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FONCTIONNEMENTS AUX AERONEFS A VOILURE TOURNANTE
La présente invention est relative à un aéronef @u type comportant une voilure tournant librement pendant le vol sous l'action de l'air soufflé sur les ailes et dans lequel les ailes sont articulées sur un élément cons-
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tiquant leur centre de rotation commun de telle sorte que cnaque aile est libre d'adopter et, tout moment les positions dans lesquelles la force centrifuge due à la rotation et la force ascensionnelle sont en équilibre.
Dans un aéronef de ce type, la présente inven- tion vise principalement des perfectionnements à la construction et au montage des ailes et de l'armature qui les supporte.
Pendant la rotation de la voilure, des varia- ions dans l'incidence aérodynamique et dansles vites- ses relatives résultantes des ailes, par suite de la différence de pression qu'elles supportent dans des po- sitions angulaires différentes/autour de l'axe de rota- tion, donnent naissance à des forces qui tendent à créer des efforts nuisibles dans la voilure. Il est par suite utile d'accoupler les ailes les unes aux autres. Des connexions rigides ne sont pas à désirer parce que les ailes, par suite de leur articulation sur l'axe de rota- tion, peuvent recevoir un mouvement de battement varia- ble.
Conformément à la présente invention, les ailes sont ou bien établies avec une flexion élastique suffisan te dans leur construction pour permettre leur faible dé- placement relatif dans le plan de rotation, ou bien elles sont articulées sur le support constituant leur centre commun de rotation d'une maniere telle qu'elles peuvent prendre un mouvement de battement réduit autour d'un axe à peu près parallèle à l'axe de rotation, mies sont ensuite reliées les unes aux autres par des éléments flexibles (par exemple des cables d'acier ), soit main- tenues en tension par des moyens élastiques, ou bien lais- sées lâcnes et munies, entre cnaque paire d'ailes, ..' un poids,
de telle manière que lorsque le système est en ro- @
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tation les éléments d'accouplement flexibles sont rai- dis par l'action de la force centrifuge sur les poids.
Une manière d'obtenir une flexion élastique latérale suffisante, dansune aile, est de la construire sur un longeron unique, de préférence un tube métallique, sur lequel des/nervures transversales sont rapportées.
Pendant la rotation, la vitesse linéaire de l'aile croît lorsque l'on rapproche de l'extrémité de l'aile d'où résulte une distribution inégale de la pres- sion le long de l'aile.Le voisinage de l'extrémité de l'aile étant sujet à une pression plus considérable de- mande par suite une plus grande force et rigidité que les parties plus rapprochées de l'axe de rotation et une autre caractéristique de la présente invention consiste soit à accroître la force et la rigidité des nervures, ou le nombre des nervures par unité de longueur d'aile,
en se rapprochant de l'extrémité de l'aile. Ce dernier ar- rangement présente des avantages de construction considé- rable et sert également à établir le centre de gravité près des extrémités de l'aile ce qui accroît la composan- te centrifuge et rend possible d'une manière générale, d'alléger la construction de l'aile.
Il doit être compris que le renforcement additionnel de cette région de l'ex- trémité de l'aile ne doit pas diminuer de manière impor- tante sa flexibilité, pour les raisons ci-dessus décrites
S'il est désirable, en outre, d'augmenter la force centriguge, l'extrémité de l'aile peut être chargée de toute manière convenable, mais de préférence, suivant une caractéristique de la présente invention, en couvrant ou plaquant une partie de l'aile aux environs de son ex- trémité au moyen de métal ou d'une lame de bois qui en
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même temps qu'elle apporte un poids additionnel là où c'est le plus nécessaire, ajoute de la force à la partie de l'aile la plus lourdement cnargée et animée de la plus grande vitesse relative par rapport au courant d'air.
Le ou les longerons longitudinaux de l'armatu- re de l' aile sont en tension considérable par suite de la force centrifuge engendrée par la rotation et une carac- téristique de la présente invention consiste à munir cna- cun des longerons d'un étai ou tirant longitudinal agis- sant de manière à décnarger le longeron d'une partie de ses efforts de tension. Lorsque le longeron est consti- tué par un tube métallique la forme la mieux appropriée du tirant est celle d'une tige ou cable métallique dis- posée intérieurement au tube et munie d'un dispositif de tension agissant de manière à mettre le tube lui-même en compression longitudinale.
