Brevet FR3115265A1 — publié le 20220422

L'invention concerne un ensemble (22) propulsif à hélice pour un aéronef (20) comportant une nacelle (24), une hélice (26) monté à rotation autour d'un axe (Z) de rotation dans la nacelle (24), et un dispositif (34) de blocage de la rotation de l'hélice (26) comportant : - au moins un élément (36) de verrouillage stationnaire ; - au moins un bras (44) de verrouillage rotatif monté pivotant entre une position de verrouillage et une position de libération dans laquelle le bras (44) ; caractérisé en ce que l'élément (36) de verrouillage stationnaire comporte un cran (38) formé dans le bord (40) périphérique circulaire d'un plateau (42) fixe coaxial à l'axe (Z) de rotation, le bras (44) de verrouillage comportant un tronçon (48) extrémité libre équipée d'un ergot (50) destiné à être reçu dans le cran (38) lorsqu'il occupe sa position de verrouillage et que l'hélice (26) occupe sa position angulaire indexée. Figure pour l'abrégé : Figure 3 ENSEMBLE PROPULSIF A HELICE POUR UN AERONEF EQUIPE D'UN DISPOSITIF DE BLOCAGE EN ROTATION DE L'HELICE Domaine technique de l'invention L'invention se rapporte à un ensemble propulsif à hélice pour un aéronef comportant une nacelle, une hélice montée à rotation autour d'un axe de rotation dans la nacelle, et un dispositif de blocage de la rotation de l'hélice dans au moins une position angulaire indexée par rapport à la nacelle, le dispositif de blocage comportant : - au moins un élément de verrouillage stationnaire qui est monté fixe sur la nacelle ; - au moins un bras de verrouillage rotatif avec l'hélice qui est monté pivotant par rapport à l'hélice entre une position de verrouillage dans laquelle le bras coopère avec l'élément de verrouillage stationnaire pour bloquer la rotation de l'hélice et une position de libération dans laquelle le bras est écarté de l'élément de verrouillage stationnaire. Arrière-plan technique De tels ensembles propulsifs à hélice sont par exemple utilisés dans des aéronefs à décollage et atterrissage verticaux, aussi appelés "VTOL", acronyme anglais de "Vertical Take Off and Landing". Dans ce cadre, il est possible d'équiper l'aéronef de plusieurs ensembles propulsifs à hélice de façon à répartir les foyers de poussée et rechercher les meilleurs rendements propulsifs sur l'aéronef. Ces ensembles propulsifs à hélice peuvent être désactivés en fonction de la configuration de vol de l'aéronef. Lorsque des ensembles propulsifs à hélice sont désactivés, leur hélice est susceptible de nuire aux performances aérodynamiques de l'aéronef, par exemple en créant une force de trainée, ou encore en créant des perturbations locales dans les écoulements d'air. C'est notamment le cas des ensembles propulsifs à hélice utilisés pour la sustentation de l'aéronef. Ces ensembles propulsifs à hélice sont en effet utilisés uniquement pour l'atterrissage, le décollage ou le vol stationnaire. Lorsque l'aéronef se déplace horizontalement dans une phase de croisière, il est préférable de bloquer la rotation des hélices dans une position angulaire indexée dans laquelle leur trainée est minimale. Pour des hélices présentant deux pales, la trainée est minimisée lorsque les pales sont agencées parallèlement au déplacement horizontal de l'aéronef. Pour résoudre ce problème, il a déjà été proposé des ensembles propulsifs équipés de dispositifs de blocage des hélices dans leur position indexée dans laquelle l'impact des pales de l'hélice sur les performances aérodynamique de l'aéronef est minimisé. Cependant, dans les ensembles propulsifs actuels, l'hélice est bloquée au moyen de son moteur électrique de propulsion. Or, une telle solution nécessite une consommation d'électricité pendant toute la durée du blocage de l'hélice dans sa position angulaire indexée. En outre, un tel moteur électrique ne permet pas d'obtenir un positionnement angulaire suffisamment précis pour garantir que l'hélice est bien bloquée dans la position angulaire procurant les meilleurs avantages