FR2631603A1 - Dispositif de mise en drapeau des ailettes d'une helice d'avion - Google Patents

Abstract

Le dispositif de mise en drapeau des ailettes 42 de l'hélice d'un moteur d'avion entraîné par une turbine à gaz, les ailettes étant à pas variable, fait appel à un contrepoids 92 relié aux ailettes. Le contrepoids est amené à se déplacer, lors de l'exécution du changement du pas, seulement dans un plan radial et autour d'un axe qui est animé d'un mouvement de rotation autour de l'axe de l'hélice. Le dispositif comprend une biellette 100 permettant au poids de se déplacer suivant un angle supérieur à la valeur associée du changement du pas de l'ailette. Application aux moteurs à turbine à gaz d'avion.

Description

La présente invention concerne un mécanisme pour entraîner les ailettes

d'une hélice jusqu'à la position de mise en drapeau, c'est-à-dire à un pas grossier, lors de la

défaillance d'un mécanisme de commande du pas.

On a employé dans les avions avec l'arrivée des hélices à pas variable, des mécanismes pour entraîner les ailettes à des positions de réglage de leur incidence. En général, de tels dispositifs emploient des contrepoids qui

agissent sur le mécanisme de commande du pas pour le solli-

citer vers la position de mise en drapeau. En outre, on

choisit généralement la masse de ces contrepoids pour four-

nir le couple nécessaire pour effectuer un tel changement du pas sans considération de l'altération des performances du

moteur que l'on peut attribuer à une telle masse supplémen-

taire. Lorsqu'on applique les mécanismes de l'art antérieur de ce type aux moteurs à turbine à gaz qui peuvent être montés sur le fuselage, toute addition au moteur d'une masse aura un effet néfaste sur ses performances, c'est-à-dire sur

le rendement énergétique, et celle-ci peut également néces-

siter un support structurel supplémentaire pour le montage

des moteurs.

La présente invention a pour objet, entre autres, un dispositif pour le réglage d'incidence des ailettes d'une hélice qui réduise la masse nécessaire pour obtenir un tel

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-2- réglage en utilisant des contrepoids, ainsi que l'emploi de

quelques contrepoids pour le réglage d'incidence de nom-

breuses ailettes, ce dispositif étant monté dans un moteur à turbine à gaz et, plus particulièrement, ce dispositif étant destiné à un moteur à turbine à gaz monté sur un fuselage,

non canalisé.

En particulier, on décrit la présente invention comme constituant une partie d'un système de propulsion pour hélices d'avion comportant un moteur à turbine à gaz pour développer un courant gazeux de haute énergie et un étage de propulsion accouplé au moteur et comprenant des premier et second jeux d'aubes de turbine contrarotatives entrelllées qui sont entraînées par le courant gazeux. Chaque jeu d'aubes de turbine est connecté fonctionnellement aux héli- ces avant et arrière à ailettes multiples correspondantes, qui s'étendent dans la direction radiale de l'extérieur de l'étage de propulsion. L'un des jeux comporte des aubes

s'éterinant radialement vers l'intérieur et un anneau radia-

lerent extérieur cde support des aubes. L'autre jeu comporte des aubes s'étendant radialement vers l'extérieur et un

anneau radialement intérieur de support des aubes. Le sys-

tèr.e de propulsion à hélices comporte un moyen accouplé aux hélices avant et arrière afin d'en commander le pas. Le

dispositif de réglage de l'incidence des ailettes des héli-

ces est incorporé dans le système de manière à faire tourner automatiquement les ailettes suivant un angle prédéterminé lors de la défaillance du moyen de commande au pas. Le moyen

de réglage d'incidence comporte un premier anneau intercon-

nectant les ailettes de l'hélice avant et un second anneau interconnectant les ailettes de l'hélice arrière de manière à effectuer un changement simultané du pas oe chacune des ailettes. Une multitude de contrepoids est accouplée à chaque anneau pour rotation avec lui autour d'un axe de l'hélice correspondante. Chaque contrepoids peut tourner autour d'un axe de rotation, axe qui tourne autour de l'axe de rotation - 3- de l'hélice. Les contrepoids tournent ainsi dans une direction qui provoque leur déplacement radial maximum par rapport à l'axe de l'hélice, avec une énergie motrice nmaxinum par kilogramme de contrepoids. Un mécanisme accouple les contrepoids aux ailettes de l'hélice, les entraînant ainsi jusqu'à une position correspondant à un pas déterminé par mouvement, dans un mode de réalisation, de l'anneau d'interconnexion lorsque les contrepoids se déplacent, sous l'effet du champ centrifuge, vers l'extérieur de l'axe de l'hélice. Dans un mode de réalisation, les axes de rotation des contrepoids sont parallèles à l'axe de l'hélice et les

contrepoids ne peuvent tourner que oans un plan perpendicu-

laire à l'aXe de l'hélice. Dans un autre mode de réalisa-

tion, les axes de rotation des contrepoids passent par les tangentes à un cercle entourant l'axe de l'hélice dans un plan perpendiculaire à cet axe. Cependant, les contrepoids, dans ce mode de réalisation ne peuvent tourner que dans un plan parallèle à l'axe de l'hélice et renfermant cet axe; les deux modes de réalisation provoquent un déplacement

radial maximum par rapport aux dispositifs de l'art anté-

rieur et comportent des contrepoids plus légers pour le meme couple. Dans le premier mode de réalisation de l'invention, on prévoit un mécanisme qui relie les contrepoids à l'anneau

d'interconnexion et l'anneau d'interconnexion aux ailettes.