De préférence l'extrémité intérieure du tirant est fixée à une charniere montée sur l'aile, son extrémité extérieure étant filetée et mu- nie d'un écrou prenant appui sur l'extrémité du tube.
Cet arrangement en outre fournit un moyen ap- proprié de régler le poids et le centre de gravité de l'aile de sorte qu'ils puissent être égaux pour toutes les ailes, eci peut être effectué conformément à l'une des caractéristiques de l'invention en disposant dans les extrémités de cnaque aile un ou plusieurs poids amo- vibles logés par exemple sur l'extrémité de cnaque tirant ou sur le longeron longitudinal, les poids ayant la forme par exemple de disques métalliques pouvant être vissés et fixés à l'extrémité du tirant ou des longerons. Une ouverture munie d'une fermeture convenable est ménagée dans l'extrémité de cnaque aile de manière à permettre
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un facile accès aux dits moyens de réglage.
Les détails de construction de la présente in- vention décrit ci-dessus et ci-apres sont représentés aux dessins annexés qui ne sont donnés qu'à titre d'exem- ple seulement et pour permettre aux personnes expertes dans cet art de comprendre facilement l'invention et de la réaliser :
Dans ces dessins ;
La figure 1 est une vue d'ensemble en plan d'u- ne voilure tournante articulée montrant diverses maniè- res d'obtenir la flexion élastique latérale des ailes, et de les accoupler los unes aux autres.
La figure 2 est une vue en plan montrant la structure intérieure d'une aile établis sur un longeron longitudinal unique et indiquant une forme de plaquage de la région extrême de l'aile.
La figure 3 est une vue en plan montrant une autre forme de plaquage de l'extrémité de l'aile.
La figure 4 est une coupe longitudinale d'un longeron d'aile contenant un étai ou tirant intérieur .
La figure 5 est une vue en coupe partielle, une échelle agrandie, montrant la. manière de disposer des poids amovibles à l'extrémité de l'aile.
La figure 6 représente plus ou moins schéma- tiquement des moyens destinés à diminuer le mouvement de battpment des ailes.
La figure 7 est une vue en élévation de coupe partielle d'un montage des ailes comportant un dispositif de lubréfaction convenable.
La figure 8 est une demi-coupe en plan suivant la ligne V11I-VIII de la figure 7.
Dans la figure 1, les ailes A et AI sont arti-
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culées sur une piece B tournant autour d'un arbre C de la manière décrite dans le brevet français ? 562.756 du 27 Février 1923 au nom de Monsieur Juan de la CIEHVA ayant pour titre "PERFECTIONNEMENT AUX AEROPLANES A AILES FOURS NA@TES".
Comme il a été décrit précédemment les ailes peuvent être construites de maniere à présenter une flexion élastique latérale suffisante pour permettre leur dépla- cement relatif, vu en plan, ou bien cnaque aile peut com- porter une articulation secondaire ± sensiblement perpen- diculaire à l'articulation norizontale ordinaire corme c' est le cas pour l'aile Afin de Drévenir un d@pla- ceent excersif et de soulager les efforts dans les ailes,
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/ ¯8 fhÀ UuCid1 celles-ci sont accouplées les unes/autres au moyen ci' é- léménts flexibles tels que des cables E ou E1 ,
le pre- mier de ceux-ci étant lcne lorsque la voilure est au re- pos et tant Tunis de points E2 qui sont attirés vers l'extérieur sous l'effet de la. force centrifuge pendant le mouvement de rotation, raidissant ainsi les cibles, uom- me variante de cet arrangement, les cables E peuvent comporter des éléuents élastiques tels que des ressorts E3.
En se référant maintenant à la figure 2, l'ai- le comporte un longeron longitudinal unique F -qui peut avantageusement être constitué per un Tube métallique.
Pour renforcer la région extérieure de l'aile qui est soumise aux pressions les plus élevées, et en particu- lier à des efforts de torsion autour du longeron E, les nervures nlatérales G sont progressivement rapprochées les unes des autres dans les parties les plus extérieu- res de l'aile, une raideur et une force complémentaire
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étant en outre fournies par un plaquage de l'aile au moyen d'une plaque telle que H , en métal, en lames de bois, ou autres matières convenables.
La figure 3 montre une variante de forme du plaquage dans laquelle une pertie étroite H1 seule est ainsi renforcée.
