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B REVE T d ' 1 N ¯y" Z, 11 T OH
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Perfectionnements aux surrGr,r ion:fllC:.S tiques, particulière- ment pour les corps animas d'un rlouve"'1.ent de rotation .
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'Messieurs Maurice 9rinçoin Alexandre JULIEN et Yves ROCAPD
Il est connu de suspendre élastiquement les objets suscep- tibles de vibrer qu'il est nécessaire de soustraire à des
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vibrations provenant du sJ!u'9'1)ort. Pour que les suspensions .soient efficaces,elles doivent satisfaire à certaines candi...
'tiens qûi,dans beaucoup de moteurs par exemple,ont pour but d'obtenir que les fréquences propres du corps oscillant sur 'ses supports tombent en dehors de la gamme de fréquences des phénomènes capables d'amorcer les vibrations . On citera à cet effet le brevet français N 830.396 du 22 Mars 1937 pour:
Perfectionnements aux transmissions de puissance et notamment aux groupes prppulseurs d'aviation",et le brevet français
N 831320 du 6 Avril 1937 pour :3Procédé pour éviter les vi- tesses critiques de vilebrequins et de transmissions et dis-
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positifs le raliSa11t" ,qui donnent de telles conditions .
La présente invention concerne au contraire la suspension de corps entièrement tournants,tels que les Il casseroles" d'hé- lices d'avions;les hélices elles-m8r.ies ou analogues , qu'il s'agit de fixer sur un axe qui les entraîne en rotation,et ,elle consiste à réaliser un isolement angulaire du corps tournant par rapport à des impulsions angulaires périodiques (ceci ayant déjà été réalisé,,par exemple pour les accouple-
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ments de moteurs dans le premier brevet frs.iic3.is cité) mais ...o malus
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par des moyens tels que le corps tournant garde également la possibilité de s'orienter à la demande des effets gyroscopi-
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ques.au C....6 d'un Chi:U.::;
o,1eIt d'orientation,ceci dans le but d'éviter les vibrations qui peuvent provenir d'un balourd dy- nique,ill60 si l' équilib¯re,ge statique est bien X4ÉX réali- sé. En conséquence l'invention prévoit des moyens pour que le corps tournait reste pivoté en un point de l'axe qui l'en- traîne,ce point étant avantageusement.mais non obligatoire-
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mont, le ceAre de i- ,rz,vit6 du corps tournant .
Il n'est pas z:écesfi.ire toutefois que ce pivotage soit obtenu par des orgenes de liaison rigides* Si les organes élastiques de suspension servant à remplir les autres buts de 1'invention sont également utilisés pour le centrage et le pivotage du corps tournant,et si ce cépage a lieu au centre de gravité du corps tournant de masse m,à la vitesse angulaires ,pour un déplacement radtal de ce point, il naît la force centrifuge m#2r.
Pour qu'on puisse considérer que. le corps reste pivoté, il faut que le rappel élastique radial Kr produit soit supé. rieur à m#2r. Donc la dureté radiale des mdyens 'employés
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doit être supérieure a m W 2 aveo tl1 la plus grande vitesse possible df-utilisation.Ceoi est la première condition de%pi.. votemer:t,çui caractérise la suspension selon l'invention.Elle exprime que la dureté radiale doit être au-dessus d'un cer- tain minimum .
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Pour mieux oomprandre les autres cararistiques de l'invention,on va décrire ci-après de façon détaillée une apr'licaticn ri.rticuliére :
La fig.l représente en coupe transversale'une "casserole" d'hélice suivait le terme courant de métier.L'expérience mon-
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tre que cet organe malgré sa légéreté,à cause de son grand porte-à-flaux ei, avant,joue À/r81e dans ,l'inertie tournante créée par l'hélice,et que sa présence peut'provoquer des vi- brations dangereuses de l'ensemble.L'invention consiste.ici
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à la suspendre élastiqueme4tpar rapport à l'hélice en pre- nant les précautions voulues pour que cette suspension soit efficace pour l'isolement vibratoire dans la, rotation même.
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Sur cette figure on voit en 1 la casserole,en 2 une rotu- le qui fixe son point A'sur l'axe AG qui est l'axe de rota-
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tion 'de l'hélice $. G est le ceee de grsAté de la cassero- le seulement en position de repos,en l'absence de vibrations; 4 est le moyeu de l'hélice et 3 et 3' sont des supports élas-
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tiques,par exemple en caoutchouc adhérent,axialogues va ceux décrits dans le brevet belge déposé le 16 Mars 1937 N 420357 pdur "Perfectionnements aux dispositifs de fixation des mo- teurs à explosion et arialogues"
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Sdielit t et 9 les distances marquées sur la figure ; 1* le moment d'inertie de la casserole tournant autour de l'axe AG ou Ox ; 11 son moment d'inertie autour d'un axe quelcon- que passant par G et perpendiculaire à AG ;
et # représen- tant les angles-caractérisait l'oscillation de la casserole
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suivant les axes Ox et Oy (fig.1t). les ouations qui régis- sent"les petits mouvements de vibration d3±Éasserole(en 10ab- seonôe-de pe/turbations extérieures) sont ma 2)40 dt2 -1 .d ' + d 2 ..: ma2 W 2) - dt <ici+ mA?>±li + Io .--- <kid2 - ma?w 2>y Ih' 2 rl(--¯.