Ce dispositif comporte un moyen ce support reliant les contrepoids à l'anneau radialement extérieur de support des aubes de l'un des étages de la turbine. Un levier est monté en pivotement à son point intermédiaire sur le moyen de support et l'un des contrepoids correspondants est fixé à une extrémité du levier. L'autre extrémité du levier est fixée en pivotement à l'anneau d'interconnexion, d'o il résulte que la rotation du contrepoids autour du support a pour effet que les pièces sont entraînées vers cet anneau pour provoquer la rotation autour de l'axe de l'hélice et changer le pas de ses ailettes. Dans le second mode de réalisation, un élément -4- tubulaire comportant des dents d'engrenage à chaque extrémité et des contrepoids fixés à sa surface extérieure est

incorporé à titre de partie de l'anneau d'interconnexion.

Un ensemble à engrenages est accouplé à chacune des ailettes de l'hélice et est disposé de manière à effectuer le changement du pas des ailettes. L'un des engrenages de l'ensemble est destiné à être en prise motrice avec les dents de l'engrenage de l'élément tubulaire. L'élément tubulaire s'étend entre ensembles à engrenages contigus afin de les interconnecter et d'effectuer le changement du pas lorsque le

contrepoids provoque la rotation de l'élément tubulaire.

La description qui va suivre se réfère aux figures

annexées qui représentent respectivement: figure 1, un avion comportant un moteur à turbine à gaz avec des hélices avant et arrière contrarotatives; figure 2, une vue partielle en coupe de l'une des

hélices de la figure 2.

figure 3, une représentation schématique d'un mécanisme typique Qe l'art antérieur limitant le pas pour une hélice à ailettes multiples; figure 4, les angles du pas d'une ailette; figures 5-8, le comportement, plus en détail, du dispositif de l'art antérieur représenté en figure 1;

1 figure 9, une représentation schématique du fonc-

tionnement de la présente invention;

figure 10, une vue partielle en coupe d'un dispo-

sitif et d'un mécanisme pour la commande du pas dans un mode de réalisation de la présente invention; figure 11, une courbe de l'amplitude du vecteur 84 de la figure 8 en fonction de l'angle 0; figure 12, une courbe du couple produit par un dispositif typique de commande du pas de l'art antérieur; figure 13, une courbe du couple produit dans le

dispositif de la présente invention en fonction de la posi-

tion des contrepoids; -5- figures 14 et 14A, des diagrammes vectoriels

représentant sous une forme différente le couple des dispo-

sitifs de commande du pas de l'art antérieur;

figure 15 et I5A, des diagrammes vectoriels repré-

sentant dans la même forme qu'en figures 14 et 14A le couple produit par le dispositif de la présente invention; figure 16, une vue partielle en coupe du système de propulsion employant un second mode de réalisation de la présente invention; figure 17, une vue en coupe prise le long de la ligne A-A de la figure 16; figure 18, une représentation schématique des forces d'un dispositif à contrepoids de l'art antérieur pour le réglage d'incidence des ailettes; figure 19, une représentation schématique des

forces dans un dispositif de réglage d'incidence des ailet-

tes selon la présente invention et; figure 20, le couple produit par les dispositifs des figures 17 et 18 par rapport à celui développé par une

ailette.

La figure 1 représente un avion 10 comportant des moteurs 12 à turbine à gaz montés à l'arrière. Les moteurs 12 entraînent chacun une hélice avant 14A et une hélice arrière 14AR qui tournent dans des directions opposées autour de leur

axe 16.

La figure 2 illustre le système de propulsion par moteur de la figure 1 avec davantage de détails. A gauche se trouve le moteur 18 -à turbine à gaz, tel que le moteur du type F404 fabriqué par la demanderesse. Aux fins de la présente invention, on -peut considérer le moteur 18 comme un générateur de gaz qui produit un courant gazeux 20 de haute

énergie et fournit le courant gazeux à un étage de propul-

sion 22.

L'étage de propulsion 22 extrait directement l'énergie du courant gazeux 20, au moyen d'un jeu d'aubes de

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-6- turbine tournant dans des directions opposées à faible vitesse. (Il s'agit là d'une différence par rapport à la solution courante dans laquelle on utilise une turbine à haute vitesse dont la vitesse est diminuée sur le trajet jusqu'à une hélice par une boîte de vitesse réductrice). Un premier jeu d'aubes 24 extrait l'énergie du courant gazeux 20 et fait tourner l'hélice avant 14AV. Un second jeu d'aubes 26 fait tourner l'hélice arrière 14AR mais dans une direction opposée à celle de l'hélice avant. Des roulements 28 supportent les jeux d'aubes et les hélices et permettent

cette rotation dans des directions opposées.

