CA2078521A1 - Dispositif pour la detection du givrage des pales d'un rotor d'aeronef - Google Patents

Dispositif pour la detection du givrage des pales d'un rotor d'aeronef

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CA2078521A1
CA2078521A1 CA002078521A CA2078521A CA2078521A1 CA 2078521 A1 CA2078521 A1 CA 2078521A1 CA 002078521 A CA002078521 A CA 002078521A CA 2078521 A CA2078521 A CA 2078521A CA 2078521 A1 CA2078521 A1 CA 2078521A1
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Joel Choisnet
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    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64DEQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D15/00De-icing or preventing icing on exterior surfaces of aircraft
    • B64D15/20Means for detecting icing or initiating de-icing

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  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
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Abstract

Dispositif pour la détection du givrage des pales d'un rotor d'aéronef L'invention concerne un dispositif pour la détection du givrage des pales d'un rotor d'aéronef. A cet effet, il comprend un capteur d'effort de traction 110) et un capteur de couple (11) pour mesurer la force axiale et le couple s'exerçant sur l'arbre du rotor, des moyens (12) pour calculer le rapport entre ces deux grandeurs, des moyens (12) pour déterminer, en fonction des conditions de vol, la valeur nominale de ce rapport en l'absence de givrage, et des moyens (12) pour comparer le rapport calculé au rapport nominal. Fig. 2

Description

La présente invention concerne un dispositif pour la detection du givrage des pales d'un rotor d'aeronef.

Le givrage des pales d'un rotor d'un aeronef tel qu'un hélicoptère est un phenomène grave, susceptible de 12 désta~iliser jusqu'à la perte de controle. Il est donc important de detecter le givrage suffisamment tot pour pouvoir mettre en oeuvre les dispositifs de degivrage.
La detection du givrage des pales peut être effectuee aux moyens de capteurs spécifiques installés directement sur ces pales. Cette methode directe presente toute~ois 1'inconvén:ient que les capteurs sont exposes ~ un environnement sev~re et qu'il est di~icile de transmettre les informations vers les partias fixes de l'appareil.

On a egalement proposé dans le document GB-A-2 046 690 d'utiliser, pour ~btecter le ~ivrage des pale~, le couple transmis au rotor. Ce procl~de necessite toutefois un assez gxand nombre de calculs, m~mo dans des cas o~
la precision requise est relative~nent ~alble.
:.
La presente invention vise à pall:ier ces inconv~nients.

A cet e~fet, l'invention a pour objet un dispositif pour la detection du givrage des pales d'un rotor d'aéronef, carac~rise par le fait qu'il comprend un capteur d'effort de traction et un capteur de couple pour mesurer la force axiale F et le couple M s'exer~ant sur l'arbre du rotor, des moyens pour calculer le rapport entre ces deux grandeur~, des moyens pour detex~iner, en fonction des conditions de vol, la valeur nominale de ¢Q
rapport en l'absence de givrage, et des moyens pour co~parer le rapport calcule au rapport nominal.
.

.

, Le fait d'utiliser comme critère le rapport entre la force axiale et le couple s'exerçant sur l'arbre moteur, permet genéralement, comme on le verra ci-apr~s, de simplifier dans une large mesure les calculs tout en s conservant une bonne precision.

Plus particulièrement, on pourra dans certains cas assimiler les conditions de vol au seul pas des pales.

La valeur nominale du rapport precite peut être soit calculee en temps reel en fonction des conditions de vol, soit pr~ala~lement memorisee.

Dans un mode de realisation particulier de l'invention, lesdits capteurs sont agencés pour mesurer les efforts s'exerçant dans un tube de torsion dispose entre 1'arbre moteur et l'arbre du rotor.

Ces capteurs peuvent notamment être loges dans un espace annulaire compris entre le tube de torsion et un tube central.

on prevoit avantagausement des transformateurs tournants pour la transmission des signaux de couple et d'effort de traction, constitues d'enroulements en vis à vis montes sur le tube de torsion et sur un stator dispose autour dudit tube.

on decrira maintenant à titre d'exemple non li~itati~, un mode de realisation particulier de l'invention en reference aux dessins annexes, dans lesquels .
:
- la figure 1 est une representation schematique d'un helicoptère comportant un dispositif selon l'invention, , , .

- la figure 2 est un schema par blocs de ce dispositif, et :
- la figure 3 est une vue en coupe axiale des capteurs de ce dispositif.

L'helicoptère de la figure 1 comporte un moteur 1 monte dans sa cellule 2 et muni d'un arbre de 50rtie 3. Bien entendu, un réducteur (non representé) est prevu entre lo le moteur et l'arbre de sortie.