I + i g d2 . ma2 GU Z ) p =0 dt2 dt 3 est la dureté radiale de l'ensemble des supports élasti- ques 3 et 3'; ces équations supposent essentiellement le corps pivoté en A et elles permettent de déduire les pulsa-
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tions propres u11 et tu de la casserole.Ces pulsations pro- pres,à cause des termes gyroscopiques, qui sont :
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0(o dans la nremiere équation et dt + I@#d# dans la seconde équation, dépendent
0 dt
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de la vitesse de rotatîon,almro que dans les problèmes de suspension traités jusqu'à présent, cela n'avait pas lieu .
Pour #1 et #2 .on trouve ;
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Toutes les fois que lv , et 2 sont différents de il z'y a pas de résonuiCQ à ci,3,lndre qui vienne entre tenir les V4brz7.tions. LI coza 4:-te donc a déterminer l'arrange- ment géométrique Ue la suspension et egalonent la dureté K
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de naniere qu'aucune résoz.wr.ce n' interc3enra dans le. gamme des valeurs CIO CO du domaine d'utilisation "du moteur .
En écrivsL1..t que w ; I,^r trouve la conditior4 p ,2 Yd 22 - I 1 + 2rla +1 0
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cc qui définit une certaine résonance basse,de pulsation soit
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w ' . 2n écrivait que == W on trouve ; 2 zip 2ina 1 ' ce qui définit une résor.attce élevée,soit W En outre la stabilité du montage sous l'action de la for- ce Celtri±-"U,;e exige que : ###2 ma même ,a rlus gr.z.des vitesses de rotation .
Soit' alors la. plue faible vitesse ariffulaire de l'hélice et Co 1 lus
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invertioi, consiste alors à réaliser une suspension avec KI et d suivait trois solutions à choisir .Dans la prie- mière on a : jazz Kd2 II + ¯2ma2 . +1 Kd2 m 2 I- 1 + 2ma - z0
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, 2 ##3- > w 2 (3) ma2 m Daxls la seconde on a :
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, : ". 'd2 il.+ 2m a2 m2 Dans la troisième , on a :
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:',,Kd.,.*.: . , , d2 .r-.. < 2.
"-I+2ma -*I- r 2 ,, , .. 2 -+" W ma 111
La troisième solution est presque imnossible à réaliser vu l'écart ' pratiquement important qui existe entre #r et ± ' m
La deuxième solution conduit à exiger des raideurs très
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grandes des supports élastiques et pa.r oonséquer-t aussi une construction de la easserole très rigide , pesante,etc, de
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.sorte qu'elle n'est pas très intsrespar.te comme prix de re- vient .
La première solution estau contraire tout à fait dans
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l'esprit de l' invehtionr et permet de tirer le maximum de pro- fit de'l'emploi de supports élastiques . Il est à remarquer qu'en pratique il est aisé d'obtenir que 11et 10 soient du même ordre de grandeur. Dans cee conditions il est aisé de satisfaire aux trois relations (1) (2) et (3) de la crémière
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solution en faisant ma2 petit ou i;ul (point de 'Oivotemer.t rapproché du centre de gratte),auquel cas les deux conditions (2) et (3) sont satisfaites d'un bloc et il suffira .'ensuite
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de choisir la raideur K assez fqible pour que la condition ( I ait lieu , Dans ces conditions , sous sa forme préférée,l'in- vention est caractérisée par les trois points principaux :
(a)le corps tournant est pivoté près de son centre de gravité
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(b)le dessin géométrique de la c,àcserolo est tel que les deux moments d'inertie xI 1 et 10 soient à peu près égaux ,cette condition pouvant notamment a'tre satisfaite à l'aide de cyon- trepoids judicieusement ,l!:l.c(3s .
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te) la dureté des Po1 élastiques est choisie assez bas- se pour que la plus- ">asse fréquence des fréquences propres du SY3-;;,.1C eli rotation t(:"ùe att-dessous du ra1el,ti pratique de l' arbre entraîneur .
Le pivotement prévu on A ou en G peut être réalisé par des moyens.connus quelconques,des rotules notamment.Les sup-
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ports é1âs:.iQues 3 sont également de type quelconque et par exemple , de celui (..écrit dans le brevet belge 420357 déjà cite.Ils seront désignés par exemple sur la fig.l" en 31 32
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33 . " .3é .
L'analyse qui -orge montre que les conditions à rem-olir pont d'autant plus faciles à réaliser que le pivotement a lieu plus près du centre de gravité.Pour les corps à grande
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ir.ertie toi.rr,a:.te,cels que les hélices d'avions,ceci impose d'une façon presque ...'tsolue le pivotement au centre de gra- vité lui-même.L'invention vise alors des moyens perfectionnés consistant da-r,s 1'emnioi d'organes uniques pour assurer à la fois le pivotement et l'élasticité permettant les déplace- ments angulaires du corps 1 tourr.ùrt , l...
Î'ii.2 montre une disposition où une casserole d'hélice I est suspendue en son centre de gravité G,ce dernier réglé
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au moyen du contrepoids I!,grâce à une seule rotule 6 consti.- tuée par du caoutchouc adhérent entre deux armatures sphéri- ques.Ainsi les mouvsfments a1.,gulaires ,suivw,t q' sur la fie;.2 sont très aisés ,et les mouvements rectilignes suivait z z' deviennent très difficiles du fait de la grande raideur à l'écrasement du montage en caoutchouc employé .
La fig.3 montre une disposition analogue,mais appliquée
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à une hélice 5 dont le centre de gravité est en G,entrairée par ur. moteur '7,avec la même rotule en caoutchouc adhérent 6 que dan3 la fi.".2.Cette rotule travaillant suivar.t les dépla- cenents linéaires de G parallèles à Oy,oZ est soufttlse à la condition déjà énoncée d'une raideur capable de s'opposer à la force centrifuge sur l'héHco er:tiére à toutes les vitesses.
