FR2591558A1 - Pale de rotor principal d'helicoptere - Google Patents
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Abstract
Pale de rotor principal d'hélicoptère 10 comprenant un vrillage incorporé pour améliorer les performances en vol stationnaire avec, au niveau du bord de fuite, une fente de faible étendue 18 située près de l'extrémité 14 du bout de la pale pour diriger un jet d'air sous pression vers le haut. L'éjection vers le haut de l'air depuis la fente a pour effet de dévriller la pale, ce qui améliore les performances de la pale en vol de translation. L'invention concerne également un procédé de modulation de l'éjection d'air depuis la fente en vue d'une commande antivibratoire. (CF DESSIN DANS BOPI)
Description
-1- La mise en drapeau cyclique (une fois par tour sinusoïdal) des pales
de rotor d'hélicoptère permet de commander l'attitude d'un hélicoptère. On sait que la mise en drapeau des pales & des harmoniques plus élevées ou la mise en drapeau des pales non harmonique (désignées ci-après conjointement comme ' mise en drapeau antivibratoire des pales) permet de diminuer les vibrations induites par le rotor. De manière typique, une mise en drapeau antivibratoire des pales est superposée à la mise en drapeau cyclique des pales par des entrées rapides dynamiques des servocommandes agissant sur le plateau cyclique. L'inconvénient majeur de ces techniques réside dans la diminution de fiabilité due à une augmentation des charges vibratoires et aux mouvements du système de commande du rotor, l'augmentation de l'énergie hydraulique ou électrique nécessaire pour faire fonctionner les servo-cooemmndes et le poids et le coût des
modifications & apporter pour surmonter ce problème.
Il se peut que certaines pales du rotor principal-d'un hélicoptère aient un vrillage incorporé pour améliorer les performances en vol stationnaire. On pourrait considérer le vrillage incorporé comme angle d'attaque variable de la pale, diminuant <par exemple) de ZERO degré au niveau de l'emplanture de la pale jusqu'à MOINS SEIZE degrés au niveau du bout de la pale. Le fait d'avoir un vrillage important incorporé qui permet d'optimiser les performances en vol stationnaire n'est pas compatible avec la nécessité d'un moindre vrillage permettant d'optimiser les performances en vol de translation, et augmentera les
charges d'air vibratoires.
Un but de la présente invention est de réaliser une technique permettant de diminuer les vibrations induites
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par le rotor en modifiant le vrillage incorporé d'une pale du rotor principal d'un hélicoptère lors d'un vol en translation. Conformément à l'invention, une pale de rotor principal d'hélicoptère comprenant un vrillage incorporé permettant d'améliorer les performances en vol stationnaire comprend, près du bout de la pale, une fente de courte étendue sur le bord de fuite pour diriger vers
le haut un Jet d'air sous pression sortant par celle-ci.
L'éjection vers le haut de l'air provenant de la fente produit, sur le profil de voilure <pale et rotor), un moment de tangage dirigé vers le haut servant à dévriller la pale. Cela aura pour effet d'améliorer les performances en vol de translation de la pale. En modulant le flux d'air sous pression en fonction de l'azimut de la pale, on obtient un angle d'attaque et une force ascensionnelle de la pale modulés. Par une modulation appropriée, on peut diminuer sensiblement les vibrations induites par le rotor. D'autres objets, caractéristiques et avantages de
l'invention ressortiront à la lumière de la description
qui suit, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en plan de la pale du rotor principal, incorporant l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe d'extrémité de la pale de la figure 1; - la figure 3 est une vue latérale en coupe transversale d'un système de distribution d'air modulé de l'art antérieur; - la figure 4 est un schéma par blocs d'un système de commande à des harmoniques supérieures appliquant l'invention; et - la figure 5 est une vue d'extrémité en coupe transversale d'une pale analogue à celle de la figure 1,
montrant une variante de réalisation de la fente.
-3- Les figures 1 et 2 montrent respectivement une vue en plan et une vue d'extrémité en coupe transversale d'une pale & cambrure totale 10, telle que la pale Sikorsky SC 1095. Les pales à cambrure sont décrites par R.W. Prouty, Aerodynamics, Rotor and Ving International, août 1984, pages 1722. La pale 10 comprend un vrillage incorporé pour améliorer les performances en vol stationnaire, c'est à dire qu'elle présente un vrillage faible ou aucun vrillage (un plus grand angle de pas géométrique) au niveau de son emplanture 12 et un vrillage négatif (un
moindre angle de pas géométrique) à son extrémité 14.
La pale 10 comprend un passage à air radial interne 16 s'étendant depuis son emplanture 12, dans le sens longitudinal, Jusqu'à la proximité de l'extrémité 14 du bout de la pale. Une fente de faible étendue et étroite 18 est prévue près de l'extrémité 14 de la pale 10, par exemple à QUATREVINGTS POUR CENT du rayon. La fente 18 s'étend le long de la corde dans la pale 10 pour être en comunication par écoulement d'air avec un passage radial 16. Une canalisation réceptrice souple 20 au niveau de l'emplanture 12 de la pale 10 permet d'envoyer de l'air sous pression depuis une chambre de compression située au niveau de l'arbre du rotor (décrit ci-après), par le
pasage 16 vers la fente 18.