L'arbre de sortie 3 forme une butee annulaire 4 coopérant avec une butee 5, solidaire de la cellule 2, pour reprendre l'effort axial exerce par le rotor 6.
L'arbre 7 cle ce rotor est relie ~ l'arbre moteur 3 par 1'intermediaire du rotor 8 du capteur qui sera décrit plus en details ci-apres, le stat:or 9 du capteur ietant monte solidaire de la cellule 2 autour du rotor 8.
Comme montre à la figure 2, 1Q ~apteur 8-9 se d~compose en ~ait en un capteur d'effort axial 10 mesurant l'ef~ort exerc~ longitudinalement dans l'arbre 7 du rotor 6 et un capteur de couple 11 mesurant le co~ple s'exerçant sur l'arbre 7.

Les mesures des capteurs lO et 11 sont four~ies ~ un calculateur 12 gui determine s'il y a ou non gi~rage et dont la sortie 13 peut ~tre reliee par exemple ~ une alarme dans le poste de pilotage, ou direGte~ent ~ des dispositifs anti-givrage.

Si 1'on se refère maintenant à la ~igure 3, on voit gue le rotor 8 du capteur comprend un corps 14 constitue pour l'essentiel d'un tube de torsion dont les extremites longitudinales forment des brides 15 pour sa ~ ,., :
~:. , ~ixation à la partie inferieure de l'arbre de rotor 7, et à la partie suparieure de l'arbre moteur 3.

Les efforts sont ainsi transmis entre l'arbre de rotor 7 et l'arbre moteur 3 par l'intermediaire du tube de torsion. Sous l'action du couple à mesurer M, le tube subit une d~formation de torsion, et sous l'action des efforts de traction à mesurer F, le tube subit un allongement.
A l'interieur du tube de torsion 14 est dispose le capteur capacitif 11 de microdéplacements per~ettant la mesure des deformations de torsion. Un capteur convenant cette mesure est par exemple décrit dans la demande de lS brevet français No 89 04402 et ne sera donc pas décrit ici plus en détails.

Connaissant les caracteristiq~les geometriques et mecaniques du tube de torsion 14, on déduit immediatement le couple transmi~ des déformations de torsion.

Le capteur d'allongement 10 eq~ ~galemen~ dispo~
l'int~rieur du tu~e de torsion 8.
c~ capteur est constitué pour l'essentiel d'une tige élastique 18 rigidement fi~ee à ses deux extremités longitudinales sur les deux brides 15 du tube de torsion, de manière à subir le même allongement gue ce dernier. Les contraintes ainsi génerée~ dans la tige 18 sont mesurees au moyen d'un pont de jauge de contraintes 19 dépose sur la poutre. Les jauges peuvent notamment etre réalisees en couche mince métallique du fait de la grande fidelite et des faibies dérives de cette technologie. Un montage judicieux des jauges 19 permet d'obtenir une mesure de l'allongement independante de la torsion.

on voit également sur la figure 3, trois trans~o~mateurs tournants 20, formes chacun de deux circuits magnetiques 21 et de deux enroulements 22, l'un des circuits magnetiques et l'un des enroulements étant montes sur le corps du stator g en vis à vis de l'autre circuit magnetique et de l'autre enroulement monte sur le rotor 8.

L'un des transformateurs permet la transmission d'une alimentation électrique au rotor 8 du capteur, le deuxième permet la transmission des informations de mesure du couple et le troisième permet la transmission des informations de mesure de l'effort de traction.

On voit egalement sur la figure 3 que le dispositif de mesure n'utilise pas l'espace central avoisinant l'axe du rotor. Il est ainsi possible de laisser libre cet espace sur toute la longueur du capteur.

Un tube central 23 et un couvercle 24 permettent d'isoler les elements de mesure de l'environnement exterieur.

cet agencement est particulièrement inte~essant dans les hélicoptères presentant un arbre de rotor creux, la partie centrale etant utilisee pour la transmission de commandes annexes vers le rotor, par exemple de commandes du pas des pales. Le dispositif de l'invention permet donc la transmission de ces commandes.

Enfin, l'espace annulaire 25 restant encore libre entre le tube de torsion 14 et le tube de ~ermeture 23 peut ,: ' ~

être utilisé pour l'installation des circuits electriques d'alimentation et de traitement.

on sait que les efforts aérodynamiques F et M generes sur l'arbre rotor 7 par la rotation des pales, sont essentiellement fonction des param~tres suivants :
- la géometrie des pales et en particulier leur profil, - le pas des pales p et leur vitesse de rotation~.
- la masse volumique de l'air ~ , et - la vitesse de l'helicoptère par rapport ~ l'air v.
En l'absence de givrage des pales, le rapport M/F est une fonction de ces paramètres soit :

M/F = f (p,~L ,~
que l'on paut calculer ou d~eterminer expérimentalement :
et mémoriser.