Suivant les replacements Il,culireq etf, pl1i' est soumi- se aux conditions exprimées par les formules (1) et (2) données plus haut .
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LL coivïerdra de choisir la valeur du rappel élastique de façon telle que la fréquence propre d'oscillation angu- laire suivant ces deux directions,soit suffisamment basse pour remplir la condition de. "bouchon" par rapport à la plus basse fréquence qui puisse exciter ou provoquer le change- ment de plan de l'hélice,celle par exemple due au passage des pales en face d'un obstacle,tel que :un bord d'attaque d'ai-
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le,un mât,etc,la dite fréquence étant par conséquent égale au produit du nombre de tours minimum au ralenti de l'hélice par le nombre de pales .
Mais si l'on envisage la rotation ,proprement dite qui entraîne l'hélice autour de l'axe Ox,cet-
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te rotation comporte des pulsations dues r..otamment à 1' irrê- gularité du couple moteur,auquel cas on doit exiger que la rotule de caoutchouc,considérée comme accouplement élastique
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d'entraînement entre le moteur et 1",olicEN, ,ait également des propriétés de "bouchon" pour les vibrations qui l'obligent à satisfaire aux conditions énoncées précisément dans le brevet cité en premier lieu .
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On notera encore que l'hélice,si elle est bips.le,au lieu d'un simple moment d'inertie I aura deux moments d'inertie différente Il 1 et 1"1 autour d'axes tels que Oy , Oz tour-
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nuant avec l'hélice , cyÉui complique,dans le cas d'une telle. hélice fl'analyse donnée pour le cas de la casserole d'hélice.
Un de ces moments I' i sera très sensibleme égal a 10 et l'au tre Ilt1 sera négligeable devo,rvt le premier.La condition (i) pour une hélice bipale deviendra alors sensiblement : d,2 fCm. 2 ###w : z0 K1d2 représente la dureté angulaire de la rotule élastique et sera alors notablement plus difficile à satisfaire,surtout si l'on tient compte de la condition de stabilité : @KI/m > #m2 est cette fois la dureté de la rotule pour un déplacement linéaire de G suivant Oy Oz . Pour toutes ces raisons,les héli-
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ces tribales pour lesquelles 71 1" = ,16 ' * 1", * ¯¯¯ 2
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doivent être nettement préférées au point de vue de l'isole- ment vibratoire .
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La discussion cui précède montre que les organes d'aocou- ^'.^r,.¯t concc;.tràs on ui-e porte de rotule d'après l'invention doivent satisfaire à des conditions très différentes de dure.. té pour les déplacements linéaires Oy Oz sans parler des dé- placements Ox ,et pour les déplacements angulaires 'autour de Oy Oz par rapport aux déplacements de rotation autour de Ox.
C'est pourquoi l'invention prévoit toute une série de moyens afin de doser ces curetés d'une façon indépendante.Les fig.
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4 lx 12 mortrei,t des exe.arnles de réalisation .
Soit C1la dureté angulaire pour une rotation telle que
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autour de 3 nv Oz et t Cola dureté angulaire pour la rctatior. autour de 1.'xie d'entraînement Ox ; la fig.4 montre ane disposition vue eu coupe transversale dans le plan zOx où par suite des formes avec rebords données aux armatures
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..1! ""lliqueE 8,9 la. mwsse hachurée 10 représentant le caout- Cl? UC> est rendu plus graz.d nettement que 0 .
La fig.5 représente au contraire une disposition vue cet-
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tc fois en coupe euivatle plan yOz perpendiculaires l'axe de rotation,où C0 est nettement plus grand que C1 la masse de caoutchouc ayant la forme d'une courbe polaire dentelée .
La fig.6 montre une disposition analogue à celle de la fig.5 où l'emploi de billes 11 ou de cales donne une raideur
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infinie â l'entraînement autour de7ox (a0 infini) .
La fig.7 représente une disposition en coupe z0x,où un feuilletage avec des plaques métalliques 12 rend la rotule très rigide pour des déplacements linéaires suivant Oz Oy
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Sf..J,S changer les valeurs de' Ca et CI , Dans toutes ces àispositions±,toute liaison rigide entre le moyeu et les pales d'hC"Licog est rendue impo3Sible . L'in- vontion prévoit; alors des variantes d'application qui permet.. ter,t de conserver le moyeu disponible pour divers mécanismes tels que celui des hélice? pas variable,par exemple .
La fig. 8 montre une réalisation qui reprend celle de la fig.l avec une rotule 13 en G et les supports élastiques mon- tés sur une zone spgérique latérale ,
La fig.9 montre une réalisation déduite de,la fig.8 par
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le remplacement de la rotule' par un guidage sphérique laté-
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ral 14 doué'des"n8meyÉropriétés géométriques .
Les fig.10 et 11 donnent des moyens 'beaucoup plus sim-
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ples^d'obtenir ce guidage soit d'une façon approximative (fig.10) en raidissant par de^ feuilletages 15 le support é.. lastique en caoutchouc,soit d'une façon l'igoureuse(fig.11) en immergeant dans le caoutchouc des billes 11 venanten con- tact avec les armatures et empêchant notamment l'écrasement du caoutchouc 10 sous l'action de la traînée de l'hélice.
Les dispositions décrites fig.4,5 et 6 pour doser la va- leur relative des raideurs C0, ci ) etc,s'appliquent natu- rellement aussi au cas des dispositifs a rotule excentrée tels que fig.8 ,.9 10 et 11 .
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La fig.12 donne une disposition,a titre d'exemple,dont il n'est pas nécessaire d'exposer à nouveau le fonctionnement; c'est l'application du dispositif de la fig.4 . rotule excen- trée .