Comme on le voit au mieux sur la figure 2, une vue d'extrémité le long de la corde suivant la ligne A-A de la fente 18, la fente 18 est conçue pour éjecter de l'air 22 vers le haut selon un certain angle par rapport au bord de
fuite 24 de la pale 10.
L'éjection de l'air vers le haut depuis le bord de fuite de la pale aura pour effet de diminuer la force ascensionnelle. En d'autres termes, on pourrait croire que l'air n'est pas éjecté dans le bon sens pour augmenter les performances. Toutefois, on dirige l'air vers le haut depuis le bord de fuite de la pale, le bord de fuite 24 est repoussé vers le bas, le vrillage incorporé négatif -4 - diminue grâce & la flexibilité en torsion de la pale, et une modification de pas positif (plus grand angle d'attaque) est opérée qui aura pour effet d'augmenter la force ascensionnelle. Par une configuration appropriée de la fente, son emplacement le long de l'envergure, et en contrôlant l'importance de l'air éjecté, l'augmentation de la force ascensionnelle résultant de la modification de pas positive peut l'emporter sur la diminution de la force ascensionnelle résultant d'une éjection 'dans le mauvais sens' par exemple d'un facteur de CINQ. Il s'avère qu;une faible force d'éjection d'air, de l'ordre de 34450 Pa à 68900 Pa assurera la grandeur désirée de la modification du vrillage. Le résultat global par conséquent de l'éjection d'air décrite est de dévriller la pale à son extrémité 14, par exemple de UN à DEUX degrés, avec un dévrillage proportionnel correspondant le long de la pale en fonction de la souplesse en torsion de la pale, ce qui permet d'améliorer les performances et de diminuer les contraintes exercées sur la pale en vol de translation. En vol stationnaire il n'y a pas d'éjection d'air et de bonnes performances sont assurées grâce au vrillage incorporé important et à la cambrure du profil de la pale. Le dévrillage d'une pale en vol n'est pas nouveau en soi. Par exemple, la société Kaman Corporation met en oeuvre un servo-volet sur le bord de fuite extérieur de la pale pour assurer la commande de pas cyclique et la commande de pas générale. Toutefois, il est évident tout de suite que le système de conmnde mécanique de Kaman vise un but tout à fait différent de celui visé par la fente d'éjection d'air de l'invention, à savoir des perfectionnements apportés aux performances en vol de translation et & la commande antivibratoire. Un simple système de NARCHE/ARRET pour commander l'éjection d'air, mettant en oeuvre tout système approprié connu d'alimentation en air sous pression de la pale, permettra
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- 5- d'améliorer les caractéristiques en vol de translation d'une pale dotée d'un vrillage incorporé (avec mise en circulation d'air) tout en maintenant de meilleures performances en vol stationnaire (avec la circulation d'air arrêtée). Toutefois, un système fournissant une pression d'air modulée en fonction de la vitesse en vol et de l'azimut de la pale apporte l'avantage supplémentaire d'une diminution des vibrations induites par le rotor par
le dévrillage de la pale de manière contrôlée.
Un mécanisme permettant de moduler l'air fourni à une pale de rotor principale d'hélicoptère est décrit dans les brevets US n 4 493 612, et n' 4 507 050 qui sont des systèmes conçus pour être utilisés sur l'avion Sikorski "X wingE ou à voilure en I. Dans la disposition représentée sur la figure 3, une chambre sous pression non rotative 30 en forme d'anneau
est disposée coaxialement autour d'un arbre de rotor 32.
