ES2208527T3 - Amortiguador de vibraciones, particularmente para motor de helicoptero. - Google Patents

Amortiguador de vibraciones, particularmente para motor de helicoptero.

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ES2208527T3 ES01400566T ES01400566T ES2208527T3 ES 2208527 T3 ES2208527 T3 ES 2208527T3 ES 01400566 T ES01400566 T ES 01400566T ES 01400566 T ES01400566 T ES 01400566T ES 2208527 T3 ES2208527 T3 ES 2208527T3
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Abstract

Amortiguador de vibraciones, particularmente para rotor de helicóptero que comprende un elemento impulsor (10) que tiene un eje llamado eje principal y destinado a ser arrastrado por un llamado eje principal y que está destinado a ser arrastrado por un elemento de arrastre (100), así como un elemento rígido (6) destinado a ser montado sobre una estructura, y que comprende un conjunto de amortiguación que conecta funcionalmente el elemento propulsor (10) y el elemento rígido (6) para amortiguar las vibraciones en al menos una dirección perpendicular a dicho eje principal., comprendiendo el conjunto de amortiguación por una parte, un dispositivo hidráulico de amortiguación dispuesto en al menos una cavidad (3) de fluido viscoso y por otra parte un dispositivo flexible (1) que presenta una rigidez elevada en una dirección paralela a dicho eje principal y una rigidez reducida en dicha dirección perpendicular al eje principal, presentando el dispositivo hidráulico de amortiguación un primer (40) y un segundo (50) conjunto de laminas planas, cada una de las cuales tiene su plano perpendicular al eje principal, estando el primer conjunto (40) montado en el elemento impulsor (10) mediante una primera conexión mecánica y estando el segundo conjunto (50) montado sobre el elemento rígido (6) mediante una segunda conexión mecánica (60), estando las láminas (40, 50) del primer (40) y del segundo (50) conjunto dispuestas de manera imbricada y estando estrechamente espaciadas de manera a presentar zonas de amortiguación viscosa situadas cada una entre una lámina (40) del primer conjunto y una lámina (50) del segundo conjunto caracterizado porque el dispositivo hidráulico de amortiguación comprende también un elemento de amortiguación (20) que está dispuesto en al menos la llamada cavidad (3) de fluido viscoso y que es solidario al elemento impulsor (10), presentando dicho elemento de amortiguación (20) un contorno externo (22) que se estrecha desde una base (23) situada del lado de un extremo axial del amortiguador hasta un vértice (21) situado del lado de los conjuntos (40, 50) de láminas planas.

Description

Amortiguador de vibraciones, particularmente para motor de helicóptero.
La presente invención se refiere a un amortiguador de vibraciones, particularmente para rotor de helicóptero, que comprende un elemento propulsor que tiene un eje llamado eje principal y que está destinado a ser arrastrado por un elemento de arrastre, así como un elemento rígido destinado a ser montado sobre una estructura, y que comprende un conjunto de amortiguación que conecta funcionalmente el elemento propulsor y el elemento rígido para amortiguar las vibraciones en al menos una dirección perpendicular a dicho eje principal.
La solicitud de Patente Francesa FR 2.754.579 registrada por la Sociedad demandante el 15 de octubre de 1996 y publicada el 17 de abril de 1998, describe un amortiguador de este tipo en el que el conjunto de amortiguación comprende, por una parte, un dispositivo hidráulico de amortiguación dispuesto en una cavidad de fluido viscoso y por otra parte un dispositivo flexible que presenta una rigidez elevada en una dirección paralela a dicho eje principal y una rigidez reducida en la dirección perpendicular al eje principal. El dispositivo hidráulico de amortiguación está constituido por un primer y un segundo conjunto de laminas planas, cada una de las cuales tiene su plano perpendicular al eje principal, siendo el primer conjunto solidario al elemento propulsor y siendo el segundo conjunto solidario al elemento rígido, estando las láminas del primero y del segundo conjunto dispuestas de manera imbricada y estando estrechamente espaciadas de manera a presentar zonas de amortiguación viscosa situadas cada una entre una lámina del primer conjunto y una lámina del segundo conjunto.