aérodynamique. L'invention propose un ensemble propulsif à hélice pour un aéronef comportant une nacelle, une hélice monté à rotation autour d'un axe de rotation dans la nacelle, et un dispositif de blocage de la rotation de l'hélice dans au moins une position angulaire indexée par rapport à la nacelle, le dispositif de blocage comportant : - au moins un élément de verrouillage stationnaire qui est monté fixe sur la nacelle ; - au moins un bras de verrouillage rotatif avec l'hélice qui est monté pivotant par rapport à l'hélice entre une position de verrouillage dans laquelle le bras coopère avec l'élément de verrouillage stationnaire pour bloquer la rotation de l'hélice et une position de libération dans laquelle le bras est écarté de l'élément de verrouillage stationnaire ; caractérisé en ce que l'élément de verrouillage stationnaire comporte au moins un cran formé dans le bord périphérique circulaire d'un plateau fixe coaxial à l'axe de rotation, le bras de verrouillage comportant un tronçon extrémité libre équipée d'un ergot destiné à être reçu dans le cran lorsqu'il occupe sa position de verrouillage et que l'hélice occupe sa position angulaire indexée. Selon une autre caractéristique de l'ensemble propulsif réalisé selon les enseignements de l'invention, le bras de verrouillage est monté pivotant autour d'un axe orthogonal à l'axe de rotation. Selon une autre caractéristique de l'ensemble propulsif réalisé selon les enseignements de l'invention, le bras de verrouillage est monté pivotant autour d'un axe orthogonal qui s'étend tangentiellement par rapport au sens de rotation l'hélice. Selon une autre caractéristique de l'ensemble propulsif réalisé selon les enseignements de l'invention, l'ergot est muni d'un galet qui est destiné à rouler sur le bord périphérique circulaire du plateau lorsque le bras de verrouillage est sollicité vers sa position de verrouillage et que l'hélice n'occupe pas sa position angulaire indexée. Selon une autre caractéristique de l'ensemble propulsif réalisé selon les enseignements de l'invention, le dispositif de blocage comporte un organe de rappel élastique qui rappelle élastiquement le bras de verrouillage vers sa position de verrouillage. Selon une autre caractéristique de l'ensemble propulsif réalisé selon les enseignements de l'invention, l'organe de rappel élastique est un ressort dont une première extrémité est fixée à un élément solidaire en rotation avec l'hélice et dont une deuxième extrémité est fixée au bras de verrouillage. Selon une autre caractéristique de l'ensemble propulsif réalisé selon les enseignements de l'invention, le bras de verrouillage est commandé vers sa position de libération sous l'effet d'une force centrifuge appliquée au bras de verrouillage provoquée par la rotation de l'hélice. Selon une autre caractéristique de l'ensemble propulsif réalisé selon les enseignements de l'invention, le tronçon d'extrémité libre du bras de verrouillage comporte une masselotte destinée à augmenter l'effet de la force centrifuge. Selon une autre caractéristique de l'ensemble propulsif réalisé selon les enseignements de l'invention, l'ergot est plus proche de l'axe de rotation en position de verrouillage qu'en position de libération. Selon une autre caractéristique de l'ensemble propulsif réalisé selon les enseignements de l'invention, le cran présente deux pentes qui permettent l'extraction de l'ergot du cran lorsqu'un couple supérieur à une valeur de seuil prédéterminée appliqué à l'hélice. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est une vue en perspective qui représente schématiquement un aéronef équipé d'ensembles propulsifs de sustentation réalisés selon les enseignements de l'invention. La figure 2 est une vue en perspective à plus grande échelle qui représente le moyeu d'une hélice d'un ensemble propulsif comportant un dispositif de blocage réalisé selon les enseignements de l'invention. La figure 3 est une vue en perspective qui représente uniquement le dispositif de blocage qui est destiné à équiper l'ensemble propulsif de la figure 2. La figure 4 est une vue de côté qui représente le dispositif de blocage de la figure 3 dans une position de libération. La figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 4 qui représente le dispositif de blocage dans une position de verrouillage. La figure 6 est une vue de dessus qui représente partiellement un plateau du dispositif de blocage qui est équipé d'un cran de verrouillage. Description détaillée de l'invention Dans la suite de la description, des éléments présentant une structure identique ou des fonctions analogues seront désignés par une même référence. Dans la suite de la description, on adoptera à titre non limitatif une orientation longitudinale indiquée par la flèche "L" des figures qui est dirigée d'avant en arrière selon le sens de déplacement de l'aéronef. On utilisera aussi une orientation verticale indiquée par la flèche "V" qui est dirigée de bas en haut perpendiculairement à la direction longitudinale. On utilisera des orientations radiales qui sont dirigées orthogonalement à la direction verticale et qui sont dirigées depuis l'intérieur à proximité de l'axe "Z" de rotation de l'hélice 26 vers l'extérieur. On utilisera également une direction tangentielle qui est dirigée orthogonalement à une direction radiale et à la direction verticale. On a représenté à la figure 1 un aéronef 20 qui comporte plusieurs ensembles propulsifs à hélice réalisés selon les enseignements de l'invention. Il s'agit ici d'un aéronef à décollage et atterrissage vertical, aussi dénommé par son acronyme anglais "VTOL" pour "Vertical Take Off and Landing". A cet égard, l'aéronef 20 comporte des ensembles 22 propulsifs à hélice, dits "de sustentation", qui sont destinés à provoquer une poussée verticale de sustentation de l'aéronef 20. Ces ensembles 22 propulsifs de sustentation sont ici agencés sur un empennage de l'aéronef 20 ainsi que sur un fuselage de l'aéronef 20. L'aéronef 20 comporte aussi des ensembles propulsifs 24, dits de traction, qui sont destinés à provoquer une poussée longitudinale pour permettre le déplacement de l'aéronef 20 vers l'avant. Les ensembles propulsifs 24 de traction sont ici agencés sur une voilure de l'aéronef 20. L'invention est avantageusement, mais pas uniquement, appliquée aux ensembles 22 propulsifs de sustentation. Les ensembles 22 propulsifs de sustentation présentent une conception similaire. Ainsi, on décrira par la suite un unique ensemble 22 propulsif de sustentation, la description étant applicable aux autres ensembles 22 propulsifs de sustentation. Comme cela est représenté à la figure 2, l'ensemble 22 propulsif de sustentation comporte une nacelle 24 qui est ici destinée à être montée sur un élément de structure de l'aéronef 20, par exemple le fuselage ou l'empennage. La nacelle 24 est par exemple montée de manière fixe sur l'élément de structure. L'ensemble 22 propulsif comporte aussi une hélice 26 qui est montée à rotation dans la nacelle 24 autour d'un axe "Z" de rotation. L'hélice 26 est ici fixée à l'extrémité supérieure d'un arbre 28 d'hélice par l'intermédiaire d'un moyeu 30. Des pales 32 s'étendent radialement depuis le moyeu 30. Elles s'étendent au-dessus de la nacelle 24. Les pales 32 sont réparties régulièrement autour du moyeu 30. L'hélice 26 comporte ici deux pales 32 opposées. L'hélice 26 est destinée à être entraînée en rotation au moyen d'un moteur de propulsion (non représenté), par exemple un moteur électrique. Le moteur de propulsion fournit ainsi un couple moteur à l'hélice 26 via l'arbre 28 d'hélice pour provoquer sa rotation afin que l'hélice puisse fournir la poussée de sustentation nécessaire au fonctionnement de l'aéronef 20. Lorsqu'aucun couple moteur n'est fourni à l'hélice 26, cette dernière est libre de tourner sous l'effet de son inertie et/ou des perturbations aérodynamiques créées par le déplacement de l'aéronef et par le vent. L'ensemble 22 propulsif de sustentation est équipé d'un dispositif 34 