyclique et collectif pour rotors d'hélicoptères, nommé plateau combinateur, caractérisé en ce qu'il comporte un plateau intermédiaire (1), assemblé au plateau cyclique (2) et dont les mouvements sont initialisés par des câbles (11, 12) reliés aux commandes de vol (18, 19, 22, 23), qui transmettent les mouvements du pilote, permettant ainsi les variations cycliques et collectives du pas des pales par l'intermédiaire des biellettes de pas (4). 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le plateau combinateur comporte un plateau intermédiaire (1) qui supporte le plateau cyclique (2), le pivotement de la fourchette (7) initialise les mouvements verticaux de l'ensemble nommé plateau combinateur. 3) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le plateau cyclique (2) est monté sur une sphère, intégrée au plateau intermédiaire (1), ceci permet son inclinaison en tous sens de façon à assurer par l'intermédiaire des biellettes de pas (4) l'inclinaison cyclique des pales du rotor. 4) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le pivotement de la fourchette (7) sur son support (15) permet le coulissement du plateau intermédiaire (1) sur le palier optionnel (6) du fourreau du mât (5), tandis que l'immobilisation en rotation du plateau intermédiaire (1) est assurée par des biellettes (8). 5) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que toutes les commandes sont initialisées par l'intermédiaire de câbles (11, 12) et que par "câble" on entend un ensemble constitué : d'une gaine terminée à chaque extrémité par des rotules (10) permettant de compenser les délignements possibles et par des dispositifs pour affiner les réglages (13), chaque gaine arrive sur des appuis soit fixes (15, 20), soit mobiles (1), d'une âme, chargée de provoquer le déplacement de l'objet commandé, l'âme est pourvue à chaque extrémité d'une jonction autorisant des réglages fins (14) et capable de compenser les éventuels délignements, les coulissements des âmes sont provoqués par les actions du pilote sur le manche (18) via le palonnier (22) et l'arbre de conjugaison (23) pour le cyclique, ainsi que sur le manche (19) pour le collectif, les dispositifs de compensation de délignage et de réglage (10, 13) se retrouvent au niveau des butées de câbles (20), les dispositifs de compensation de délignage et de réglage (14) se retrouvent au niveau du palonnier (22), de l'arbre de conjugaison (23), du manche collectif (19). 6) Dispositif selon la revendication 1, 2 et la revendication 4, caractérisé en ce que la fourchette (7) qui commande les mouvements du plateau intermédiaire (1), est commandée par le câble collectif (12) dont la gaine prend appui sur le support (15) par l'intermédiaire de la rotule (10) permettant de compenser les délignements possibles et d'affiner les réglages (13), la fourchette (7) comporte une ou plusieurs butées réglables (9) permettant l'ajustement de sa position dans la configuration du zéro collectif, pour permettre ensuite le réglage des pales à leur position zéro par l'intermédiaire des biellettes de pas (4),REVENDICATIONS le coulissement de l'âme du câble collectif (12) est provoqué par les actions du pilote sur le manche collectif (19) qui provoque de ce fait les inclinaisons de la fourchette donc le coulissement du plateau combinateur (1) sur le palier (6) du fourreau du mât (5). L'âme du câble collectif (12) est pourvue à chaque extrémité d'une jonction autorisant des réglages fins (14) et capable de compenser les éventuels délignements, 7) Dispositif selon la revendication 1, 2, 3 et la revendication 4, caractérisé en ce que le plateau cyclique (2) qui commande les habituelles biellettes de pas (4) est lui-même commandé par les câbles (11) dont le nombre est au minimum de deux mais préférentiellement trois, qui viennent remplacer les habituelles bielles de commande : les gaines des câbles prennent appui sur le plateau intermédiaire (1), par l'intermédiaire des rotules (10) permettant de compenser les délignements possibles et permettant d'affiner les réglages (13), les coulissements des âmes dans leur gaines, initialisés par le pilote au moyen du manche cyclique (18) via le palonnier (22) et l'arbre de conjugaison (23) permettent les inclinaisons en tous sens du plateau cyclique (2), nécessaires à la variation cyclique de pas, les âmes sont pourvues d'une jonction autorisant des réglages fins (14) et capable de compenser les éventuels délignements, 8) Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que la partie tournante du plateau cyclique est liée en rotation au mât rotor par le compas (17), tandis que la partie non tournante est liée au plateau intermédiaire par le compas (16). 9) Dispositif selon la revendication 3 et la revendication 4 caractérisé en ce que la commande du plateau intermédiaire (1) peut se faire soit directement par le câble (12), soit par l'intermédiaire d'une servo commande (19) pilotée par ce même câble dans le cas où le système décrit est employé sur des hélicoptères lourds, de même, la commande du plateau cyclique peut se faire soit directement par les câbles (11), soit par l'intermédiaire de servo commandes (21) pilotées par ces mêmes câbles dans le cas où le système décrit est employé sur des hélicoptères lourds, 10) Dispositif selon l'une quelconque des revendications caractérisé en ce que le plateau combinateur (1) peut être commandé à partir des commandes traditionnelles des hélicoptères à savoir le manche cyclique (18), le manche collectif (19), moyennant une adaptation qui élimine les bielles et renvois d'angles et bien sûr le traditionnel combinateur pour les remplacer par les câbles (11, 12) décrits dans les revendications précédentes.