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Une 'El.]:plication particulière de l'invention a tratr aux avions multimoteurs'et notamment bi- et quadrimoteurs.Si l'on considère un avion 'bimoteur,par exemple,dont les hélices sont suspendues selon l'invention,il en résultera qu'au cours d'un virage,le plan des hélices va s'incliner à la demande des
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forces gyroscop1ques--st que par conséquent la direction de trayon va,pour chaque hélice ;
l1lo!.ter ou baisser suivait le sens de rotation de l'hélice.Il y a intérêt à profiter de cet effet pour faire incliner l'avion au cours du virage pour éviter le dérapage dû à la force centrifuge.il suffit de donner aux deux hélices 16 et 17,de part ot d'autre de la car-
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lingue 18,un sens de rotation oppos'é,qui soit celui des flè- ches sur la fig.13 pour l'avion vu de l'avant.Ceci permet de demander moins de gauchissement au cours d'un virago,sinon de supprimer entièrement ledit gauchissement.
REVENDICATIONS.
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1 ..Suspensionn élastiques de (,,orns animés d'un mouvement . de rotation,tels que des casseroles d'hélices d'avions des hélices elles-mêmes ou analogues,caractérisées par un isole-
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ment' angulaire du corps tournant nar rapport à des iJ':1ulAios' ar.gulaires pér.iod7.ÇUPC:
Lu cor Ûl. rojéàt,,- de'
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s'd-rie.fer la enunaf 9 effets gyroscopiqueS"',a..1.1. cas d'un changement d'orientation,dans le but d'éviter des vibrations..
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pouvajit provenir d'w. balourd statique ou dynamique,cet iso..
lement étant obtenu par deamoyens maintenant le corps tour- nant pivote en un ppint de l'axe d'entraînement,ce point étar.t de ")référer.ce identique au centre de gratte du corps tournait ou voisin de co centre , 20-Mode de réalisation des moyens permettant l'isolement
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angulaire du corps tournant par rapport â de5'ÎmpU1Sions a.n- gulaires suivant 1 revendication 1 ,caractérisé en ce que cesmoyens présentent la forme d'une rotule ou d'un organe analogue permettant.audit corps de pivoter autour de ladite ,rotule en un point de l'axe d'entraînement qui est de préfé.. renée la centre de gravisé dudit corps .
3 -Mode de réalisation de suspensions élastiques'-suivant
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la revendication 1 càractérisé en ce que 1eyÉôrganes élasti- nues de sup'!')e".S1)n servant t a. remplir d'autres buts sont égale- @
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utilisés pour 10 ce±rg6 et le pivotage du corps tour- :.x:.t,àe préférei.ce a son centre de grqLté,en choisissant la dureté radiale élastique de ces organes de suspension supé- , rieure à la force centrifuge développée pour la plus grande vitesse d'utilisation possible .
4 -Application d'une suspension élastique suivant les re-
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vendicationa 1 â 3, à une casserole d'hélice suspendue élas:- tique;ne]t par ra.^or4 à. 1'iiélice,caractérisée en ce qu'un joint à rotule,dont le point de pivotement est situé sur l'axe de rotation de l'hélice,relie cet axe avec la casserole.
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.5 -Sus?ei.sion él .^,;.;ue d'une casserole d'hélice suivant la r,3vd"ication 4" , caractérisée en ce que le corps tournant est pivote prés de s'en centre de gratti'é.
6 -Susoei:sior, élastique suivalt la revendication 40,,qu- ractérisée en ce que la durpto des supports élastiques est choisie assez basse pour que la plus basse des fréquences propres du système en rotation tombe au-dessous du ralenti
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oratiç.-1e de l'arbre er.tr4.ir.eur , 7'- Suspeneion élastique suivant la revendication 4,oJca... ractérisée en ce que la forme de la casserole est choisie
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telle 'que son moment d'inertie pour sa rotation autour de l'a' xe d'entraînement,ainsi que son moment d'inertie autour d'un
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axe.quelconque"passait par le centre de grattié 'et Derpondiou- laire , 1 axe d'entratnemaiit to 3ert sensiiàement égaux cil uti. lis&1' par exemple des coptrepoids judicieusemet placés.
815-Suspension élastique suivant la. revendication 1 ap- pliquée à des corps à gr.ande inertie de rotation,tels que des hélices d'avion ou analogues,caractérisée en ce qu'un organe unique assure à la fois le pivotement et l'élasticité permet- tant des déplacements angulaires du corps tournant .
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9"'-Suspension élastique suivant la revendication 8 ap- pliquée à une casserole d'hélice,caractérisée en ce que -cette casserole est suspendue en son centre de grattée"grâce â une seule rotule en caoutchouc adhérettbentre deux armatures sphé- riques,un oontrepoids étant prélj6pour équilibrer la cassero- le de manière à faire coïncider le centre de gravité de cel- le-ci et le centre de suspension .
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10 -Suspexsion élastique suivant la revendication 8 ap- pliquée à une hélice d' avion,caractérisée en ce que cette hé- lice est montée sur l'axe d'entraînement par une rotule en caoutchouc adhérent entre deux armatures,l'ensemble jouant
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le r.8::1;,e d' 6'1c'cGl1lplemer.t élastique "bouchon" pour les pulsa- tions 'du couple' moteur .
11 .Susper3sions élastiques suivant les revendications 8 â liDX caractérisées en ce que les armatures métalliques en- tre lesquelles est disposé le caoutchouc adhérerit,ont dei re- bords donnant une plus grande dureté angulaire autour de directions perpendiculaires a, l'axe de rotation ,1' orboJ.e d' c,c- souplement concentré sous forme de rotule présente des coridi- tiens de dureté différentes suivant les diverses directions de déplacements angulaires ou linéaires .
