Brevet FR3113886A1 — publié le 20220311

Cette hélice (1) à diamètre variable pour système de propulsion pour aéronef comprend un ensemble de pales (2, 3) montées sur un moyeu (4) et des moyens pour faire varier le diamètre de l'hélice. Les moyens pour faire varier le diamètre de l'hélice comprennent, pour chaque pale, une biellette (7) agissant en butée sur la pale lors de son déploiement sous l’effet de la force centrifuge de manière à régler le diamètre de l'hélice sous l'effet de la force centrifuge. Figure pour l’abrégé : Fig 1 Hélice à diamètre variable et propulseur d'aéronef comprenant une telle hélice à diamètre variable. La présente invention se rapporte au domaine des systèmes de propulsion d'aéronef et concerne en particulier le contrôle du vol des aéronefs à voilure fixe ou de dirigeables en agissant sur la géométrie du système de propulsion. Plus particulièrement, l'invention concerne le contrôle de la géométrie d'une hélice d'aéronef à diamètre variable. État de la technique antérieure En fonctionnement, les hélices d'aéronef créent une poussée parallèle à leur axe de rotation. La poussée combinée des hélices installées sur un aéronef assure sa propulsion. Cette propulsion peut être modulée soit par variation de la vitesse de rotation de l'hélice, soit par variation de son calage, c'est-à-dire du pas de l’hélices, soit par une combinaison de la variation de la vitesse de rotation de l'hélice et de la variation de son calage. Pour des contraintes de bruit et de performances aérodynamiques, la vitesse périphérique à l’extrémité de la pale est classiquement limitée à environ Mach 0,8 ou Mach 0,85. Le diamètre de l'hélice étant fixe, il en résulte une vitesse de rotation maximale à ne pas dépasser. Par ailleurs, en fonction des phases de vol, il est connu de faire varier la géométrie de l'hélice. Il s'agit par exemple d'augmenter le pas et de diminuer le diamètre lors d'une croisière rapide ou, au contraire, de diminuer le pas et d'augmenter le diamètre lors des phases de décollage. Il existe, dans l'état de la technique, diverses solutions qui ont été développées pour faire varier le diamètre et le calage des hélices d'aéronef. Ainsi, on connaît, du document FR 1 854 403, un système de propulsion d’aéronef à hélice à diamètre variable dans lequel le diamètre de l’hélice varie sous l’effet d’un vérin modifiant le déploiement radial des pales de l’hélice, ou en montant les pales sur un support ondulé dont le déplacement provoque également la modification du déploiement radial des pales de l’hélice. Cette technique souffre toutefois d’un certain nombre d’inconvénients, notamment relatifs au fait qu’elle engendre une cinématique relativement complexe et nécessite un nombre relativement important de pièces mobiles. Le but de l'invention est donc de pallier les inconvénients précités et de proposer une hélice à diamètre variable pour système de propulsion d’aéronef de forme simple, qui ne modifie donc pas les performances aérodynamiques de l'hélice, qui ne modifie pas l'encombrement général de l'hélice et qui ne nécessite pas un grand nombre de pièces mobiles pour sa mise en œuvre. L'invention a donc pour objet une hélice à diamètre variable pour système de propulsion pour aéronef, comprenant un ensemble de pales montées sur un moyeu et des moyens pour faire varier le diamètre de l'hélice. Les moyens pour faire varier le diamètre de l'hélice comprennent, pour chaque pale, une biellette agissant en butée sur la pale lors de son déploiement sous l’effet de la force centrifuge de manière à faire varier le diamètre de l'hélice. Ainsi, le diamètre de l'hélice peut varier en modifiant le déploiement angulaire de chaque pale en agissant simplement sur la biellette. L'action de la biellette sur les pales peut également permettre de modifier le calage ou le pas de l'hélice. Dans un mode de réalisation, la pale est montée de manière pivotante sur le moyeu, ladite biellette agissant en butée de manière à modifier l'orientation angulaire de la pale et le déploiement de ladite pale. Selon une autre caractéristique, la biellette est positionnée de manière à s'opposer aux efforts aérodynamiques s'appliquant sur l'hélice. Dans un mode de réalisation, la pale est montée sur le moyeu au moyen d'un pivot parallèle à l'axe de rotation du moyeu. En variante, la pale peut être montée sur le moyeu au moyen d'un pivot décalé angulairement par rapport à l'axe de rotation du moyeu. Ce mode de réalisation permet de modifier le calage de l'hélice lorsque l'on agit de manière à modifier son diamètre. Dans un autre mode de réalisation, la biellette est fixée au moyeu et s'étend perpendiculairement à l'axe de rotation du moyeu, ladite biellette comprenant une rotule d'extrémité insérée dans une lumière oblongue inclinée, pratiquée en pied de pale. Dans ce mode de réalisation, le moyeu est avantageusement déplaçable axialement de manière à déplacer la rotule dans la lumière. La pale peut être montée libre en rotation autour de son axe de pale. L'invention a également pour objet, selon un autre aspect, un propulseur d’aéronef comprenant un moteur (thermique ou électrique) et doté d'une hélice à pas et diamètre variables telle que définie ci-dessus. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : illustre un premier mode de réalisation d'une hélice à diamètre variable, dans laquelle l’hélice présente un diamètre maximum ; montre l'hélice de la , dans une position dans laquelle l'hélice présente un diamètre minimum ; illustre une variante de réalisation de l'hélice des figures 1 et 2, à diamètre et pas variable ; et montrent un autre mode de réalisation d'une hélice à diamètre et pas variables conforme à l'invention ; illustre une variante de réalisation d’une hélice à diamètre et à pas variable selon l’invention. Description détaillée On a représenté sur les figures 1 à 3 un premier mode de réalisation d'une hélice à diamètre variable conforme à l'invention, désignée par la référence numérique générale 1. Cette hélice est destinée à être installée dans un système de propulsion d'aéronef pour assurer sa propulsion, tout en permettant de moduler la propulsion en évitant, par une modification du diamètre de l'hélice, que la vitesse périphérique de la pale dépasse une valeur de seuil prédéterminée, par exemple de l'ordre de 0,8 Mach ou de 0. 85 Mach. Cette variation de diamètre permet de réduire le bruit de l'hélice selon les exigences de chaque phase de vol, notamment à proximité du sol. Dans le mode de réalisation de la , l'hélice comporte en outre un pas variable, afin d'optimiser l'incidence et le rendement de l'hélice. Le diamètre et le pas de l'hélice peuvent ainsi être réglés selon les phases de vol de l'aéronef. Ainsi, les caractéristiques de poussée et le meilleur rendement aérodynamique de l'hélice peuvent être obtenus pour chaque phase de vol. Par exemple, lors des phases de croisière rapide, on peut associer une diminution du diamètre de l'hélice et une augmentation du pas de l'hélice et, lors du décollage, on peut associer une augmentation du diamètre et une diminution du pas de l'hélice. Par ailleurs, sur les systèmes de propulsion de type « high lift propeller » ou à hyper sustentation, le réglage du diamètre de l'hélice permet d'augmenter les gains en portance par rapport à une configuration à diamètre fixe, tout en limitant le surplus de poussée, par exemple lors de phases d'atterrissage. En se référant tout d'abord aux figures 1 et 2, dans un premier mode de réalisation, l'hélice comporte un ensemble de pales 2 et 3, ici au nombre de deux, fixées sur un moyeu 4 entraîné en rotation par le système de propulsion de l'aéronef. Les pales 2 et 3 sont montées sur le moyeu 4 au moyen de pivots 5 et 6 respectifs situés en pied de pale et qui s'étendent selon un axe de rotation A parallèle à l'axe de rotation A’ du moyeu 4. Selon leur position angulaire autour des pivots 5 et 6, les pales peuvent ainsi adopter une configuration déployée, visible sur la , dans laquelle l’hélice présente un diamètre D1 maximum et une position rétractée, visible sur la , dans laquelle l'hélice présente un diamètre D2 minimum. L'hélice comporte par ailleurs une butée réglable 7, comprenant une biellette avantageusement articulée autour de l'axe de rotation A’ du moyeu et dont les extrémités mutuellement opposées 8 et 9 constituent chacune une butée contre laquelle s'appuient les pales lors de la rotation de l'hélice dans le sens illustré par la flèche F. Les extrémités 8 et 9 de la biellette 7 sont positionnées de manière à s'opposer à la force centrifuge et aux efforts aérodynamiques qui s'exercent sur les pales lors de la rotation de l'hélice. En d'autres termes, lors de la rotation de l'hélice, les pales sont déployées jusqu'à ce qu'elles viennent en butée contre les extrémités 8 et 9 de la biellette 7. Comme le montre la , la biellette 7 peut être orientée de manière à limiter le déploiement angulaire des pales et à réduire en conséquence le diamètre de l'hélice. Dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, les pivots 5 et 6 s’étendent parallèlement à l'axe de rotation A’ du moyeu 4 de l'hélice. L'hélice comporte dès lors un diamètre variable et un pas fixe. Dans le mode de réalisation de la , les pivots 5 et 6 s’étendent selon des axes respectifs A1 et A2 qui forment un angle par rapport à l'axe A’ de rotation du moyeu 4. Ainsi, en orientant la biellette 7, il est possible de modifier le déploiement angulaire de chaque pale 2 et 3 pour faire varier le diamètre de l'hélice et simultanément, de modifier le pas de chaque pale 2 et 3, lors de leur pivotement autour de leurs axes A respectifs. Dans un autre mode de réalisation visible sur la , sur laquelle on reconnaît la pale 2, fictivement tronquée, fixée sur le moyeu 4, le mécanisme de réglage des pales de l'hélice comporte, pour chaque pale, une biellette 8, comprenant une première extrémité 8a solidaire du moyeu 4 et une extrémité opposée 8b dotée d'une rotule 9 qui s'engage dans une lumière 10 oblongue pratiquée en pied de pale. La biellette 8 s’étend perpendiculairement à l'axe A’ de rotation