Un mécanisme 30 de changement du pas des hélices

14AV et 14AR est représenté schématiquement. Il est souhai-

table de commander le mécanisme 30 de façon que le pas des

hélices soit correct dans les conditions présentes du fonc-

tionnement de l'avion.

Divers moniteurs sont placés dans le moteur 18 dont des détecteurs 32, 34 qui fournissent des signaux

représentatifs de la pression des gaz (P2, P46) et un détec-

teur 36 qui fournit des signaux représentatifs de la tempé-

rature de l'air d'admission. Le signal P2 (pression de l'air d'admission) et le signal P46 (pression de l'air sortant du moteur 18) servent à indiquer le rapport des pressions du moteur. Comme ce rapport est donné par le rapport P46/P2, on remarquera que pour une valeur constante de P2, le rapport peut être obtenu directement à partir d'une mesure de P46. La vitesse des rotors est également détectée par un moniteur 38 et est fournie comme signal de commande à partir du moteur 18. Ces détecteurs ainsi que d'autres non représentés sont bien connus dans la technique des moteurs. Un système de commande pour un moteur tel que le moteur 18 fait l'objet du brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 4 242 864, dont la

description est incorporée ici à titre de référence.

En outre, il est souhaitable de conférer suffisam-

ment d'énergie au courant gazeux 20 pour provoquer la rota-

- 7 - tion des hélices 14AV et 14AR à une vitesse et un angle sélectionné du pas et permettre un tel fonctionnement, ou, plus spécifiquement, satisfaire la demande du pilote en

matière de poussée du moteur. Un exemple de commande d'hé-

lice d'avion pour une hélice entraînée par un moteur à

turbine à gaz est donné dans la demande de brevet des Etats-

Unis d'Amérique n0 902 231, dont la description est incor-

porée ici à titre de référence.

La figure 3 illustre une hélice 40 d'avion et la figure 4 est une vue en bout des ailettes 42 de l'hélice 40, vue prise dans le sens de la flèche 44. Lorsque le pas, représenté par e, de l'ailette de la figure 4 passe de la position 46 à la position 48, la traînée de l'avion due à l'hélice dont on règle l'incidence des ailettes diminue, ce qui a pour effet de rendre souhaitable le déplacement de l'ailette jusqu'à la position 48. La position 48 est souvent

appelée position de réglage total de l'incidence des ailet-

tes ou position de mise en drapeau.

La figure 5 représente schématiquement une paire de poids 50 et 52 formant un haltère 54. On a également représenté en 50A et 52A les poids après qu'ils aient subi un mouvement de rotation. (Les poids sont en réalité enfermés dans le moyeu 56 de l'hélice, mais sont représentés à l'extérieur de ce moyeu pour faciliter l'explication). Les poids sont fixés à l'ailette 42 de l'hélice et la force centrifuge provoque leur rotation suivant un angles entre les positions 50 et 52 représentées en hachures et les positions A et 52A non hachurées, ce qui entraîne la rotation de l'ailette 42 jusqu'à la position de mise en drapeau 48 de la figure 4. On expliquera, en liaison avec les figures 5 à 8, la raison de cette rotation. On notera que pour cet exemple de l'art antérieur, la rotation Odes poids et l'angle a du

changement du pas de l'ailette sont les mêmes.

La figure 5 représente les deux positions que l'haltère 54 peut occuper. La rotation de l'hélice autour de - 8 -

l'axe 58 en figures 3 et 5 est représentée par la flèche 60.

et l'haltère 54 tourne en même temps que les ailettes de l'hélice. L'haltère 54 tourne aussi autour d'un second axe 62 représenté également en figure 3. Cette dernière rotation provoque le changement du pas des ailettes de l'hélice. On expliquera maintenant, en liaison avec les figures 6 et 7, la façon avec laquelle la force centrifuge agit pour provoquer le changement du pas (c'est-à-dire la rotation représentée par la flèche 64 en figure 5). (Comme représenté en figure 5, l'haltère 54 est réellement dans une position d'équilibre instable, n'ayant aucune tendance théorique à tourner. On

l'explique mieux quatre paragraphes plus loin).

La figure 6 représdente quatre plans géométriques.

Les plans 66 et 68 sont parallèles et sont définis par les cercles 70 et 72 dans lesquels le poids 50 tourne. Les deux plans 66 et 68 sont représentatifs d'une famille infinie de plans parallèles de cette sorte décrits par les cercles 70 et 72. Un troisième plan 74 est perpendiculaire aux plans 66 et 68, et contient l'axe 62. Le plan 74 contient également l'haltère 54 des figures 5 et 6 qui correspond à l'haltère 54

de la figure 3.

