CA1064885A - Helicopteres a rotors coaxiaux, et notamment de type convertible_ - Google Patents

Helicopteres a rotors coaxiaux, et notamment de type convertible_

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CA1064885A
CA1064885A CA243,939A CA243939A CA1064885A CA 1064885 A CA1064885 A CA 1064885A CA 243939 A CA243939 A CA 243939A CA 1064885 A CA1064885 A CA 1064885A
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rotors
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CA243,939A
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Rene C.A. Tassin De Montaigu
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    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C29/00Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft
    • B64C29/02Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis vertical when grounded

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Abstract

L'invention a pour objet des perfectionnements aux hélicoptères à rotors coaxiaux, notamment du type convertible, et comprenant au moins deux rotors cortrarotatifs disposés le long d'un même axe et portant chacun des pales pour la sustentation, la propulsion et la manoeuvre et un fuselage présentant un axe commun à l'axe des rotors et basculant conjointement avec ceux-ci entre des positions substantiellement verticales et horizontales. Selon l'invention, chaque rotor est constitué par un moyeu portant des pales disposées radialement et mobiles en incidence. L'hélicoptère comprend en outre un arbre coaxial à l'axe du fuselage disposé à l'intérieur de ce fuselage et formant un élément de structure de celui-ci, et des moyens sur l'arbre pour supporter à rotation les moyeux des rotors écartés axialement. Les rotors sont les seuls moyens assurant la sustentation, la propulsion et la manoeuvre.

Description

~064885 L'invention concerne des perfectionnements aux héli-coptères à rotors coaxiaux, et notamment de type convertible, comprenant au moins deux rotors contrarotatifs disposés le long d'un même axe et pourvus chacun de pales pour la sustentation et la propulsion et un fuselage presentant un axe commun à l'axe des rotors et basculant conjointement avec ceux-ci entre des positions substantiellement verticales et horizontales.
Selon l'invention, ces perfectionnements sont carac-t8risés en ce que chaque rotor est constitué par un moyeu por-tant des pales disposées radialement et mobiles en incidence et en ce que l'hélicoptère comprend en outre un arbre coaxial a l'axe du fuselage disposé à l'intérieur de ce fuselage et formant un element de structure de celui-ci, et desmoyens sur l'arbre pour supporter à rotation des moyeux des rotors ecartes axialement, les rotors etant les seuls moyens assurant la sustentation, la propulsion et la manoeuvre.
Suivant une caractéristique préférentielle de l'in-vention, l'hélicoptère comporte des moyens de commande de vol et de transmission de la propulsion disposés à l'extérieur de l'arbre.

Suivant une autre caractéristique préférentielle de l'invention, l'incidence des pales est commandée par deux pla-teaux cycliques disposés entre les rotors et reliés a chacun des rotors.
Suivant une autre caracteristique preferentielle de l'invention, les deux plateaux cycliques sont montes à rotation l'un à l'exterieur de l'autre, le plateau interieur etant dispose sur une rotule coaxiale à l'arbre et mobile axialement.
Suivant une autre caracteristique preferentielle de l'invention, les rotors contrarotatifs sont entra;nes par l'in-termediaire d'un differentiel muni d'un variateur de vitesse cons-tituant la gouverne de rotationpour le fuselage.

L'invention est representee, à titre d'exemple non limitatif, sur les dessins ci-joints, dans lesquels:
la figure 1 est une vue laterale schematique d'un ~ 1~64~85 hélicoptère conforme à l'invention en position d'atterrissage ou de décollage;
la figure 2 est une vue de dessus de la figure 1;
la figure 3 est une vue partiellement coupée et partiellement arrachée du mécanisme assurant la variation du pas cyclique et général;
la figure 4 représenteles moyens assurant la rota-tion des rotors et la commande de rotation du fuselage par variateur;
la figure 5 est une vue schématique de dessous de la figure 4.
L'hélicoptère conforme à l'invention se compose d'un fuselage, dont l'axe général est représenté en 1 et qui compor-te deux rotors 2 et 3, montés à rotation sur des moyeux montés sur un arbre 4 et entra;nés en rotation à partir d'au moins un moteur 5.
Cet hélicoptère comporte un habitacle 6, disposé
sensiblement dans l'axe du fuselage et au dessus des rotors, tandis que la partie arri~re peut être munie d'un ou de deux empennages fixes 7, servant de support de béquilles, et de deux jambes 8 de train avant repliables vers l'arrière.
~ a pointe arrière 9 de l'hélicoptère, qui termine le fuselage, peut être, soit souple comme représenté sur la figure 1, soit escamotable, ou encore être reliée aux jambes - 7 et 8 du train.
Dans cet hélicoptere, les passagers sont assis sur une banquette 10 inclinable autour de l'axe 40, tandis que le pilote peut être assis, de préférence, sur un siège anato-mique 11 pourvu de dossier à harnais 11 et pommeau amovible 111, de genouillères, d'appui-coudes, etc..., lui permettant de faire corps avec son appareil en lui laissant la liberté
des bras et des pieds. La porte 12 de la cabine est munie d'une échelle 13 pouvant s'escamoter ou se replier et permet-tant un acces commode. ~
A