Dans la figure 4, un longeron creux est rap- porté sur la pièce ± qui forme partie de l'articulation de l's.ile. Un étai ou tirant iL consistant, dans cet exemple, en un cable d'acier, est attacné à pon extré- mité intérieure K1 à la pièce J et à son extrémité exté- rieure à un boulon à oeillets L portant une rondelle L1 s'appuyant sur l'extrémité du longeron H, sa presnion sur celui-.ci étant réglable au moyen d'un écrou L2 et servant de cette manière à soulager une partie des efforts de tension dans le longeron H en mettant ce dernier en compression longitudinale.
La figure 5 montre, à une écnelle agrandie, le boulon à oeillet L prolongé et muni de disques métalli- quesL3 vissés sur lui et fixés au moyen d'un écrou 4, dans le but de régler le poids et le centre de gravité de l' aile.
En se référant maintenant à la figure 6, il peut se montrer désirable, dans divers cas, de restrein- dre le libre mouvement de battement de l'aile pour la rai son que dans la disposition actuelle, l'action d'un vent soudain et violent sur les ailes, lorsqu'elles sont en repos, peut les soulever considérablement, et les soumet- tre à des efforts considérables à la retombée.
Afin de se protéger contre cet inconvénient et aussi de supporter les ailes au repos, elles peuvent être supportées élastiquement d'une telle manière que, alors qu'il ne se produit qu'une faible ou nulle opposition à leurs mouvements entre les limites utiles, les mouvements extrêmes dans toutes directions sont néanmoins évités. @
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A l'intérieur de l'aile A de maniere à dimi- nuer la résistance frontale, est montée une tige M sur laquelle est disposé un coulisseau N placé entre deux ressorte ± . Le coulisseau N est articulé sur une jamle de force ± qui à son tour est articulée suûne saillie de l'arbre ± autour duquel tourne la voilure.
On verra ainsi que les mouvements excessifs des ailes dans toutes directions sont évités. Si l'on préfère ne pas limiter le mouvement des ailes vers le naut le coulisseau N pourra être cnargé ou sollicité par ressort dans une direction seulement, cet arrangement ayant l'avantage sur les cons- tructions antérieurement proposées, que les parties en saillie des moyens employés pour supporter les ailes, en repos, sont cacnés à l'intérieur de l'armature de l'ai- le et ne produisent aucune résistance frontale addition- nelle.
Si se référant maintenant aux figures 7 et 8 qui Représentent une forme pratique du pivot de rotation pour les ales, on voit que, clavetée sur la partie su- périeure d'un arbre creux fixe 10 est disposée une cnemi- se 11 dont l'extrémité inférieure se termine dans un roulement à billes 12 qui, avec le cnemin de roulement 13 constitue un palier de butée servant pendant le vol à supporter l'aéronef sur ses ailes.
Chacun des roulements intérieurs 13, ainsi que les cnemins de roulements 14 et 15 d'un second palier de butée à billes sont portés par un anneau 16 venu d'une seule pièce avec/une chemise tour- nante 17 et avec une membrure principale 18 supportant des paires de roulements à billes radiaux 19 pour l'arti- culation de chacune des ailes. Les deux paliers de butée 1,13 et 14,15 sont prévus dans le but qu'il n'y ait aucune entrave à la rotation libre de la voilure, si l'un, ou l'autre de ces paliers vient à faire défaut.
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Des paliers de roulement radiaux 20 et 21 sont prévus respectivement en haut et en bas, ainsi qu'un palier de butée 22 servant à supporter la voilure pen- dant que l'aéronef est sur le sol.
Le lubréfiant est contenu dans le réservoir 23 fixé sur la partie tournante 17. Les paliers supé- rieurs tournant einsi constamment dans 1'nulle qui pas- se également par l'espace annulaire 24 ménagé entre la pièce 17 et l'arbre fixe creux 10 pour aller lubré- fier les paliers inférieurs 21 et 22, une garniture é- tancne 26 étant prévue pour retenir l'nuile. L'huile est également' cnassée par la force centrifuge par les conduits 25 vers les paliers 19.
Des roues dentées 27 et 28 sont prévues pour entrainer un compteur de tours ou un indicateur de vi- tesse pour les ailes.
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OPERATIONS ON ROTATING BLADE AIRCRAFT
The present invention relates to an aircraft of the type comprising an airfoil rotating freely during flight under the action of the air blown on the wings and in which the wings are articulated on a component.
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ticking their common center of rotation so that the wing is free to adopt and at any time the positions in which the centrifugal force due to the rotation and the ascending force are in equilibrium.