La ~ormation d'un depôt de givre sur les pales degrade rapidement leur profil aerodynamique et se traduitr toutes choses egales par ailleurs, par une augmentation du couple resistant dû à un supplement da trainee des pales et par une diminution de la portance, c'est-a-dire finalement par une augmentation du rapport M/F.
ha comparaison entre les valeurs du rapport M/F
obtenues :

- d'une part, ~ partir du calcul de la fonction ~ :
f (P, ~ ,~

;

~' - .~ . . - ~ .

.

- d'autre part, à partir des valeurs de M et F mesurees par le capteur d'effort décrit precedement, permet de determiner s'il y a ou non givrage des pales.

Le calculateur 12 reçoit donc en entrée, d'une part les valeurs de F et M mesurees comme decrit précédemment et, ~;.
d'autre part, les valeurs de p,n, 5 et v mesurees par des capteurs specifiques. ~ -~ ' Le calculateur 12 dispose dans ses memoires d'un mod~le mathématique lui permettant de calculer la valeur de la fonction f (p~ n , S ~ v~ et compare cettP valeur celle du rapport M/F qu'il calcule egalement.

L'ecart obtenu, au-dela d'un certain seuil d'incertitude lie aux erreurs de mesure des di~érent~ capteurs et a la précision du modele mathematigue de calcul da f permet de conclure à un givrage des pales et de le signaler au pilote.

L'amplitude de l'~cart donne une image de la sevérité du givrage.

Il est possible de simplifier ce !modèle si l'on remarque gue les ef~orts aerodynamiques sur un profil sont proportionnels au carre de sa vitesse dans l'air (donc a Q ~, le vecteur de vitesse v n'intervenant que comme terme correctif) et ~ la masse volumique de l'air S . En consequence, en l'absence de givrage la fonction f (p, , ~ , v) est dans une large mesure independante des paramètre5 Q èt S .

Le vecteur vitesse v de l'helicopt~re par rapport ~
l'air n'interYient egalement qu'à titre de terme correctif sur l'angle d'incidence de chaque element de : -., . : ~

.. . .. . ~

~ ~ .
. . . ~ . . . ~ :

pale, parametre globalement represente par le pas des pales p. On pourra donc souvent se ramener avec une precision suffisante a une fonction f (p) ne faisant intervenir que le pas des pales p.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitee au mode de realisation décrit ci-dessus.

C'est ain~i que la mesure de l'effort axial pourrait être effectuee non pas sur l'arbre du rotor mais au niveau de la butee 5.

De même, la mesure du couple pourrait ~tre effectuee en sortie ou même. à l'intérieur du moteur, dans la mesure où les organes mécaniques intermédiaires qui conduisent -jusqu'a l'arbre du rotor (réducteur de vitesse, palier, prises de mouvement.... ) n'introduisent pas d'erreurs ~`
importantesl .
.
De même, le calculateur 12 pourrait ne pas effectuQr le calcul de la fonction f mais simE~lement lire en mémoire les valeurs de cette fonction prealablement memorisees en fonction des differents paramei:re~.

. ~ .
~ ' .. . .
.
- . . . :. .: ~

Claims (7)

1. Dispositif pour la détection du givrage des pales d'un rotor d'aéronef, caractérisée par le fait qu'il comprend un capteur d'effort de traction (10) et un capteur de couple (11) pour mesurer la force axiale et le couple s'exerçant sur l'arbre du rotor, des moyens (12) pour calculer le rapport entre ces deux grandeurs, des moyens (12) pour déterminer, en fonction des conditions de vol, la valeur nominale de ce rapport en l'absence de givrage, et des moyens (12) pour comparer le rapport calculé au rapport nominal.
2. Dispositif selon la revendication 1, comprenant des moyens pour calculer la valeur nominale du rapport en fonction des conditions de vol.
3. Dispositif selon la revendication 1, comprenant des moyens pour mémoriser la valeur nominale du rapport en fonction des conditions de vol.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les conditions de vol sont déterminées par le pas des pales.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel lesdits capteurs sont agencés pour mesurer les efforts s'exerçant dans un tube de torsion (14) disposé entre l'arbre moteur (3) et l'arbre (7) du rotor.
6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel lesdits capteurs sont logés dans un espace annulaire (25) compris entre le tube de torsion et un tube central (23).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, comprenant des transformateurs tournants (20) pour la transmission des signaux de couple et d'effort de traction, constitués d'enroulements en vis à vis montés sur le tube de torsion et sur un stator (9) disposé autour dudit tube.
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