Un quatrième plan 76 contient l'haltère 54A quand elle se trouve dans la position de rotation représentée en figures 5 et 6. Un point clé qu'il y a lieu de noter ici est que, en général, tout vecteur de la force centrifuge agit suivant le rayon du cercle (par exemple du cercle 70) que le poids tournant 50 décrit. Deux vecteurs de cette sorte sont représentés par les flèches 78 et 80. Le vecteur de la force centrifuge agissant sur le poids 50, lorsqu'il se trouve dans le plan 76, est représenté par le vecteur 78. Le vecteur 78 est contenu dans le plan de rotation 68 défini par le cercle 72. Le vecteur 78 est également représenté en figure 7, mais décomposé en ses deux composantes 82 et 84. Le plan 76 après rotation est également représenté en figure 7, comme l'est le

plan de rotation 68.

-9-

La composante 82 est parallèle à l'axe 62, égale-

ment représenté en figures 5 et 6, et par conséquent ne provoque aucune rotation de l'haltère dans la direction de la flèche 64 en figure 5. Plus précisément, la composante 82 ne contribue en rien au changement du pas. Cependant, la composante 84 est perpendiculaire au plan 74 en figures 5 et 6, et par conséquent provoque la rotation indiquée par la

flèche 64 en figure 5. Par conséquent, cette dernière compo-

sante 84 provoque la rotation de l'haltère entre la position en hachures 54 de la figure 8 et la position représentée par 54A. Cette dernière position est contenue dans le plan 86, qui constitue un plan de la famille de plans représentée par

les plans 66 et 68 en figure 6.

Lorsque l'haltère 54 de la figure 3 est correcte-

ment lié à l'ailette 42 de l'hélice, la rotation venant d'être décrite, qui est provoquée par la force centrifuge, entraînera le mouvement de l'ailette de la position 46 à la position 48 en figure 4. On doit naturellement comprendre que, dans la pratique réelle, l'haltère 54 ne démarrera pas exactement dans le plan 74 des figures 5 et 6. La raison en est que, lorsque la décomposition vectorielle de la figure 7

est appliquée à un cas de ce type, la composante 84 provo-

quant la rotation tend vers zéro. Ainsi, en théorie, aucune rotation 64 en figure 5 n'est provoquée lorsque l'haltère 54 est contenu exactement dans le plan 74. Par conséquent, en pratique, il est probablement souhaitable de faire démarrer

l'haltère 54 dans une position plus proche de celle repré-

sentée par l'haltère 64A en figure 5, c'est-a-dire en dehors

du plan 74.

Un problème soulevé par la solution de l'art antérieur venant d'être décrite est que le travail fait par le poids 50 en figures 5 et 6 pendant la rotation entre la position initiale théorique. 54 représentée en figure 8 et la position finale 54A est donné par la relation: W =/F.dl,

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o W est le travail, F la force centrifuge, et dl est la dérivée prise le long du trajet suivi par le poids 50. En d'autres termes, le travail W est fonction de la différence

entre le rayon 88 et le rayon 90 en figure 8. Cette diffé-

rence de rayon a, en général, une faible valeur. La figure 9 illustre schématiquement une forme de réalisation de la présente invention, dans laquelle un poids

92 accouplé à un jeu d'engrenages 94 fait tourner une ai-

lette 42 d'hélice dans la position de mise en drapeau repré-.

sentée par l'ailette en tirets 96. La rotation du poids 92 jusqu'à la position 92A représentée en tirets est provoquée

par la force centrifuge, car l'ailette 42, le jeu d'engre-

nages 94 et le poids 92 tournent tous autour de l'axe 58 comme cela est représenté par les flèches 98. Le poids 92 tourne dans l'un, et l'un seulement, des plans 66 ou 68 en figure 6. Le poids 92 en figure 9 ne décrit pas des cercles successifs tels que 70 et 72 en figure 6 comme dans le cas du poids 50 de l'art antérieur. Une forme plus complexe de la présente invention est représentée en figure 10. On notera que la rotation angulaireO du poids 92 n'est pas la même que

l'angle a du pas de l'ailette.

Dans cette figure, le poids 92 (près du c6té droit de la figure) est supporté par une manivelle 100 qui pivote autour d'un axe 102 situé dans un élément 103 de support de contrepoids. L'élément de support 103 est fixé à un anneau extérieur 105 de support d'ailette, qui tourne avec les ailettes 14 autour de l'axe 16 de l'hélice. Un moyeu 104 correspond en gros au moyeu 56 de la figure 3. La partie 42 d'une ailette est représentée et l'ailette tourne autour d'un axe 62 comme représenté par la flèche 98. Cette rotation provoque le changement du pas de l'ailette 42. Un levier 106 est connecté à l'ailette 42, et aussi à un joint sphérique 108 connecté par une biellette 110 à un bossage 112 d'un anneau d'interconnexion 114. L'anneau 114 est connecté par une autre biellette à la manivelle 100. la force centrifuge

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représentée par la flèche 118 a tendance à faire tourner le poids 92 jusqu'à la position en tirets 92A. La rotation jusqu'à la position 92A entraîne le bossage 112 de l'anneau 114 jusqu'a la position 112A, d'o l'entraînement du levier 106 de l'hélice jusqu'à la position 106A. C'est ainsi qu'un

changement du pas est provoqué.