du moyeu 4, tandis que la lumière 10 est inclinée par rapport à l'axe de biellette 8 de manière à former un angle par exemple de l'ordre de 30° ou, de manière générale, compris entre 25 et 45°. Dans ce mode de réalisation, le moyeu 4 est déplaçable en translation le long de son axe A’ (flèche F’). Il est maintenu radialement par deux roulements 11 et 12. Le pied de pale est quant à lui maintenu par un roulement 13. Dans la position visible sur la , le moyeu 4 qui entraîne en rotation les pales de l'hélice est rétracté vers l'arrière. Sous l'effet de la force centrifuge, la bielle et la rotule d'extrémité 9 sont déplacées vers l'extrémité du pied de pale, de sorte que, sous l'effet de la force centrifuge, la pale 2 et déployée vers l'extérieur, augmentant le diamètre de l'hélice. En référence à la , lors ce que le moyeu 4 est avancé, la biellette 8 et la rotule d'extrémité 9 cheminent dans la lumière 10, en direction de l'extrémité radiale du pied de pale, provoquant une traction sur la pale et une diminution consécutive du diamètre de l'hélice. Dans le mode de réalisation des figures 4 et 5, les pales sont orientables par apport à leur axe général. Le pied de pale ayant par ailleurs une forme cylindrique, la lumière 10 oblongue est partiellement hélicoïdale, de sorte que le déplacement de la rotule de la biellette dans la lumière 10 provoque une rotation de la pale autour de son axe général et une modification consécutive du pas de l'hélice. Dans les modes de réalisations qui ont été décrits, le mécanisme de réglage du diamètre voire du pas de l'hélice est appliqué à une hélice bipales. Bien entendu, on ne sort pas du cadre de l'invention lorsque ce mécanisme de réglage s'applique à une hélice présentant un nombre quelconque de pales. En particulier, la forme de la lumière est apte à piloter la relation entre le diamètre de l’hélice et le pas de la pale. En référence à la , on ne sort pas davantage du cadre de l'invention lorsque ce mécanisme de réglage utilise une lumière 10 ayant un profil hélicoïdal optimisé de manière à piloter la relation entre la variation de diamètre de l’hélice et la variation du pas de la pale 2. Dans les divers modes de réalisation décrits, le diamètre de l'hélice peut être modifié afin, en particulier, d'adapter les caractéristiques de poussée à chaque phase de vol, de réduire le bruit de l'hélice selon les exigences de chaque phase de vol, notamment à proximité du sol, et d’obtenir le meilleur rendement aérodynamique de l'hélice en fonction du point de domaine de vol considéré. En outre, comme indiqué précédemment, sur les propulseurs de type « high lift propeller », on augmente les gains de portance par rapport à une solution à diamètre fixe, tout en limitant le surplus de poussée. Par ailleurs, lorsque cette modification du diamètre s'accompagne d'une modification du pas de l'hélice, on peut en outre optimiser l'incidence de la pale et optimiser par conséquent, le rendement de l'hélice. Hélice à diamètre variable pour système de propulsion pour aéronef, comprenant un ensemble de pales (2, 3) montées sur un moyeu (4) et des moyens (7 ; 8, 10) pour faire varier le diamètre de l'hélice, caractérisé en ce que les moyens pour faire varier le diamètre de l'hélice comprennent, pour chaque pale, une biellette (7, 8) agissant en butée sur la pale lors de son déploiement sous l’effet de la force centrifuge de manière à régler le diamètre de l'hélice. Hélice selon la revendication 1, dans laquelle la pale est montée de manière pivotante sur le moyeu (4), ladite biellette agissant en butée de manière à modifier l'orientation angulaire de la pale et le déploiement de ladite pale. Hélice selon la revendication 2, dans laquelle la biellette (7) est positionnée de manière à s'opposer aux efforts aérodynamiques s'appliquant sur l'hélice. Hélice selon l’une des revendications 2 et 3, dans laquelle la pale est montée sur le moyeu au moyen d’un pivot (5, 6) parallèle à l’axe de rotation du moyeu. Hélice selon l'une des revendications 2 et 3, dans laquelle la pale est montée sur le moyeu au moyen d'un pivot (5, 6) décalé angulairement par rapport à l'axe de rotation du moyeu. Hélice selon la revendication 1, dans laquelle la biellette (8) est fixée au moyeu et s’étend perpendiculairement à l'axe de rotation du moyeu, ladite biellette comprenant une rotule (9) d'extrémité insérée dans une lumière oblongue (10) inclinée pratiquée en pied de pales. Hélice selon la revendication 6, dans laquelle le moyeu (4) est déplaçable axialement de manière à déplacer la rotule (9) dans la lumière. Hélice selon la revendication 6 ou 7, dans laquelle la forme de la lumière est apte à piloter la relation entre le diamètre de l’hélice et le pas de la pale. Hélice selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, dans laquelle la pale est montée libre en rotation autour de son axe de pale. Propulseur d’aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte un moteur thermique ou électrique et doté d'une hélice selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.