12 Suspensions élastiques suivait l'une des revendica- tions 8 à 10,caractérisées en ce que la masse de caoutchouc
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(quand on la, voit dans le 1-: perpendiculaire à 1' xi= de ro- tation) a la formé d'une courbe polaire dentelée,de aorte que
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la dureté angulaire pour la rotation autour dé l'axe d, e;,tj,;,t, nemen est nettement plur- grjnde vue la. dureté w,ul8.ire tour une rotation autour de direo'.ioi;r perpendiculaires h l' :
c
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,e rot4tiOY4 ,
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13 -Suapez.eiais élastiques EuivUJ.t la revendication 80 caractérisées en ce que des 'billes ou des, cales-glissières sont disposées en divers points des armatures donnait une rai-
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deur infinie z, l' en tr. aize.ez.t autour de l'axe de rotation.
14"-Suspens ion élastique ouivar.t la revendication 8 ,ca.. ractérisée en ce que la musse élastique de, la rotule est feuilletée par interposition de plaques métalliques,ce qui a Tour effet de rendre la rotule très rigide pour les déplace- ments linéaires suivit une ou plusieurs directions,sans
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C'l".<',J.Cer les v[',le'J.:::
'F1 des duretés angulaires 13 -suspei.sioi, élastique suivant la revendication 1 tca- racé-riséa ei, ce que la liaison élastique est déportée par rapport au ce*tre de gravité , 15 -S1.1.s'PeLsio!. élastique suivait la revexiation 16 ca- ractérisée par une rotule disposée au centre de gravité et des supports élastiques montés dans une zône sphérique laté.. rale, ur. guidage sphérique latéral pd@want être combiné avec les supports latéraux,et ceux-ci pouvant être munis d'un feuil- letage de raidissement'.
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17 e..Suspey,sion élastique suivant la revendication 1150 caractérisés par des supports élastiques sphériques latéraux- contenant des 'billes ou cles noyées dans la caoutchouc,venant en contact des armatures et empêchant l'écrasement du caout- chouc sous.l'action de la traînée de l'hélice ,
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180-Suer,ersior, élastique suivatt'la revendication 1 ou .... ;c ''I:...'\.\ ........ l'une des re-,endicztiors suivantes,appliquée à uu avion à eux hélices et caractérsée en ce que ,pour faire, incliner . l'avion au cours d'un virage,pour éviter le dérapage dû à la
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f o- ce cei-trifuE;
681es deux hélices de part et d'autre de la ca@ingue sont ises en rotation opposée,ce''qui permet de ré- @
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duite oonsidérablenent la gauchissement ou-de le supprimer entièrement,puisque ces hélices,du fait de leur suspension et lastique ,inclÚ101.t leur p1à1; au cours du Virage à la demande des forces gyroecopiques .
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Improvements to overgrowths: fllC: .S ticks, espe- cially for bodies animated by a new rotational movement.
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'' Messrs Maurice 9rinçoin Alexandre JULIEN and Yves ROCAPD
It is known to resiliently suspend objects liable to vibrate that it is necessary to remove from
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vibrations coming from the sJ! u'9'1) ort. In order for suspensions to be effective, they must satisfy certain candi ...
Hold that, in many motors for example, the aim is to obtain that the natural frequencies of the body oscillating on its supports fall outside the range of frequencies of phenomena capable of initiating vibrations. For this purpose, French patent N 830.396 of March 22, 1937 will be cited for:
Improvements to power transmissions and in particular to aviation power plants ", and the French patent
N 831320 of April 6, 1937 for: 3Process to avoid critical speeds of crankshafts and transmissions and dis-
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positive the raliSa11t ", which give such conditions.
The present invention, on the contrary, relates to the suspension of fully rotating bodies, such as aircraft propeller pans, the propellers themselves or the like, which have to be fixed on an axis which drives them in rotation, and, it consists in carrying out an angular isolation of the rotating body with respect to periodic angular impulses (this having already been carried out, for example to couple them-
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ment of engines in the first patent frs.iic3.is cited) but ... o penalty
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by means such as the rotating body also retains the possibility of orienting itself at the request of the gyroscopic effects.
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ques.au C .... 6 of a Chi: U. ::;
o, the orientation, this in order to avoid the vibrations which can come from a dynamic unbalance, ill60 if the static equilibrium is indeed achieved. Consequently, the invention provides means for the body to rotate and remain pivoted at a point on the axis which drives it, this point being advantageously.
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mont, the ceAre of i-, rz, vit6 of the rotating body.
It is not necessary, however, that this pivoting be obtained by rigid connecting members * If the elastic suspension members serving to fulfill the other purposes of the invention are also used for centering and pivoting of the body rotating, and if this grape variety takes place at the center of gravity of the rotating body of mass m, at angular speed, for a radtal displacement of this point, the centrifugal force m # 2r is born.
So that we can consider that. the body remains rotated, the radial elastic return Kr produced must be greater. laughing at m # 2r. So the radial hardness of the mdyens' employees
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must be greater than W 2 with the highest possible speed of use. This is the first condition of% pi .. your mer: t, which characterizes the suspension according to the invention. It expresses that the radial hardness must be at- above a certain minimum.
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To better understand the other characteristics of the invention, a detailed description will be given below of a particular apr'licaticn:
The fig.l represents in cross section 'a "saucepan" of propeller followed the common term of trade. My experience
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be that this organ, despite its lightness, because of its large flaux-holder ei, before, plays A / r81e in the rotating inertia created by the propeller, and that its presence can cause dangerous vibrations. The invention consists here
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suspending it resiliently with respect to the propeller, taking the necessary precautions so that this suspension is effective for vibratory isolation in the rotation itself.