El dispositivo de amortiguación de láminas planas imbricadas tal como el descrito en la solicitud citada anteriormente permite la obtención de buenos resultados y una buena linealidad para vibraciones de amplitud reducida o media, Sin embargo, a medida que las amplitudes de desplazamiento aumentan, la velocidad relativa de las láminas tiende también a aumentar, lo que conlleva un aumento del cizallamiento y una reducción de la viscosidad dinámica, lo que hace que la amortiguación proporcionada por el dispositivo hidráulico tienda a bajar.
Por otra parte, se conocen dispositivos de amortiguación viscosa que permiten obtener una amortiguación elevada para desplazamientos de gran amplitud puesto que la amortiguación proporcionada es proporcional al cuadrado de la velocidad, pero presentan por el contrario una eficacia reducida para amplitudes reducidas.
La presente invención se propone realizar un amortiguador de vibraciones, particularmente para rotor de helicóptero, que presente una amortiguación satisfactoria a la vez, para los desplazamientos de baja amplitud y de alta amplitud.
La idea básica de la invención es diseñar el amortiguador de manera que, para las amplitudes reducidas, la amortiguación se realice esencialmente gracias a conjuntos de láminas tales como las definidas anteriormente, mientras que, para amplitudes fuertes, es un dispositivo de tipo de amortiguación viscosa el que viene a completar y/o a realizar la amortiguación.
El amortiguador de vibraciones según la invención se caracteriza de este modo porque el dispositivo hidráulico de amortiguación comprende también un elemento de amortiguación que está dispuesto en una llamada cavidad de fluido viscoso y que es solidario al elemento impulsor, presentando dicho elemento de amortiguación un contorno externo que se estrecha desde una base situada del lado de un extremo axial del amortiguador hasta un vértice situado del lado de los conjuntos de láminas planas anteriormente citadas.
Con amplitud baja, el elemento de amortiguación está relativamente separado de la pared de la o de las cavidades y la amortiguación es mayoritariamente proporcionada por los conjuntos de láminas. Por el contrario, con fuerte amplitud, el dispositivo flexible tiende a deformarse y a medida que las amplitudes aumentan, el contorno externo del elemento de amortiguación se acerca al menos localmente a la pared de la cavidad, por lo que se produce un aumento del efecto de amortiguación viscosa en la dirección en la que se produce la deformación, por una parte debido al hecho de que la sección de paso se estrecha y por otra parte, debido a la no-linealidad de este efecto que, como se ha vista anteriormente, es proporcional al cuadrado de la velocidad.
En particular, el elemento de amortiguación se inscribe en un contorno de deformación máxima de la superficie interna del dispositivo flexible. Preferiblemente, el contorno exterior del elemento de amortiguación se inscribe a una distancia predeterminada de dicho contorno de deformación máxima del dispositivo flexible.
Ventajosamente, el contorno externo del elemento de amortiguación presenta una sección formada por segmentos de recta inclinados respecto de dicho eje principal.
Preferiblemente, el vértice del elemento de amortiguación es elíptico y la base es un círculo, o un círculo interrumpido por segmento de recta.
Es particularmente ventajoso que el elemento de amortiguación sea hueco y presente una cavidad de compensación de volumen que comunica con al menos una llamada cavidad de fluido viscoso y en la cual está dispuesto un elemento de compensación de volumen, en particular una membrana elástica.
Preferiblemente, cuando el amortiguador se lleva a su temperatura mínima de funcionamiento, la membrana elástica no forma pliegues y permanece distanciada de una pared interna del elemento de amortiguación.
El contorno externo de al menos una cavidad de fluido viscoso se puede extender según una primera dirección. Al menos la base del elemento de amortiguación se puede extender según una segunda dirección perpendicular a la primera dirección. Esto permite obtener características de amortiguación diferentes según la primera y la segunda dirección, con un desplazamiento más importante en la primera dirección.