de blocage de la rotation de l'hélice 26 dans au moins une position angulaire indexée par rapport à la nacelle 24. La position angulaire indexée correspond à une position angulaire dans laquelle la trainée de l'hélice 26 est minimisée dans le sens de déplacement longitudinal de l'aéronef 20. Dans le cas d'une hélice 26 à deux pales 32, telle que celle représentée aux figures, l'hélice 26 peut être arrêtée dans deux positions indexées dans lesquelles les pales 32 s'étendent longitudinalement parallèlement au sens de déplacement de l'aéronef 20. Le dispositif 34 de blocage comporte au moins un élément 36 de verrouillage stationnaire qui est monté fixe sur la nacelle 24. Comme représenté plus en détails aux figures 3 à 5, l'élément 36 de verrouillage stationnaire comporte un cran 38 formé dans le bord 40 périphérique circulaire d'un plateau 42 coaxial à l'axe "Z" de rotation. Le plateau 42 est monté fixe par rapport à la nacelle 24. Le dispositif 34 de blocage comporte aussi au moins un bras 44 de verrouillage qui est monté solidaire en rotation avec l'hélice 26. Le bras 44 de verrouillage est monté pivotant sur l'arbre 28 d'hélice entre une position de verrouillage, représentée à la figure 5, dans laquelle le bras 44 de verrouillage coopère avec l'élément 36 de verrouillage stationnaire pour bloquer la rotation de l'hélice 26 d'hélice et une position de libération, représentée aux figures 3 et 4, dans laquelle le bras 44 de verrouillage est écarté du bord 40 périphérique du plateau 42. Plus particulièrement, le bras 44 de verrouillage présente un premier tronçon 46 d'articulation sur l'arbre 28 d'hélice et un deuxième tronçon 48 d'extrémité libre. Le tronçon d'extrémité libre 48 comporte un ergot 50 qui est destiné à être reçu dans le cran 38 lorsque le bras 44 de verrouillage occupe sa position de verrouillage et que l'arbre 28 d'hélice occupe sa position angulaire indexée. Le bras 44 de verrouillage est ici monté pivotant autour d'un axe "X" de pivotement orthogonal à l'axe "Z" de rotation de l'hélice 26. L'axe "X" de pivotement s'étend plus particulièrement tangentiellement par rapport au sens de rotation de l'arbre 28 d'hélice, tandis que le bras 44 de verrouillage s'étend selon une direction globale radialement par rapport à l'axe "Z" de rotation. A cet effet, l'extrémité libre du tronçon 46 d'articulation présente une forme de chape pour permettre de fixation pivotante avec l'arbre 28 d'hélice. En outre, le tronçon 48 d'extrémité libre du bras 44 de verrouillage présente forme ici un coude par rapport au tronçon 46 d'articulation de manière qu'en position de verrouillage, le tronçon 46 d'articulation soit agencé obliquement vers le plateau 40 par rapport à une direction radiale par rapport à l'axe "Z" de rotation, tandis que le tronçon 48 d'extrémité libre est orienté sensiblement parallèlement à l'axe "Z" de rotation de l'arbre 28 d'hélice. En position de libération, le tronçon 46 d'articulation du bras 44 de verrouillage est pivoté par rapport à sa position de verrouillage de manière à présenter une orientation sensiblement radiale par rapport à l'axe "Z" de rotation, tandis que l'ergot 50 est écarté radialement du bord 40 périphérique du plateau 42 vers l'extérieur. Ainsi, l'ergot 50 est plus proche de l'axe "Z" de rotation lorsque le bras 44 de verrouillage occupe sa position de verrouillage que lorsqu'il occupe sa position de libération. L'ergot 50 du bras 44 de verrouillage est muni de moyens de contact sans frottement contre le bord 40 périphérique du plateau 42 lorsque le bras 44 de verrouillage est sollicité vers sa position de verrouillage et que l'arbre 28 d'hélice n'occupe pas sa position angulaire indexée. Les moyens de contact sans frottement sont ici formés par un galet 51 qui est destiné à rouler sur le bord 40 périphérique circulaire du plateau 42. Le galet 51 est monté tournant sur l'ergot 50 autour d'un axe de roulement "Y" qui s'étend sensiblement verticalement lorsque le bras 44 de verrouillage occupe sa position