Ce changement du pas est souhaitable dans le cas o il se produit un mauvais fonctionnement dans le dispositif de commande de changement du pas, lequel est un piston hydraulique ou pneumatique commandant le pas de l'hélice en changeant la position de l'anneau d'interconnexion 114 comme cela est représenté par les positions 122 et 122A. En cas de

mauvais fonctionnement, le poids 92 prend le relais et en-

traîne l'ailette 42 jusqu'à la position de misé -en drapeau

que l'on a discutée en liaison avec la figure 4.

Lorsque le piston 120 entraîne l'ailette 42 jusqu'à la position d'inversion de la poussée, par exemple lors de l'atterrissage de l'avion, le poids 92 est entraîné par le piston 120 jusqu'a la position 92B, à l'encontre du vecteur

118 de la force centrifuge.

On peut mettre-en contraste la présente invention avec la solution de l'art antérieur que l'on a décrite ci-dessus, de la manière suivante. La figure 11 est une

courbe de l'amplitude du vecteur 84 de la figure 7 en fonc-

tion de l'angle de rotation o du contrepoids, angle qui est égal à l'angle a du pas de l'ailette dans cet exemple. En figure 11, on a donné au vecteur 84 une valeur arbitraire maximum de 100 unités. L'expression V84 = V78 sin 0 dans la figure est valable car les triangles A B C en figure 6 et B D E en figure 7 sont des triangles semblables. La distance 124 en figure 6 fait partie du triangle A B C. Il s'agit de la branche B C. En figure 7, la distance 124 est: distance 126 (D126) x sin-. On suppose que D126 a une longueur unitaire. Ainsi BC/DE = D126/V78 et V84 = V78 sin. À

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Le couple T que le vecteur 84 applique. autour de l'axe 62 en figure 7 est le produit croisé entre V84 et le bras du moment indiqué par le vecteur 126 en figure 7. Le vecteur du couple est représenté par le vecteur 128. 1.1 est perpendiculaire au plan 76 et, naturellement, au vecteur 126. Avec la géométrie représentée en figure 7, et en supposant que la longueur 126 est égale à l'unité, le couple T devient égal à V84 cos 0 comme cela est illustré en figure 12. Dans la figure on a.également indiqué les expressions équivalentes pour le couple. La demanderesse fait remarquer que le couple a une pointe lorsque 0 est égal à 450, et le couple de pointe est la moitié de l'amplitude de pointe du vecteur 84 en figure 11. On le comprend facilement en examinant

l'expression 1/2 V78 sin 20 en figure 12. Par consé-

quent, la réalisation de l'art antérieur, en déplaçant l'haltère suivant un certain trajet pour obtenir la course la plus grande des poids, course allant de la position 54 à la position 54A, présente la caractéristique du couple en fonction de l'angle qui est représentée en figure 12. Le couple est nul ou voisin de zéro lorsque l'haltère se trouve

à la position 54 de la figure 8 ou très près de cette posi-

tion, le couple a sa valeur de pointe lorsque l'angle 0 en figure 6 est égal à 45 , et le couple diminue alors de nouveau jusqu'à une valeur nulle ou proche de zéro lorsque

l'haltère atteint la position 54A en figure 8.

Par contraste avec ce qui précède, la présente invention a la caractéristique du couple représentée en figure 13. L'angle 0 est défini comme en figure 9 et, comme l'angle 0 de l'art antérieur en figure 6, est tel que le

poids 92 en figure 9, dans le but de suivre un trajet four-

nissant un travail maximum, démarre à 0 = 0 et se déplace jusqu'àO = 1800. (Le poids en tirets 92A se trouve à o = ). La courbe du couple avec une expression algébrique correspondante fait l'objet de la figure 13. V188 se réfère au vecteur 128 en figure 9. On remarquera que le vecteur 128

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en figure 9 est analogue au vecteur 84 de la figure 7 en ce sens que les deux vecteurs représentent le vecteur de la force centrifuge déplaçant le poids 50 ou 92. Cependant, le couple de la présente invention n'est pas réduit par un facteur cos 0 comme représenté en figure 12. Ainsi, la présente invention fait une utilisation plus complète de la

force disponible dans le vecteur 128 en figure 9.

On remarquera que la solution de l'art antérieur, figure 6, donne un angle 0 qui n'est compris qu'entre 0 et 90 , comme cela est représenté en figure 12. Par contraste, la présente invention permet de faire varier l'angle 0 du contrepoids de 0 à 180 , comme représenté en figure 13, alors que l'anglea du pas de l'ailette peut lui-même varier entre 0 et 90 . On peut obtenir d'autres relations angulaires par

sélection des engrenages et des valeurs des biellettes.