Les ouvertures 34 sont disposées à des intervalles réguliers autour de la paroi circonférentielle 36 de la chambre. Les canalisations réceptrices 20 provenant de 1'emplanture de chaque pale sont présentées en série devant les ouvertures 34 lors de la rotation du rotor pour recevoir de celles-ci de l'air sous pression. Pour réduire les phénomènes transitoires d'ouverture en ouverture, la canalisation réceptrice peut enjamber deux ouvertures. Une soupape 38 est associée à chaque ouverture pour régler la pression fournie à la canalisation réceptrice de chaque pale. On comprend aisément que les brevets relatifs à la voilure en X mentionnés ci-dessus décrivent deux bancs de soupapes, un banc pour une fente du bord d'attaque et un banc pour une fente du bord de fuite, et que les fentes de la pale d'un avion à voilure en X s'étendent sensiblement le long de la pale. La présente invention en fait appel qu'à un seul banc de soupapes pour sa fente de faible étendue située en bout de son bord de fuite. En outre, l'avion à voilure en X utilise l'éjection d'air pour modifier l'angle d'attaque apparent environnement de pale/pale, alors que la présente invention utilise l'éjection d'air pour modifier l'angle d'attaque réel de la pale. La chambre sous pression de la Xigure 3 est la plus proche de la disposition du brevet US n' 4 507 050, à des fins de simplicité de déscriptin_. Toutefois la disposition de chambre du brevet US 4 493 612 pourrait être préférable. Si toutes les scupapes devaient fonctionner ensemble, on pourrait mettre en oeuvre aisément, comme cela a été suggéré, un siitple système de vitesse/pression. Toutefois, comme cela est bien connu, chaque soupape de la chambre sous pression peut- être commandée indépendamment en fonction de sa positionm circonférentielle (azimt). Sur l'avion A voilure en X, cela permet une co. nmde cyclique en fournissant, aux pales, l'air modulé en azimut en réponse & une attitude désirée. Dans le contexte de la présente invention, la modulation en azimut de la pression d'air fournie & chaque pale 10 peut être utilisée pour mettre en oeuvre une éjection à une harmonique supérieure (plus d'une par tour sinusoïdal) ou une éjection seulement à des aziuts sélectionnés. Il est bien à la portée de la simulation et de la commande par ordinateur moderne de réaliser les entrées nécessaires d'un système de comnande à barmtnique supérieure. Ce qui manque est une mise en oeuvre canimque faisable. La présente 'invention est un mélange élégant de technologie connue (la disposition de la chambre s pression de voilure en I) avec une structure nouvelle de pale de aise en oeuvre facile (le bord de fuite, la fente d'éjection d'air vers le haut de l'invention) pour'assurer une commande antivibratoire avec les meilleures caractéristiques de vol stationnaire/vol de translatmon
décrites ci-dessus.
-7- La figure 4 montre des détecteurs 40 montés sur la cellule de l'aéronef pour détecter les vibrations de l'aéronef. Les sorties des détecteurs 40 sont amenées à un ordinateur 42 commandant les soupapes 38 pour provoquer des modifications subtiles de l'angle d'attaque avec suppression des vibrations de chaque pale 10 en éjectant en boucle fermée. Il s'agit ici d'une fonction très dépendante de l'aéronef, mais pouvant être aisément
comprise et mise en oeuvre par un homme du métier.
La figure 5 montre une variante de réalisation de la pale, préférable à celle des figures 1 et Z. Comme on le voit sur la vue en coupe le long de la corde d'une pale , la pale présente un passage à air radial approprié 52 s'étendant de son emplanture, dans le sens longitudinal, presque Jusqu'à l'extrémité du bout de la pale (analogue au passage de la figure 1). Une fente de faible étendue 54 est prévue sur la surface inférieure 56 du bord de fuite 58 de la pale 50 et éjecte de l'air 60 autour d'une surface Coanda 62 pour assurer le même effet que la fente
décrite ci-dessus 18.
On pourrait obtenir un résultat analogue grace à un Jet d'air dirigé vers le bas, mais cela aurait pour résultat une augmentation indésirable du vrillage de la pale. Le jet dirigé vers le haut assure une diminution
moyenne du vrillage de la pale.
Il est à noter qu'une pale présente de manière typique une fréquence propre en torsion d'environ sept cycles par tour. A propos d'une commande à harmonique supérieure cela pourrait être un avantage du fait que des entrées plus faibles et par conséquent des charges de commande plus faibles pourraient suffire pour obtenir une modification
désirée de l'angle d'attaque d'une pale.
-8-
Claims (3)
1. Pale de rotor principal d'hélicoptère (10), caractérisée en ce qu'elle comprend: un fente longitudinale de faible étendue (18) disposée prés de l'extrémité (14) du bout de la pale et orientée de manière appropriée pour éjecter de l'air sous pression vers le haut depuis le bord de fuite (24) de la pale afin d'assurer un Jomnt de tangage & cabrer et d'augmenter
l'angle d'attaque réel de la pale.
2. Procédé pour améliorer les performances en vol de translation d'une pale du rotor principal d'un hélicoptère tout en maintenant de meilleures caractéristiques en vol stationnaire, caractérisé en ce qu' il consiste: à prévoir une pale de rotor principal (10) avec vrillage négatif incorporé, à éjecter de l'air sous pression vers le haut depuis le bord de fuite (24) de la pale près de l'extrémité <14) du bout de la pale afin de diminuer le vrillage négatif,
incorporé à la pale, en vol de translation.
3. Procédé de réalisation d'une commande antivibratoire d'un système de rotor principal d'hélicoptère, caractérisé en ce qu'il comprend: les étapes de la revendication 2; la détection de vibrations induites par le rotor dans la cellule d'un aéronef; la modulation de l'éJection-d'air sous pression depuis la pale en fonction de la position en rotation de la pale par rapport A l'arbre du rotor, en réponse aux vibrations détectées afin de diminuer les vibrations induites par le rotor.
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