de verrouillage. Le galet 51 est inséré dans le cran 38 en position de verrouillage. En variante, les moyens de contact sans frottement sont formés par un revêtement antifriction qui entoure l'ergot. Il est prévu un organe 52 de rappel élastique du bras 44 de verrouillage qui exerce en permanence un effort de rappel élastique du bras 44 de verrouillage vers sa position de verrouillage. L'organe 52 de rappel élastique est ici un ressort dont une première extrémité est fixée à l'arbre 28 d'hélice et dont une deuxième extrémité est fixée au bras 44 de verrouillage. Il s'agit d'un ressort hélicoïdal qui est destiné à travail en traction. Plus particulièrement, la première extrémité de l'organe 52 de rappel élastique est fixée à la face supérieure d'un disque 54 qui tourne solidairement avec l'arbre 28 d'hélice autour de l'axe "Z" de rotation. Le disque 54 s'étend juste au-dessus du plateau 42 en se référant aux figures 3 à 5. La deuxième extrémité de l'organe 52 de rappel élastique est fixée à l'extrémité extérieure du tronçon 46 d'articulation du bras 44 de verrouillage, plus particulièrement au niveau du coude entre le tronçon 46 d'articulation et le tronçon 48 d'extrémité libre. Cela permet d'obtenir un effort de rappel élastique maximal par effet de levier. Le bras 44 de verrouillage est ici commandé vers sa position de libération sous l'effet d'une force centrifuge appliquée au bras 44 de verrouillage lors de la rotation de l'arbre 28 d'hélice à une vitesse suffisante pour provoquer son soulèvement par rapport au plateau 42. Le tronçon 48 d'extrémité libre du bras 44 de verrouillage comporte une masselotte 56 destinée à augmenter l'effet de la force centrifuge. Par ailleurs, il est prévu de pouvoir extraire l'ergot 50 du cran 38 par application d'un couple moteur suffisant sur l'arbre 28 d'hélice. A cet effet, le cran 38 présente, en vue de dessus comme illustrée à la figure 6, une forme de cuvette comportant un fond 58 vers lequel convergent deux pentes 60 depuis le bord 40 périphérique du plateau 42. Les pentes 60 présentent une inclinaison qui permet l'extraction de l'ergot 50 du cran 38 par roulement du galet 51 lorsqu'un couple supérieur à une valeur de seuil prédéterminée appliqué à l'arbre 28 d'hélice. Cette valeur de seuil est choisie de manière qu'un couple produit uniquement par des perturbations aérodynamique dues au déplacement de l'aéronef 20 soit insuffisant pour l'atteindre. Avantageusement, seul le moteur de propulsion de l'aéronef 20 est assez puissant pour provoquer le déblocage de l'hélice 26. Lorsque l'ensemble 22 propulsif est en service, l'hélice 26 tourne avec une vitesse suffisante pour que le bras 44 de verrouillage soit soulevé dans sa position de libération sous l'effet de la force de centrifuge, à l'encontre de l'effort de rappel élastique. Lorsque l'ensemble 22 propulsif n'est plus nécessaire au fonctionnement de l'aéronef 20, le moteur de propulsion ne fournit plus aucun couple moteur. De ce fait, l'hélice 26 tourne librement et ralentie progressivement jusqu'à ce que la force centrifuge exercée sur le bras 44 de verrouillage soit insuffisante pour s'opposer l'effort de rappel élastique exercé par l'organe 52 de rappel élastique. Le bras 44 de verrouillage est alors sollicité vers sa position de verrouillage. Le galet 51 entre alors en contact avec le bord 40 périphérique du plateau 42 sur lequel il roule jusqu'à atteindre le cran 38 dans lequel il pénètre sous l'effet de l'effort de rappel élastique exercé par l'organe 52 de rappel élastique. L'hélice 26 est alors bloquée en rotation dans sa position angulaire indexée. Lors du redémarrage de l'ensemble 22 propulsif, le moteur de propulsion fournit à l'arbre 28 d'hélice un couple moteur suffisant pour extraire le galet 51 du cran 38 par roulement contre l'une des pentes 60. Lorsque le galet 51 atteint le bord 40 périphérique du plateau 42, la force centrifuge est encore insuffisante pour soulever le bras 44 de verrouillage à l'encontre de l'effort de rappel