Un dispositivo del tipo descrito en la Solicitud Francesa anteriormente mencionada comprende un dispositivo de compensación de volumen. Los dispositivos de compensación de volumen se utilizan desde hace mucho tiempo en los sistemas hidráulicos, en particular en forma de acumuladores hidráulicos, por ejemplo OLAER o LEDUC, y se utilizan también desde hace tiempo en los amortiguadores de vibraciones anteriormente mencionados. En la Solicitud Francesa anteriormente mencionada, el dispositivo de compensación de volumen presenta una membrana ondulada, en la que una cara está en contacto con el fluido de la cavidad y la otra cara está en contacto con una cavidad que contiene gas. Este dispositivo presenta el inconveniente de una cierta vulnerabilidad de la membrana.
Con este fin, una realización de la invención presenta una cavidad de compensación de volumen que comunica con al menos dicha cavidad de fluido viscoso y en cuyo interior está dispuesta una membrana elástica en la que una parte delimita una cavidad de volumen variable llena de un gas, y en la que una pared externa, que delimita con una pared interna de dicha cavidad de compensación de volumen, una cavidad de fluido de compensación, estando la membrana elástica dispuesta a una distancia determinada no nula de dicha pared interna, y sin formar pliegues, cuando el amortiguador de vibraciones está a su temperatura mínima de funcionamiento prevista por sus especificaciones.
De este modo, se garantiza una eficacia de la compensación de volumen en todas las condiciones en que el amortiguador puede encontrarse y por otra parte, la pared interna de la cavidad de compensación permite garantizar una protección de la membrana elástica.
La cavidad de compensación está ventajosamente formada en el interior de una pieza hueca ensanchada que se extiende entre el dispositivo hidráulico de amortiguación y un extremo axial del amortiguador.
Otras ventajas de la invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción, dada a título de ejemplo no limitativo, en conexión con los dibujos en los que:
- las figuras 1a y 1b representan dos vistas en corte longitudinal en planos perpendiculares de un amortiguador según una realización preferida de la invención;
- las figuras 2a a 2c representan respectivamente en perspectiva, en corte y en vista superior un elemento de amortiguación según una realización preferida de la invención;
- la figura 3 muestra el contorno externo de la o de las cavidades de los fluidos.
Como lo muestran las figuras 1a y 1b, el amortiguador de vibraciones presenta un elemento impulsor 10 cuyo eje es el eje principal del amortiguador y que está destinado a ser arrastrado por un elemento de arrastre 100. Un primer conjunto de láminas 40 es solidario, con un desacoplamiento aproximado, al elemento impulsor 10, mientras que un segundo conjunto de láminas 50 imbricado con el primer conjunto es solidario, con un desacoplamiento aproximado, a un elemento rígido 6. En el ejemplo representado, se obtiene un desacoplamiento de las excitaciones de compresión gracias a un recubrimiento parcial de las láminas, pero esta función se podría realizar por cualquier otro medio descrito en la Solicitud FR 2.754.579 anteriormente citada.
En el ejemplo representado, la estructura es simétrica respecto de un plano medio perpendicular al eje principal del elemento impulsor 10. El conjunto de láminas 40 y 50 está dispuesto en posición media y se centra respecto de un dispositivo flexible 1 que comprende una estructura lamificada constituida por un apilamiento de arandelas metálicas 4 y de arandelas elastoméricas 5 cuyo plano es perpendicular al eje del cilindro 10. La estructura lamificada 1 presenta un contorno interno 11, que delimita el contorno externo de dos cavidades 3 situadas por una y otra parte del conjunto de láminas 40 y 50 y que están llenas de un fluido viscoso que baña también las láminas y el espacio situado entre éstas para proporcionar la amortiguación buscada.
En su parte superior y en su parte inferior, es decir en sus extremos axiales, el dispositivo está encerado por tapas 80 a las que se solidarizan elementos de amortiguación 20 que comprenden un vértice 21 situado cerca del conjunto de láminas 40 y 50, y una base 23, estando el vértice 21 y la base 23 conectados por un contorno exterior 22 que se ensancha progresivamente desde el vértice 21 hacia la base 23.