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In this figure we see at 1 the pan, at 2 a ball which fixes its point A 'on the axis AG which is the axis of rotation.
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tion 'of the helix $. G is the weight of the cassero- le only in the rest position, in the absence of vibrations; 4 is the propeller hub and 3 and 3 'are elastic supports.
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ticks, for example of adherent rubber, axialogues go to those described in the Belgian patent filed on March 16, 1937 N 420357 for "Improvements to fixing devices for internal combustion engines and arialogues"
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Sdielit t and 9 the distances marked in the figure; 1 * the moment of inertia of the pan rotating around the AG or Ox axis; 11 its moment of inertia about any axis passing through G and perpendicular to AG;
and # representing the angles-characterized the oscillation of the pan
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along the axes Ox and Oy (fig.1t). the ouations which govern "the small movements of vibration d3 ± Easserole (in 10ab- seonôe-de pe / external turbations) are ma 2) 40 dt2 -1 .d '+ d 2 ..: ma2 W 2) - dt <here + mA?> ± li + Io .--- <kid2 - ma? w 2> y Ih '2 rl (- ¯.
I + i g d2. ma2 GU Z) p = 0 dt2 dt 3 is the radial hardness of all the elastic supports 3 and 3 '; these equations essentially assume the body rotated at A and they allow us to deduce the pulsa-
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These own pulsations, due to the gyroscopic terms, which are:
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0 (where in the first equation and dt + I @ # d # in the second equation, depend
0 dt
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of the speed of rotation, almro that in the suspension problems treated so far, this did not take place.
For # 1 and # 2. We find;
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Whenever lv, and 2 are different from there is no resonance to ci, 3, lndre which comes between holding the V4brz7.tions. LI coza 4: -te therefore to determine the geometric arrangement Ue of the suspension and equalize the hardness K
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so that no resoz.wr.ce will be inserted in the. range of CIO CO values of the engine "field of use.
In writing L1..t that w; I, ^ r finds the condition4 p, 2 Yd 22 - I 1 + 2rla +1 0
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cc which defines a certain low resonance, of pulsation is
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w '. 2n wrote that == W we find; 2 zip 2ina 1 'which defines a high resor.attce, i.e. W In addition, the stability of the assembly under the action of the Celtri force ± - "U,; e requires that: ### 2 m same, a rlus gr.z. of rotational speeds.
Let 'then be. higher low ariffular speed of the propeller and Co 1 read
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invertioi, then consists in carrying out a suspension with KI and d followed three solutions to choose. In the first one we have: jazz Kd2 II + ¯2ma2. +1 Kd2 m 2 I- 1 + 2ma - z0
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, 2 ## 3-> w 2 (3) ma2 m Daxls the second we have:
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,: ". 'd2 il. + 2m a2 m2 In the third, we have:
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: ',, Kd.,. * .:. ,, d2 .r- .. <2.
"-I + 2ma - * I- r 2 ,,, .. 2 - +" W ma 111
The third solution is almost impossible to achieve given the practically large gap that exists between #r and ± 'm
The second solution leads to requiring stiffnesses very
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large elastic supports and therefore also a very rigid, heavy, etc.
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.so that it is not very interesting as a cost price.
The first solution, on the contrary, is entirely in
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the spirit of the invention and allows the maximum benefit to be obtained from the use of elastic supports. It should be noted that in practice it is easy to obtain that 11 and 10 are of the same order of magnitude. Under these conditions it is easy to satisfy the three relations (1) (2) and (3) of the creamer
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solution by making ma2 small or i; ul (point of 'Oivotemer.t close to the center of the scratch), in which case the two conditions (2) and (3) are satisfied in one block and it will suffice.' then
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to choose the stiffness K enough fqible so that the condition (I takes place, Under these conditions, in its preferred form, the invention is characterized by the three main points:
(a) the rotating body is rotated close to its center of gravity
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(b) the geometrical design of the c, at cserolo is such that the two moments of inertia xI 1 and 10 are approximately equal, this condition being able in particular to be satisfied with the help of cyonweights judiciously, l! : lc (3s.
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te) the hardness of the elastic Po1 is chosen low enough so that the more- "> asse frequency of the natural frequencies of SY3 - ;;,. 1C eli rotation t (:" ùe att below the ra1el, ti practice of l 'drive shaft.
The pivoting provided on A or in G can be achieved by any known means, in particular ball joints.
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ports é1âs: .iQues 3 are also of any type and for example, of that (..described in the Belgian patent 420357 already cited. They will be designated for example in fig.l "at 31 32
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33. ".3d.
The barge analysis shows that the conditions to be filled in bridge the easier to achieve the closer the pivoting takes place to the center of gravity.
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ir.ertie toi.rr, a: .te, such as the propellers of planes, this imposes in a way almost ... 'all the pivoting at the center of gravity itself. The invention therefore aims at improved means consisting of single members in 1'emnioi to provide both pivoting and elasticity allowing angular displacements of the body 1 tourr.ùrt, l ...
Î'ii.2 shows an arrangement where a propeller pan I is suspended in its center of gravity G, the latter adjusted
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by means of the counterweight I!, thanks to a single ball joint 6 constituted by adherent rubber between two spherical reinforcements. Thus the movements a1., gular, sew, tq 'on the fie; .2 are very easy, and the rectilinear movements following zz 'become very difficult because of the great stiffness in crushing of the rubber assembly used.