élastique. Cependant, le roulement du galet 41 contre ce bord 40 périphérique n'oppose aucun couple résistant à la rotation de l'arbre 28 d'hélice. De ce fait, le moteur de propulsion est apte à entraîner l'arbre 28 d'hélice en moins d'un tour à une vitesse de rotation suffisante pour soulever le bras 44 de verrouillage vers sa position de libération. Cette absence de couple résistant permet ainsi de commander le bras 44 de verrouillage dans sa position de libération en économisant de l'énergie. Ensemble (22) propulsif à hélice pour un aéronef (20) comportant une nacelle (24), une hélice (26) monté à rotation autour d'un axe (Z) de rotation dans la nacelle (24), et un dispositif (34) de blocage de la rotation de l'hélice (26) dans au moins une position angulaire indexée par rapport à la nacelle (24), le dispositif (34) de blocage comportant : - au moins un élément (36) de verrouillage stationnaire qui est monté fixe sur la nacelle (24) ; - au moins un bras (44) de verrouillage rotatif avec l'hélice (26) qui est monté pivotant par rapport à l'hélice (26) entre une position de verrouillage dans laquelle le bras (44) coopère avec l'élément (36) de verrouillage stationnaire pour bloquer la rotation de l'hélice (26) et une position de libération dans laquelle le bras (44) est écarté de l'élément (36) de verrouillage stationnaire ; caractérisé en ce que l'élément (36) de verrouillage stationnaire comporte au moins un cran (38) formé dans le bord (40) périphérique circulaire d'un plateau (42) fixe coaxial à l'axe (Z) de rotation, le bras (44) de verrouillage comportant un tronçon (48) d’extrémité libre équipée d'un ergot (50) destiné à être reçu dans le cran (38) lorsqu'il occupe sa position de verrouillage et que l'hélice (26) occupe sa position angulaire indexée. Ensemble (22) propulsif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le bras (44) de verrouillage est monté pivotant autour d'un axe (X) orthogonal à l'axe (Z) de rotation. Ensemble (22) propulsif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le bras (44) de verrouillage est monté pivotant autour d'un axe (X) orthogonal qui s'étend tangentiellement par rapport au sens de rotation l'hélice (26). Ensemble (22) propulsif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ergot (50) est muni d'un galet (51) qui est destiné à rouler sur le bord (40) périphérique circulaire du plateau (42) lorsque le bras (44) de verrouillage est sollicité vers sa position de verrouillage et que l'hélice (26) n'occupe pas sa position angulaire indexée. Ensemble (22) propulsif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif (34) de blocage comporte un organe (52) de rappel élastique qui rappelle élastiquement le bras (44) de verrouillage vers sa position de verrouillage. Ensemble (22) propulsif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'organe (52) de rappel élastique est un ressort dont une première extrémité est fixée à un élément solidaire en rotation avec l'hélice (26) et dont une deuxième extrémité est fixée au bras (44) de verrouillage. Ensemble (22) propulsif selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le bras (44) de verrouillage est commandé vers sa position de libération sous l'effet d'une force centrifuge appliquée au bras (44) de verrouillage provoquée par la rotation de l'hélice (26). Ensemble (22) propulsif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le tronçon (48) d'extrémité libre du bras (44) de verrouillage comporte une masselotte (56) destinée à augmenter l'effet de la force centrifuge. Ensemble (22) propulsif selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que l'ergot (50) est plus proche de l'axe (Z) de rotation en position de verrouillage qu'en position de libération. Ensemble (22) propulsif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le cran (38) présente deux pentes (60) qui permettent l'extraction de l'ergot (50) du cran (38) lorsqu'un couple supérieur à une valeur de seuil prédéterminée appliqué à l'hélice (26).