Ventajosamente, el elemento de amortiguación 20 es hueco y delimita una cavidad de amortiguación separada en dos cavidades de aire 33 y de fluido 34 por una membrana 70 alojada en su vértice 71 a proximidad de una cara interna 25 del elemento 20 y que está cogida en su base 73 entre la base 23 del elemento de amortiguación 20 y la tapa 80. La membrana 70 presenta una región activa 72 que discurre a lo largo de una pared interna ensanchada 26 que delimita hacia el exterior la cavidad 34. La cavidad de fluido 34 comunica con la cavidad 3 por una o varias aberturas 31 para proporcionar el efecto de compensación de volumen buscado.
Se observarán también las aberturas 27 que permiten el llenado de las cavidades 3, así como las aberturas 28 para el llenado de gas de las cavidades 33 que corresponden al interior de las membranas elásticas 70, por ejemplo de elastómero. Este llenado puede implicar una presurización del gas. El sistema de compensación puede ser cualquier sistema elástico, por ejemplo un sistema que asocia un pistón y un resorte.
Se observarán también las placas de ensamblado 60 situadas por una y otra parte de los conjuntos de láminas 40 y 50 y que presentan aberturas (figura 1b) de paso del fluido viscoso que llena las cavidades 3. Unas traviesas permiten garantizar el apilamiento de la tapa 80, de los elementos de amortiguación 20 y de los conjuntos 40 y 50 de láminas a lo largo del eje 10 mientras que, en la parte externa unas bridas complementarias 61 y 62 sirven para el ensamblado en el dispositivo flexible lamificado 1 donde el apilamiento también está garantizado gracias a la tapa 80.
El elemento de amortiguación 20 se realiza preferiblemente en forma de un corte que presenta un vértice 21 que tiene una abertura central circular 24 y un contorno externo sensiblemente elíptico 21, así como una base 23 que presenta porciones de círculo 23_{1} conectadas entre sí por segmentos de recta 23_{2}. El contorno exterior 22 presenta en corte segmentos de recta que conectan el contorno elíptico del vértice 21 y el contorno de la base 23.
El contorno exterior ensanchado 22 permite inscribir el elemento 20 en el contorno de las deformaciones máximas del dispositivo lamificado 1 en las condiciones de funcionamiento más severas, pero esto con una holgura que se elige en función de la amortiguación deseada. Por este motivo, se garantiza, por una parte que el contorno externo 22 del elemento de amortiguación 20 no entrará nunca en contacto con el contorno interno 11 de las estructuras lamificadas 1 y esto mismo ocurrirá en las condiciones de funcionamiento más severas, aportando el elemento de amortiguación 20 un efecto de amortiguación importante para desplazamientos de gran amplitud.
Como se ha representado en la figura 3, el contorno 11 que define el exterior de las cavidades 3 presenta una forma alargada limitada en los extremos por arcos de círculo 11_{1}, que se conectan por segmentos de recta 11_{2}. Se ha indicado en la figura 2c con XX el eje mayor de la elipse 21 y con YY su eje menor y se han llevado estas distancias a la figura 3 para indicar la posición relativa de la pieza 20 respecto del elemento 1. El corte de la figura 1a se realiza según el plano que contiene el eje XX y el eje principal, mientras que el corte de la figura 1b se realiza según el plano que contiene el eje YY y el eje principal. La dirección YY corresponde a los mayores desplazamientos posibles del elemento de amortiguación.
Como lo muestran más particularmente las figuras 1a y 1b, a la temperatura mínima de funcionamiento, la parte activa 72 de la membrana elástica 70 sigue la pared interna 26 del elemento 20 a una distancia residual dada y sin formar pliegues, lo que permite mantener la eficacia de la compensación de volumen en todas las condiciones de funcionamiento A temperatura ambiente (20ºC), la membrana 70 ocupa la posición representada en línea de puntos en la figura 1a. A media que la temperatura baja, el fluido viscoso se contrae y esta contracción produce una reducción del volumen de las cavidades 34. Debido al hecho de que la membrana 70 no presenta pliegues, se contrae de manera uniforme y discurre a lo largo de la pared 26 sin formar pliegues. La ausencia de pliegues a la temperatura mínima de funcionamiento permite evitar que la membrana 70 entre en contacto localmente con la pared interna 26, lo que reduciría la eficacia de la compensación de volumen, aislando una parte de la cavidad de fluido 34.