Fig. 3 shows a similar arrangement, but applied
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to a helix 5, the center of gravity of which is at G, entered by ur. motor '7, with the same adherent rubber ball joint 6 as in the fi. ". 2. This ball joint working following the linear displacements of G parallel to Oy, oZ is subjected to the already stated condition of a stiffness able to oppose the centrifugal force on the coil at all speeds.
According to the replacements II, culireq etf, pl1i 'is subject to the conditions expressed by formulas (1) and (2) given above.
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LL coivïerdra to choose the value of the elastic return in such a way that the natural frequency of angular oscillation in these two directions is sufficiently low to fulfill the condition of. "plug" in relation to the lowest frequency which can excite or cause the change of plane of the propeller, that for example due to the passage of the blades in front of an obstacle, such as: a leading edge d 'have-
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le, a mast, etc., the said frequency being consequently equal to the product of the minimum number of idle revolutions of the propeller by the number of blades.
But if we consider the rotation, proper which drives the helix around the axis Ox, this
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the rotation comprises pulsations due in particular to the irregularity of the motor torque, in which case it must be required that the rubber ball joint, considered as an elastic coupling
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drive between the motor and 1 ", olicEN, also has" plug "properties for vibrations which oblige it to meet the conditions set out precisely in the patent cited first.
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Note also that the propeller, if it beeps. The, instead of a simple moment of inertia I will have two different moments of inertia Il 1 and 1 "1 around axes such as Oy, Oz turn-
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clouding with the propeller, which is complicated in the case of such. propeller fl'analysis given for the case of the propeller pan.
One of these moments I 'i will be very sensitive equal to 10 and the other Ilt1 will be negligible devo, rvt the first. The condition (i) for a two-bladed propeller will then become appreciably: d, 2 fCm. 2 ### w: z0 K1d2 represents the angular hardness of the elastic patella and will then be notably more difficult to satisfy, especially if one takes into account the condition of stability: @ KI / m> # m2 is this time the hardness of the ball joint for a linear displacement of G according to Oy Oz. For all these reasons, the helicopters
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those tribals for which 71 1 "=, 16 '* 1", * ¯¯¯ 2
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should be clearly preferred from the point of view of vibration isolation.
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The foregoing discussion shows that the aocou- ^ '. ^ R, .¯t concc; .tràs one ui-e ball door according to the invention must meet very different conditions of duration .. ty for linear displacements Oy Oz without speaking of displacements Ox, and for angular displacements' around Oy Oz with respect to rotational displacements around Ox.
This is why the invention provides a whole series of means in order to dose these curetes independently. FIGS.
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4 lx 12 mortrei, t of realization exe.arnles.
Let C1 be the angular hardness for a rotation such that
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around 3 nv Oz and t Cola angular hardness for rctatior. around 1.'xia of training Ox; Fig. 4 shows an arrangement seen in cross section in the zOx plane where, as a result, shapes with edges given to the reinforcements
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..1! "" lliqueE 8.9 la. hatched mwsse 10 representing the rubber Cl? UC> is made more graz.d distinctly than 0.
Fig. 5 shows on the contrary an arrangement seen this
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tc times in section euivatle plane yOz perpendicular to the axis of rotation, where C0 is clearly greater than C1 the mass of rubber having the form of a jagged polar curve.
Fig. 6 shows an arrangement similar to that of fig. 5 where the use of balls 11 or wedges gives a stiffness
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infinite when training around 7ox (a0 infinite).
Fig. 7 represents an arrangement in section z0x, where a lamination with metal plates 12 makes the ball very rigid for linear displacements according to Oz Oy
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Sf..J, S change the values of 'Ca and CI, In all these ± arrangements, any rigid connection between the hub and the blades of HC "Licog is rendered impossible. The installation foresees; then variants of application which allows .. ter, t to keep the hub available for various mechanisms such as that of variable pitch propellers, for example.
Fig. 8 shows an embodiment which reproduces that of fig.l with a ball 13 in G and the elastic supports mounted on a lateral spherical zone,
Fig. 9 shows an embodiment deduced from, fig. 8 by
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the replacement of the ball joint by a lateral spherical guide
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ral 14 endowed with "n8mey" Geometric properties.
Figs. 10 and 11 give much simpler means.
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ples ^ to obtain this guidance either approximately (fig. 10) by stiffening the elastic rubber support with laminations 15, or rigorously (fig. 11) by immersing in the rubber of the balls 11 coming into contact with the reinforcements and in particular preventing the crushing of the rubber 10 under the action of the drag of the propeller.
The arrangements described in fig. 4.5 and 6 for determining the relative value of the stiffnesses C0, ci) etc, naturally also apply to the case of devices with eccentric ball joints such as fig.8, .9 10 and 11 .
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Fig.12 gives an arrangement, by way of example, the operation of which need not be explained again; this is the application of the device of fig.4. eccentric ball joint.
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A 'El.]: Particular plication of the invention to be used on multi-engine airplanes and in particular two- and four-engine aircraft. If we consider a twin-engine aircraft, for example, the propellers of which are suspended according to the invention, there is some as a result, during a turn, the plane of the propellers will tilt at the request of the
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gyroscopic forces - st that therefore the teat direction goes, for each propeller;
l1lo! .ter or lower followed the direction of rotation of the propeller. It is advantageous to take advantage of this effect to make the plane tilt during the turn to avoid skidding due to centrifugal force. two propellers 16 and 17, on either side of the
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ling 18, an opposite direction of rotation, which is that of the arrows in fig. 13 for the airplane seen from the front. This makes it possible to require less warping during a turn, if not to eliminate said warping entirely.
CLAIMS.