10~i4885 .
Les rotors conformes a l~invention comprennentdes machons 14, munis de bras rigides sensiblement cylindriques 15, qui se prolongent jusqu'à l'extrémité des pales, en faisant office de longerons à section circulaire. Ces bras sont démontables des manchons par une liaison à griffes, à vis ou à ba~onnette. La pale proprement dite est constituée simplement d'un revêtement 17 qui ne transmet que de la torsion, et de nervures 18 tourillonnant sur les bras par l'intermédiaire de paliers secs 19.

.

- 3 1 0 ~ 4 8 8 5 Cette disposition~permise par la grande épaisseur des pales~ a llavantage d'assurer une grande rigi-dité à la liaison de la pale au moyeu et dléviter la présence de roulements~ d'articulations d9incidence, tout en allégeant la partie mobile en incidence et en diminuant d'autant les efforts centrifuges et les efforts d'inertie encaissés par la butée de pale 20 et par la commande d'incidence.
Cette commande dlincidence est plus parti-culièrement représentée sur la figure 39 dans laquelle on remarque les deux plateaux cycliq~es Zl et 229 disposés l'un ; sur l'autre par l'intermédi~ire d'un roulement 23. Le plateau cyclique inférieur 22 est entraîné par son rotor au moyen d'un compas ou d'un toc, tel que 249 tandis qu'il est relié
au revêtement 17 des bras lS de ce rotor par l'intermédiaire d'une tringlerie 221.
De meme, le plateau cyclique supérieur 21 est entralné en rotation par le rotor supérieur, par des : mécanismes qui seront expliqués ci après, tandis que ce plateau cyclique est relié au revêtement 17 du rotor supérieur par la tringlerie 211.
Ces plateaux sont commandés en inclinaison par le manche 259 par l'intermédiaire d'une cloche 26. Le plateau supérieur 21, disposé à l'intérieur du plateau infé-rieur 22, est placé sur une rotule 27, comprenant par exemple des couches lamifiées en métal et en élastomère disposées entre la rotule proprement dite 27 et le plateau intérieur 21.
Cette rotule 27 est elle-meme liée à des écrous 28 placés sur des tiges filetées 299 de manière qu'il soit possible de déplacer axialement la rotule 27, et donc les plateaux 30 cycliques 21 et 229 en tournant, dans un sens ou dans l'autre~
les tiges filetées 29.
Cette rot~tion des tiges filetées 29 est d'abord synchronisée par deux petites couronnes 30 et 31)qui - tournent librement et sont entraînées entre les bras du rotor supérieur par des pignons 32. Le déplacement axial de la rotule 27 est alors obtenu à partir de la pédale 34 de la commande du pas collectif, qui agit sur un frein 33 par . l'intermédiaire dlune tringlerie 3319 agissant sélectivement ; sur l'une ou l'autre des couronnes 30 et 31, afin de les ~40 freiner et de faire tourner en conséquence les tiges filetées 29, -~ 1064885 dans un sens ou darls l'autre suivant la couronne qui est freinée.
Cette dispositiong qui bloque les efforts du pas collec~if sur les rotors eux~mêmes7 décharge tout le reste de la cinématique de commande cyclique9 notamment le roulement 389 ce qui9 joint à la légèreté des revetements de pale et à la faible valeur de la variation cylique nécessaire au pilotage des rotors rigides, fournit une commande l~gère et très douce.
Cette légèreté permet dlutiliser une simple girouette aerodynamique 359 montée en parall~le ou en série dans la commande de profondeur (manche 25))pour sta~iliser les phases de vol où le rotor rigide est habituel~
lement instable. On sait, en effet, qu~aussi rigide que soit le montage des bras sur les moyeux~ la so~plesse résiduelle provoque une instabilité statique en assiette de l'appareil~
notamment lors du vol en hélicoptère à grande vitesse (rapport National Technical Inormation Service. U.S. Dept. of Commerce N A D 734 338). Par contre9 ce montage rigide fait b~néficier l'appareil d?un couple dlamortissement en vitesse angulaire d'assiett~ particulièrement énergique et favorable.
L~adjonction de la girouette 35, agissant suivant un ou deux axes) permet de conserver cet amOrtiS-sement en éliminant l~instabilité longitudinale et/ou latérale.