Claims (10)

1. Amortiguador de vibraciones, particularmente para rotor de helicóptero que comprende un elemento impulsor (10) que tiene un eje llamado eje principal y destinado a ser arrastrado por un llamado eje principal y que está destinado a ser arrastrado por un elemento de arrastre (100), así como un elemento rígido (6) destinado a ser montado sobre una estructura, y que comprende un conjunto de amortiguación que conecta funcionalmente el elemento propulsor (10) y el elemento rígido (6) para amortiguar las vibraciones en al menos una dirección perpendicular a dicho eje principal, comprendiendo el conjunto de amortiguación por una parte, un dispositivo hidráulico de amortiguación dispuesto en al menos una cavidad (3) de fluido viscoso y por otra parte un dispositivo flexible (1) que presenta una rigidez elevada en una dirección paralela a dicho eje principal y una rigidez reducida en dicha dirección perpendicular al eje principal, presentando el dispositivo hidráulico de amortiguación un primer (40) y un segundo (50) conjunto de laminas planas, cada una de las cuales tiene su plano perpendicular al eje principal, estando el primer conjunto (40) montado en el elemento impulsor (10) mediante una primera conexión mecánica y estando el segundo conjunto (50) montado sobre el elemento rígido (6) mediante una segunda conexión mecánica (60), estando las láminas (40, 50) del primer (40) y del segundo (50) conjunto dispuestas de manera imbricada y estando estrechamente espaciadas de manera a presentar zonas de amortiguación viscosa situadas cada una entre una lámina (40) del primer conjunto y una lámina (50) del segundo conjunto caracterizado porque el dispositivo hidráulico de amortiguación comprende también un elemento de amortiguación (20) que está dispuesto en al menos la llamada cavidad (3) de fluido viscoso y que es solidario al elemento impulsor (10), presentando dicho elemento de amortiguación (20) un contorno externo (22) que se estrecha desde una base (23) situada del lado de un extremo axial del amortiguador hasta un vértice (21) situado del lado de los conjuntos (40, 50) de láminas planas.
2. Amortiguador de vibraciones según la reivindicación 1, caracterizado porque el contorno exterior (22) del elemento de amortiguación (20) se inscribe en un contorno de deformación máxima de la superficie interna (11) del dispositivo flexible (1).
3. Amortiguador de vibraciones según la reivindicación 1, caracterizado porque el contorno exterior (22) del elemento de amortiguación se inscribe a una distancia predeterminada de dicho contorno de deformación máxima.
4. Amortiguador de vibraciones según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el contorno externo (22) del elemento de amortiguación presenta una sección formada por segmentos de recta inclinados respecto de dicho eje principal.
5. Amortiguador de vibraciones según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el contorno externo de al menos una cavidad (3) de fluido viscoso se extiende según una primera dirección (YY) perpendicular al eje principal.
6. Amortiguador de vibraciones según la reivindicación 5, caracterizado porque al menos la base del elemento de amortiguación se extiende según una segunda dirección (XX) perpendicular a la primera dirección (YY).
7. Amortiguador de vibraciones según una de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque el vértice (21) del elemento de amortiguación (20) es elíptico y porque su base es un círculo o un círculo interrumpido por segmentos de recta.
8. Amortiguador de vibraciones según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el elemento de amortiguación (20) es hueco y presenta una cavidad de compensación de volumen que comunica con al menos dicha cavidad (3) de fluido viscoso y en la que está dispuesto un elemento de compensación de volumen (70).
9. Amortiguador de vibraciones según la reivindicación 8, caracterizado porque el elemento de compensación de volumen es una membrana elástica (70).
10. Amortiguador de vibraciones según la reivindicación 9, caracterizado porque, cuando está a una temperatura mínima de funcionamiento, la membrana elástica (70) no presenta pliegues y permanece distanciada de una pared interna (26) del elemento de amortiguación (20).
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