Dans la discution précédente, on a calculé le couple en fonction des vecteurs de la force centrifuge V84 en figure 12 et V128 en figure 13. Cependant, comme ces vecteurs ne restent pas constants, mais changent avec la position du poids, on calculera maintenant les couples en fonction de variables différentes, à savoir de paramètres physiques. On calcule le couple dans la solution de l'art antérieur, figures 3 à 8, avec la suite suivante d'équations dans lesquelles: FC est la force centrifuge, m est la masse du contrepoids W, R est la distance entre le poids et l'axe de rotation, axe y en figure 14, r est la distance entre le poids 52 et l'axe z en figure 14, qui est l'axe 62 en figure 7, a est l'angle qui, en fonction du système de coordonnées choisi peut être égal à Q en figure 9. On considère quea est l'angle du pas des ailettes en figure 4 et que a est soit l'angle

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réel du pas, soit l'angle réel du pas plus ou

moins un nombre constant dépendant de l'orienta-

tion du poids 15 par rapport à l'ailette 42. Dans tous les cas, on peut considérer que a est le pas, B est un angle, également représenté en figure 6,

X est la vitesse angulaire de rotation de l'hé-

lice, en radians par seconde; Mz est le moment de la masse m autour de l'axe z. (1) FC = MR u2 par définition (2) Mz = (FC sin B) (r sin d) d'après la figure 14; également représenté en

figure 14A.

(3) r cos a = R sin S d'après la figure 14; (4) R = r cosa d'après l'équation 3 sinB (5) Mz (M 2 R in i) en portant l'équation (1) (r sinC>) dans l'équation (2) (6) M: (Mr cos<, 2 sir)* (rsin) -Din en portant l'équation (4) dans l'équation (5)

(7) d'o M M Mr2 cossw2 sin c -

(8) Mz - Mr2 sin 2XcJ2 2 identité trigonométrique portée dans l'équation (7) (9) d'o Mz - Mr2 sin 2"j2 La figure 14A représente les vecteurs concernés

remis en place, et indique le moment Mz.

On calcule le couple de la présente invention avec la suite suivante d'équations, qui se rapportent aux figures et 15A, et dans lesquelles: R1 est la distance réelle entre le poids et l'axe de rotation,

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R est la distance entre le centre 130, autour duquel le poids tourne, et l'axe de rotation et est' une constante (le centre 130 est sur l'axe 102 en figure 9), 'y est l'angle entre la manivelle de longueur r et une référence, à savoir l'axe z, et les autres symboles s'expliquent d'euxmêmes. Comme pour la

figure 14A, la figure 15A indique les deux vec-

teurs concernés sous une nouvelle forme.

(10) T = LF définition du couple en figure 15 (11) f = mR R2 par définition (12) R = R-r cosY d'après la figure 15 (13) F = m(R-r cos')w2 équation (12) portée dans

(11)

(14) a = r sin 'Y d'après la figure 15 (15) Rsinn = L d'après la figure 15 (16) sin a -r sintY d'après la figure 15 et R1 R-r cosY d'après les équations (12) - et (14) (17) L = R (r sinY) combinaison des -équations Rr cos' (15) et (16) (18) T = R(r sin>) m(R-r cosg)zr2 R-r cos)' équations (17) et (13) portées dans (10)

2(19)T = mRrsin 2simplification de l'équa-

tion (18)

Comme on l'a indiqué ci-dessus, l'angle Oi de l'équa-

tion (2) est l'angle du pas des ailettes. Cet angle peut être lié àl'angle 'Y dans l'équation (19) en supposant un rapport spécifique dans la biellette 94 de la figure 9. En supposant un rapport de 2:1 (c'est-à- dire que l'engrenage 94B a un nombre de dents double de celui de l'engrenage 94A), alors:

- 16 -

(20) Y- 2C

En portant cette valeur dans l'équation. 19, et en divisant l'équation 19 par l'équation 9, on obtient: (21) ?T - 2RMz r Ainsi, le couple T de la présente invention est supérieur à celui de la solution de l'art antérieur suivant un facteur

égal à 2R/r.

On souligne ici que, dans les équations précédentes, on a supposé que la biellette 100 de la figure 10 (que l'on décrit comme ayant une longueur r en figure 15)n'avait pas de masse. Cependant, en réalité, la biellette aura une masse finie et il en résultera que le couple réel sera supérieur a

celui calculé dans les équations telles que l'équation 19.

Néanmoins, l'équation 19 calcule de façon valable la compo-

sante du couple total que l'on peut attribuer au poids 92 en

figures 9 et 10.