Dans la description du montage en parallèle présenté suivant la figure 3, la girouette 35 tend à s'orienter parallèlement à la direction du vent relatif, de sorte qu'un changement d'assiette de llappareil~ par exemple lors d'un cabrage, provoque un effort sur la girouette 35 qui agit sur la commande dans le sens du piqué. Le guidon 39 du pilote est relié au manche 25 par une partie souple 36, qui permet à la girouette une action indépendante du pilote. Le réglage de la longueur de la bielle 37 peut faire office de trim (annulation, sur le manche de gouverne, des forces de réaction provenant des pales). Ce montage en parallèle additionne ainsi les efforts du pilote et de la girouette. Cependant 9 un montage en série qui additionne les déplacements est également possible.
Sur les figures 4 et 5, on a représenté
l'entraînement différentiel des rotors à partir des moteurs, 1064~8S
tels que 5, et le variateur de vitesse qui sert de gouverne de rotation du fuselage.
L'organe moteur 41, entrainant en rotation les moyeux 21 et 31 des rotors 2 et 3, entraîne d'abord, par l'intermédiaire d'un dispositif d'embrayage et d'une roue libre 42, un petit réducteur épicycloidal a pignons droits, et provoque la rotation en sens inverse, d'une part, du porte-satellite 53 et, d'autre part, de la couronne 44, ces deux parties étant reliées chacune respectivement aux moyeux 31 et 21 des rotors, par l'intermédiaire, soit des chaînes 48 et de pignons 45, 47, soit d'engrenagessimples.
En choisissant convenablement les rapports de réduction entre ces divers eléments (il suffit que le rapport relatif des démultiplications des deux chaînes soit inverse des rapports de démultiplication de la couronne 44 et du porte-satellite 53), on obtient l'égalité des couples transmis a chacun des rototrs. Cette transmission différentielle réalise une liaison proportionnelle entre le régime du moteur et la différence algébrique des régimes des deux rotors; la somme algébrique reste indéterminée et chaque rotor adapte automati-quement sa vitesse pour équilibrer le couple moteur qui lui est ainsi appliqué et le couple résistant qui lui est opposé
par l'air, sans transmettre aucune réaction au fuselage.
La gouverne de rotation du fuselage est constituée par un petit variateur lié au réducteur épicyclo~dal. Les satellites 46 du réducteur épicycloidal sont munis de galets légerement coniques 49, entraînes par les satellites à travers un élément souple en élastomere 50. L'axe de ces galets est légarement oblique par rapport à celui du réducteur, de telle sorte que leur face extérieure 51 présente un diamatre constant par rapport a l'axe du réducteur et puisse frotter sur une couronne 52 manoeuvrée axialement par la rotation du guidon 39 du pilote, par l'intermediaire d'une liaison, par exemple a câble, non représentée. Su vant cette position axiale, la somme A

algébrique des régimes des rotors sera fixée à une valeur légerement positive ou nég~tive au gré du pilote, provoquant le mouvement du fuselage vers la gauche ou vers la droite.
La grande inertie des rotors et leur grande vitesse de rotation comparées à la faible inertie et a la fa.ible vitesse de rotation d~l fuselase asSurera à cette commande de rotation de très grandes qualités d'efficacité, d'amortissement et de linéarité.
Per~ues pa~ le pilote~ les commandes seront ainsi constituées :
- au~ pieds~ de la pédale de pas genéral 34 dlune commande (non figuré~ de gaz 5 eventuellement munie d'une régulation centrifuge du régime des rotors, - aux mains 9 d~un yui~on 39 susceptible de se déplacer :
. en poussant-tirant pour la profondeur, . en inclinant à gauche et à droite pour l'inclinaison9 . en ~ournant à gauche et a droite pour la rotation.
D~ns le cas present où le fuselage bascule avec llappareil~ ces commandes correspondent dans tous les cas de vol à des actions semblables vues et senties par le pilote, ce qui évite les com~inaisons compliquées des
2~ appareils convertibles, les notions mêmes de fonctionnement et de direction sonc remplacées automatiquement par celles d'inclinaison et de rotation.
Bien entendu9 l~in~ention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-des5us d~crit et représenté, à
partir duquel on pourra prévoir d~autres modes et d'autres ormes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention.