In an aircraft of this type, the present invention is mainly aimed at improvements in the construction and assembly of the wings and of the frame which supports them.
During the rotation of the airfoil, variations in the aerodynamic incidence and in the resulting relative speeds of the wings, due to the pressure difference which they withstand in different angular positions / around the axis rotation, give rise to forces which tend to create harmful forces in the airfoil. It is therefore useful to couple the wings to each other. Rigid connections are not to be desired because the wings, by virtue of their articulation on the axis of rotation, can receive a variable flapping motion.
According to the present invention, the wings are either established with sufficient elastic flexion in their construction to allow their small relative displacement in the plane of rotation, or they are articulated on the support constituting their common center of rotation d. 'in such a way that they can take a reduced beating motion about an axis roughly parallel to the axis of rotation, but are then connected to each other by flexible elements (e.g. steel cables ), either kept in tension by elastic means, or left loose and fitted, between a pair of wings, .. 'a weight,
so that when the system is in ro- @
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The flexible coupling elements are energized by the action of centrifugal force on the weights.
One way to achieve sufficient lateral elastic flexion in a wing is to build it on a single spar, preferably a metal tube, to which transverse ribs are attached.
During rotation, the linear speed of the wing increases as one approaches the tip of the wing resulting in an uneven distribution of pressure along the wing. the wing being subjected to a greater pressure therefore requires greater force and rigidity than the parts nearer to the axis of rotation and another feature of the present invention is either to increase the force and rigidity ribs, or the number of ribs per unit wing length,
approaching the tip of the wing. This latter arrangement has considerable construction advantages and also serves to establish the center of gravity near the ends of the wing which increases the centrifugal component and makes it possible in general to lighten the weight. wing construction.
It should be understood that the additional reinforcement of this region of the tip of the wing must not significantly reduce its flexibility, for the reasons described above.
If it is further desirable to increase the centrigugging force, the wing tip can be loaded in any suitable manner, but preferably, according to a feature of the present invention, by covering or plating a portion of the wing. the wing around its extremity by means of metal or a wooden blade which
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At the same time as it brings additional weight where it is most needed, it adds strength to the part of the wing that is most heavily loaded and with the greatest relative speed to the air current.
The longitudinal spar (s) of the wing frame are in considerable tension as a result of the centrifugal force generated by the rotation and a feature of the present invention is to provide each of the spars with a forestay. or longitudinal tie rod acting so as to release the side member from part of its tension forces. When the side member is made up of a metal tube, the most suitable form of the tie rod is that of a rod or metal cable placed inside the tube and provided with a tension device acting so as to place the tube itself. even in longitudinal compression.
Preferably the inner end of the tie rod is fixed to a hinge mounted on the wing, its outer end being threaded and provided with a nut bearing on the end of the tube.
This arrangement furthermore provides a suitable means of adjusting the weight and center of gravity of the wing so that they may be equal for all wings, which may be effected in accordance with any of the characteristics of the wing. invention by arranging in the ends of the wing cnaque one or more removable weights housed for example on the end of the pulling cnaque or on the longitudinal spar, the weights having the form for example of metal discs which can be screwed and fixed to the end of tie rod or side members. An opening provided with a suitable closure is provided in the end of the wing cnaque so as to allow
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easy access to said adjustment means.
The constructional details of the present invention described above and hereinafter are shown in the accompanying drawings which are given by way of example only and to enable those skilled in the art to readily understand. invention and realize it:
In these drawings;
Figure 1 is an overall plan view of an articulated rotary airfoil showing various ways of obtaining lateral elastic flexion of the wings, and of coupling them to each other.
Fig. 2 is a plan view showing the inner structure of a wing set on a single longitudinal spar and indicating a plating shape of the end region of the wing.
Figure 3 is a plan view showing another form of wing tip plating.
FIG. 4 is a longitudinal section of a wing spar containing an internal stay or tie rod.
Figure 5 is a partial sectional view, on an enlarged scale, showing the. way to have removable weights at the end of the wing.
FIG. 6 represents more or less diagrammatically means intended to reduce the flapping movement of the wings.
FIG. 7 is an elevational view in partial section of an assembly of the wings comprising a suitable lubricating device.
Figure 8 is a half-section in plan along the line V11I-VIII of Figure 7.
In figure 1, the wings A and AI are articulated
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abutments on a piece B rotating around a shaft C in the manner described in the French patent? 562,756 of February 27, 1923 in the name of Mr. Juan of CIEHVA with the title "IMPROVEMENT IN AEROPLANES AILES FOURS NA @ TES".