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1 ..Suspension elastic of (,, orns animated by a rotational movement, such as pans of propellers of planes of the propellers themselves or the like, characterized by an isolate-
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ment 'angular of the rotating body nar with respect to iJ': 1ulAios' ar.gulars per iod7.ÇUPC:
Lu cor Ûl. rojéàt ,, - de '
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s'd-rie.fer la enunaf 9 gyroscopic effects "', a..1.1. case of a change of orientation, in order to avoid vibrations ..
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could have come from w. static or dynamic unbalance, this iso ..
lely being obtained by means of maintaining the rotating body pivoting at a point from the drive axis, this point was ") to refer to identical to the scraper center of the rotating body or close to its center, 20- Embodiment of the means allowing isolation
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angular of the rotating body with respect to the angular position according to claim 1, characterized in that these means have the shape of a ball joint or of a similar member allowing said body to pivot around said ball joint at one point of the drive axis which is preferably .. renée the center of gravisé of said body.
3 -Mode of realization of elastic suspensions'-following
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Claim 1 characterized in that the elastic sup '!') e ".S1) n serving to fulfill other purposes are equal.
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used for 10 ce ± rg6 and the pivoting of the body tour-: .x: .t, preferable to its center of grqLté, by choosing the elastic radial hardness of these suspension members greater than the developed centrifugal force for the highest possible speed of use.
4 -Application of an elastic suspension according to the
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vendicationa 1 to 3, to a saucepan of suspended propeller elas: - tick; ne] t by ra. ^ or4 to. 1'iiélice, characterized in that a ball joint, the pivot point of which is located on the axis of rotation of the propeller, connects this axis with the pan.
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.5 -Sus? Ei.sion él. ^,;.; Ue of a propeller pan following the r, 3vd "ication 4", characterized in that the rotating body is pivoted near the center of the scraping 'é.
6 -Susoei: sior, elastic following claim 40,, qu- ractérisée in that the durpto of the elastic supports is chosen low enough so that the lowest natural frequencies of the rotating system fall below idle
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oratiç.-1e of the er.tr4.ir.eur tree, 7'- Elastic suspension according to claim 4, oJca ... acterized in that the shape of the pan is chosen
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such as its moment of inertia for its rotation around the drive axis, as well as its moment of inertia around a
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axis whatever "passed through the center of scrape 'and Derpondioulire, 1 axis of interconnection to 3ert substantially equal to the eye used, for example, judiciously placed coptreweights.
815-Elastic suspension according to. Claim 1 applied to bodies with high rotational inertia, such as aircraft propellers or the like, characterized in that a single member provides both the pivoting and the elasticity allowing angular displacements of the rotating body.
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9 "'- Elastic suspension according to claim 8 applied to a propeller pan, characterized in that -this pan is suspended at its scraping center" thanks to a single rubber ball adherent between two spherical frames, a o counterweight being prej6 to balance the cassero- le so as to make the center of gravity of the latter coincide with the center of suspension.
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10 -Suspexsion elastic according to claim 8 ap- plied to an aircraft propeller, characterized in that this propeller is mounted on the drive shaft by a rubber ball adherent between two frames, the whole playing
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the r.8 :: 1;, e of 6'1c'cGl1lplemer.t elastic "plug" for the pulsations' of the engine torque.
11. Elastic suspensions according to claims 8 to liDX characterized in that the metal reinforcements between which is disposed the rubber adheres, have dei edges giving greater angular hardness around directions perpendicular to the axis of rotation, 1 'orboJ.ed' c, c- flexibly concentrated in the form of a ball joint has coridians of different hardness in the various directions of angular or linear displacement.
12 Elastic suspensions followed one of claims 8 to 10, characterized in that the rubber mass
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(when we see it in the 1-: perpendicular to the xi = of rotation) has the form of a jagged polar curve, of aorta that
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the angular hardness for the rotation around the axis d, e;, tj,;, t, nemen is clearly plural in view of the. hardness w, ul8.ire turn a rotation around direo'.ioi; r perpendicular h l ':
vs
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, e rot4tiOY4,
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13 -Suapez.eiais elastic EuivUJ.t claim 80 characterized in that 'balls or, slide wedges are arranged at various points of the reinforcements gave a reason
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infinite deur z, l 'en tr. aize.ez.t around the axis of rotation.
14 "-Suspens ion elastic ouivar.t claim 8, ca .. acterized in that the elastic musse of the patella is laminated by interposition of metal plates, which in turn has the effect of making the patella very rigid to move them- linear elements followed one or more directions, without
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C'l ". <', J.Cer les v [', le'J. :::
'F1 angular hardness 13 -suspei.sioi, elastic according to claim 1 tca- racé-riséa ei, that the elastic connection is offset relative to the gravity center, 15 -S1.1.s'PeLsio !. elastic followed revexiation 16 charac- terized by a ball joint placed at the center of gravity and elastic supports mounted in a lateral spherical zone. lateral spherical guide pd @ want to be combined with the lateral supports, and these can be provided with a stiffening leaf '.
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17 e..Suspey, elastic zion according to claim 1150 characterized by lateral spherical elastic supports containing balls or keys embedded in the rubber, coming into contact with the reinforcements and preventing crushing of the rubber under.l'action propeller drag,
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180-Suer, ersior, elastic following claim 1 or ....; c '' I: ... '\. \ ........ one of the following re-, endicztiors, applied to uu plane to them propellers and characterized in that, to make, tilt. the airplane during a turn, to avoid skidding due to the
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f o- cei-trifuE;
681 The two propellers on either side of the chain are in opposite rotation, which allows to re- @
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picks oonsiderablenent warping or-to remove it entirely, since these propellers, due to their suspension and elasticity, inclÚ101.t their p1à1; during the turn at the request of gyroecopic forces.