'

Claims (12)

Les réalisations de l'invention au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué
sont définies comme il suit:
1. Perfectionnements aux hélicoptères à rotors coaxiaux, notamment du type convertible, comprenant au moins deux rotors contrarotatifs disposés le long d'un même axe et portant chacun des pales pour la sustentation, la propulsion et la manoeuvre et un fuselage présentant un axe commun à l'axe des rotors et basculant conjointement avec ceux-ci entre des positions substantiellement verticales et horizontales, lesquels perfectionnements sont caractérisés en ce que chaque rotor est constitué par un moyeu portant des pales disposées radialement et mobiles en incidence, l'hélicoptère comprenant en outre un arbre coaxial à l'axe du fuselage disposé à l'intérieur de ce fuselage et formant un élément de structure dudit fuselage et des moyens sur ledit arbre pour supporter à rotation les moyeux des rotors écartés axialement, lesdits rotors étant les seuls moyens assurant la sustentation, la propulsion et la manoeuvre.
2. Perfectionnements conformes à la revendication 1, caractérisés en ce que l'hélicoptère comporte des moyens de commande de vol et de transmission de la propulsion disposés à l'extérieur dudit arbre.
3. Perfectionnements conformes à la revendication 1, caractérisés en ce que l'incidence des pales est commandée par deux plateaux cycliques disposés entre les rotors et reliés à

chacun desdits rotors.
4. Perfectionnements conformes à la revendication 3, caractérisés en ce que les deux plateaux cycliques sont montés à rotation l'un à l'extérieur de l'autre, le plateau intérieur étant dispose sur une rotule coaxiale audit arbre et mobile axialement.
5. Perfectionnements conformes à la revendication 4, caractérisés en ce que le plateau cyclique intérieur, articulé
sur la rotule, coaxial à l'arbre et mobile axialement, est solidaire d'une cloche reliée au manche de gouverne de l'héli-coptère par un roulement pour la commande simultanée des deux plateaux cycliques.
6. Perfectionnements conformes à la revendication 4, caractérises en ce que le déplacement axial de la rotule pour la commande du pas collectif est entraîne à partir du mouvement des rotors.
7. Perfectionnements conformes à la revendication 1, caractérisés en ce que chacun des rotors est pourvu de moyens pour le tourillonnement des pales lorsque les rotors sont entraînés en rotation afin de faire varier leur pas cyclique et collectif.
8. Perfectionnements conformes à la revendication 1, caractérisés en ce que le moyeu de chaque rotor porte des bras rigides disposes radialement sur lesquels sont disposes d'un revêtement à profil de pale d'hélice, mobile en incidence par tourillonnement sur ces bras, chacun des rotors étant pourvu de moyens pour le déplacement relatif dudit revêtement sur le bras lorsque les moteurs sont entraînes en rotation afin de faire varier le pas cyclique et collectif des rotors.
9. Perfectionnements conformes à la revendication 1, caractérisés en ce que l'hélicoptère comporte des moyens pour augmenter la vitesse angulaire de l'un desdits rotors tandis qu'on diminue la vitesse angulaire de l'autre rotor pour modifier la vitesse différentielle entre eux sans augmenter substantiellement l'énergie dépensée pour commander la rotation du fuselage.
10. Perfectionnements conformes à la revendication 1, caractérisés en ce que les rotors sont semblables.
11. Perfectionnements conformes à la revendication 1, caractérisés en ce que les moyens pour supporter les moyeux des rotors comprennent des premier et second roulements de moyeu disposés rotatifs sur l'arbre et montés respectivement sur lesdits premier et second moyeux et en ce qu'ils comprennent des moyens pour entraîner les moyeux des rotors contrarotati-vement, lesdits rotors étant disposés rigidement sur leur moyeu respectivement et disposés axialement le long de l'arbre au voisinage du centre de gravité de l'hélicoptère.
12. Perfectionnements conformes à la revendication 5, caractérisés en ce que le manche de commande cyclique agissant sur la cloche est muni d'une girouette stabilisatrice.
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