As previously described, the wings can be constructed so as to have sufficient lateral elastic flexion to allow their relative displacement, seen in plan, or else each wing can have a secondary articulation ± substantially perpendicular to the wing. 'ordinary norizontal articulation like this is the case for the wing In order to avoid an excersive displacement and to relieve the forces in the wings,
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/ ¯8 fhÀ UuCid1 these are coupled to each other by means of flexible elements such as cables E or E1,
the first of these being lcne when the airfoil is at rest and so many Tunis points E2 which are attracted outwards under the effect of the. centrifugal force during the rotational movement, thus stiffening the targets, as a variant of this arrangement, the cables E can include elastic elements such as springs E3.
Referring now to FIG. 2, the ala comprises a single longitudinal spar F which can advantageously be constituted by a metal tube.
To reinforce the outer region of the wing which is subjected to the highest pressures, and in particular to torsional forces around the spar E, the lateral ribs G are progressively brought closer to each other in the outermost parts. - wing resins, stiffness and complementary strength
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being further provided by a plating of the wing by means of a plate such as H, made of metal, wooden slats, or other suitable materials.
FIG. 3 shows an alternative form of the plating in which only a narrow stub H1 is thus reinforced.
In figure 4, a hollow spar is brought on the part ± which forms part of the articulation of the island. A prop or tie-rod iL consisting, in this example, of a steel cable, is attached at the inner end K1 to the part J and at its outer end to an eyelet bolt L carrying a washer L1 s' pressing on the end of the spar H, its presnion on the latter being adjustable by means of a nut L2 and in this way serving to relieve part of the tension forces in the spar H by putting the latter in longitudinal compression.
Figure 5 shows, in an enlarged scale, the eyebolt L extended and provided with metal discs L3 screwed onto it and fixed by means of a nut 4, in order to adjust the weight and the center of gravity of the ' wing.
Referring now to Figure 6, it may be desirable in various cases to restrict the free flapping motion of the wing for the reason that in the present arrangement the action of a sudden wind. and violent on the wings, when they are at rest, can raise them considerably, and subject them to considerable efforts at the fallout.
In order to protect against this disadvantage and also to support the wings at rest, they can be resiliently supported in such a way that, while there is little or no opposition to their movements between the useful limits, extreme movements in any direction are nevertheless avoided. @
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Inside the wing A in order to reduce the frontal resistance, is mounted a rod M on which is placed a slide N placed between two springs ±. The slide N is articulated on a jamle of force ± which in turn is articulated on a projection of the shaft ± around which the blade rotates.
It will thus be seen that excessive movements of the wings in all directions are avoided. If it is preferred not to limit the movement of the wings towards the sea, the slide N may be loaded or spring loaded in one direction only, this arrangement having the advantage over the constructions previously proposed, that the projecting parts of the means used to support the wings, when at rest, are hidden inside the frame of the wing and do not produce any additional frontal resistance.
Referring now to Figures 7 and 8 which show a practical form of the pivot of rotation for the ales, it is seen that, keyed to the upper part of a fixed hollow shaft 10, there is disposed a cnemi- lower end ends in a ball bearing 12 which, together with the rolling cnemin 13 constitutes a thrust bearing serving during flight to support the aircraft on its wings.
Each of the inner bearings 13, as well as the bearing cnemins 14 and 15 of a second thrust ball bearing are carried by a ring 16 formed in one piece with / a rotating sleeve 17 and with a main chord 18 supporting pairs of radial ball bearings 19 for the articulation of each of the wings. The two thrust bearings 1,13 and 14,15 are designed so that there is no obstacle to the free rotation of the airfoil, if one or the other of these bearings fails. .
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Radial rolling bearings 20 and 21 are provided at the top and bottom, respectively, as well as a thrust bearing 22 serving to support the airfoil while the aircraft is on the ground.
The lubricant is contained in the reservoir 23 fixed to the rotating part 17. The upper bearings thus constantly rotating in the void which also passes through the annular space 24 formed between the part 17 and the hollow fixed shaft 10. to go lubricate the lower bearings 21 and 22, a spacer 26 being provided to retain the oil. The oil is also removed by centrifugal force through the conduits 25 to the bearings 19.
Toothed wheels 27 and 28 are provided for driving a revolution counter or a speed indicator for the wings.