On vient de décrire une invention dans laquelle un poids 92 (figure 10) se déplace avec la rotation d'une ailette 42 d'une hélice d'avion, mais peut également tourner autour d'un axe 102 en cas de défaillance d'un piston 120 provoquant le changement du pas. Lors de la rotation autour de l'axe 102, le poids 92 reste dans un plan parallèle au plan de rotation de l'hélice. Le plan de rotation est celui défini par le cercle 98 en figure 9, et est parallèle aux plans 66 et 68 en figure 6. Une telle rotation provoque l'entraînement du poids jusqu'à la position en tirets 92A en figure 10, d'o le changement du pas de l'hélice 42 sous l'effet de la rotation du levier 106 jusqu'a la position 106A représentée en tirets. La rotation jusqu'à la position

16A représentée en tirets est provoquée par la force centri-

fuge. Le travail effectué par le poids 92 pendant la rota-

- 17 -

tion, et qui est disponible pour entraîner l'ailette 42 de

l'hélice jusqu'à la position de mise en drapeau, est l'inté-

grale. du produit de la force -centrifuge F et de la distance D1, ou W =JF.dl La distance intégrée est le changement du rayon AR en figure 10. Cette distance intégrée sera, en général, supérieure à la distance analogue pour le dispositif de l'art antérieur discuté ci-dessus, qui est la différence entre les distances 88 et 90 en figure 8. Dans un sens, la rotation représentée

par la flèche 64 en figure 5 du dispositif de l'art anté-

rieur et la rotation de la présente invention jusqu'à la position 92A en figure 9 sont semblables: les vecteurs 84 en figure 7 et 128 en figure 9 sont analogues. Mais, la présente invention permet d'obtenir un travail plus grand, pour des longueurs semblables du bras 124 en figure 9 par

rapport au bras 126 en figure 7.

La figure 16 représente sous forme schématique une autre forme de réalisation de l'invention, dans laquelle un contrepoids 136 accouplé à un jeu d'engrenages 138 provoque la rotation d'une ailette 42 d'hélice jusqu'à la position de mise en drapeau représentée par l'ailette en tirets 42A. La

rotation du contrepoids 136 jusqu'à la position 136A repré-

sentée en tirets est provoquée par la force centrifuge car l'ailette 42, le jeu d'engrenages 138 et le contrepoids 136 sont tous soumis à un mouvement de rotation autour de l'axe

16 de l'hélice 22.

Le contrepoids 136 est fixé à la surface extérieure d'un élément allongé 140. L'élément 140 est de préférence tubulaire comme cela est représenté mais pourrait être massif. L'élément 140 comprend des dents d'engrenage 142 formées sur chacune de ses extremités, de préférence à l'intérieur, qui sont en prise avec les dents de l'ensemble

à engrenages ou jeu d'engrenages 138. Dans ce mode de réali-

sation, l'élément tubulaire 140 fait partie de l'intercon-

- 18 -

nexion (anneau accouplant les ailettes individuelles 42 pour le changement simultané du pas. Les contrepoids 136 tournent dans la direction radiale de l'extérieur pour déplacer les ailettes 42 jusqu'à un angle désiré pour le pas/mise en drapeau. Comme la rotation s'effectue dans le plan radial, bien que dans un plan parallèle à l'axe 16 de l'hélice et contenant cet axe, l'analyse antérieure du couple produit reste applicable, permettant la réduction de la masse des

contrepoids par rapport à l'art antérieur. Plus particu-

lièrement, le dispositif de la figure 16 peut développer un couple égal à 14 fois celui d'un dispositif typique de l'art

antérieur. Par exemple, la figure 17 représente un disposi-

tif classique dans lequel le couple T est représenté par: 22.O To = W/2g ro sin 2,

o est la vitesse de l'hélice, g la constante de la pesan-

teur, r le rayon de rotation du contrepoids 144 (c'est-

O à-dire la distance entre l'axe de rotation 62 de l'ailette

et le centre de gravité du poids 144), W le poids du contre-

poids 136 et O l'angle entre le plan de rotation de l'hélice et le contrepoids. Par contraste, en liaison avec la figure 18, la présente invention telle qu'elle est représentée en figure 16 fournit un couple T représenté par: T - G! Rr#2sin E, g o G est le rapport des engrenages, R la distance entre l'axe de l'hélice et l'axe de rotation du contrepoids 136 et les autres termes ont la même définition que pour la figure 17. Si on divise le couple T par le couple T et simplifie o l'équation, on obtient: T G2RrsinQ To

TO rod sin -

Si on prend les valeurs suivantes pour une forme de réalisa-

tion d'un moteur à turbine à gaz non canalisé du type repré-

senté en figure 2, à savoir:

- 19 -

G = 2,363

R = 66,7 cm r = 3,7 cm O = 45 degrés r = 7,6 cm o alors T =14 T o Un avantage du mécanisme de la figure 16 est son aptitude à ajuster la position d'engagement entre les dents

d'engrenage de l'élément 140 et -le jeu d'engrenages 138.

Ainsi, on peut choisir la position de mise en drapeau à une certaine valeur prédéterminée de l'angle du pas qui n'est pas nulle. Par exemple, il peut être souhaitable d'entraîner l'ailette jusqu'à un angle auquel une certaine puissance peut être développée par le moteur même si on a perdu le contr8le du pas. Cela se comprendra mieux avec la figure 19 qui représente à la ligne 146 le profil du couple d'une ailette, c'est-à-dire la résistance opposée par le couple à la rotation d'une ailette dans sa plage de changement du pas par rapport au couple 148 produit par le contrepoids décrit en liaison avec les figues 16 à 18. Le couple net entre les lignes 146 et 148 montre que l'on peut obtenir une position 152 du pas de l'ailette en manipulant le dispositif de la présente invention sans placer l'ailette à l'une ou l'autre de ses positions extrêmes, c'està-dire à pas grossier et à pas fin

-'20 -

Claims (11)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de propulsion d'avion, caractérisé en ce qu'il comprend: un moteur à turbine à gaz (18) pour produire un courant gazeux (20) de haute énergie; un étage de propulsion accouplé au moteur, cet étage comprenant des premier et second jeux (24, 26) d'aubes

de turbine. entremêlées, tournant dans des directions oppo-

sées, entraînées par le courant gazeux, chacun des jeux d'aubes étant connecté fonctionnellement à des hélices avant

(14AV) et arrière (14AR) à ailettes multiples (42), s'éten-

dant radialement vers l'extérieur de l'étage de propulsion, l'un des jeux d'aubes ayant des aubes s'étendant radialement vers l'intérieur et un anneau radialement extérieur de support d'aube, l'autre jeu ayant des aubes s'étendant

radialement vers l'extérieur et un anneau radialement inté-

rieur de support d'aube; un moyen (30; 120) accouplé aux hélices avant et arrière pour en commander le pas; un moyen pour la mise en drapeau des ailettes des hélices afin de faire tourner automatiquement les ailettes jusqu'a un angle prédéterminé du pas en cas de défaillance du moyen de commande, ce moyen de mise en drapeau comprenant: un anneau (114) pour interconnecter les ailettes

(42) d'une hélice correspondante afin d'effectuer le change-

ment simultané du pas de chacune des ailettes;

une multitude de contrepoids (92) reliés à l'an-

neau d'interconnexion (114) pour rotation avec lui autour d'un axe de rotation (16) de l'une des hélices, chacun des contrepoids pouvant tourner autour d'un axe de rotation (102) rotatif autour de l'axe de rotation de l'hélice, et les contrepoids ne pouvant tourner que dans une direction qui provoque leur déplacement radial par rapport à l'axe de l'hélice; et un moyen (100) accouplé aux contrepoids pour

- 21 -

entraîner les ailettes de l'hélice jusqu'au pas prédéterminé

lorsque les contrepoids tournent radialement vers l'exté-

rieur de l'axe de l'hélice.

2. Dispositif selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que les axes (58)- de rotation des contrepoids sont parallèles à l'axe (16) de l'hélice, les contrepoids pouvant tourner seulement dans un plan perpendiculaire à

l'axe de l'hélice.

3. Dispositif selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que les axes de rotation des contrepoids se trouvent sur des tangentes à un cercle circonscrivant l'axe de l'hélice dans un plan perpendiculaire à cet axe, les contrepoids ne pouvant tourner que dans un plan parallèle à

l'axe de l'hélice et comprenant cet axe.

4. Dispositif selon la revendication 2, caracté-

risé en ce qu'il comprend une multitude de moyens pour

connecter en rotation les contrepoids à l'anneau d'intercon-

nexion (114).

5. Dispositif selon la revendication 3, caracté-

risé en ce qu'il comprend une multitude de moyens pour

connecter en rotation les contrepoids.i l'anneau d'intercon-

nexion (114).

6. Dispositif selon la revendication 4, caracté-

risé en ce que chacun des moyens de connexion comprend: un moyen de support (103) connecté à l'anneau radialement extérieur (105) de support des ailettes et pouvant tourner avec lui; un levier (100) monté en pivotement à un point intermédiaire sur le moyen de support, l'un des contrepoids correspondant étant fixé à une extrémité du levier, l'autre extrémité du levier étant fixée en pivotement à l'anneau d'interconnexion (114), d'o il résulte que la rotation du contrepoids autour du moyen de support confère une force à l'anneau d'interconnexion pour en provoquer la rotation autour de l'axe de l'hélice afin de modifier le pas de ses

- 22 -

ailettes.

7. Dispositif selon la revendication 5, caracté-

risé en ce que chacun des moyens de connexion comprend: un élément allongé (140) comportant des dents d'engrenage (142) à chacun de ses extrémités, l'un des contrepoids étant fixé à une surface de l'élément allongé; un ensemble à engrenages (138) accouplé à chacune des ailettes de l'hélice, cet ensemble étant disposé de manière à effectuer un changement du pas des ailettes et comportant au moins un engrenage destiné à une prise motrice avec les dents d'engrenage de l'élément allongé; et l'élément allongé s'étendant entre des ensembles à

engrenages adjacents pour les interconnecter afin d'effec-

tuer un changement du pas lorsque le contrepoids provoque la

rotation de l'élément allongé.

8. Dispositif selon la revendication 7, caracté-

risé en ce qu'il comprend un moyen pour modifier la position de l'élément allongé (140) par rapport audit engrenage afin

de sélectionner l'angle prédéterminé pour le pas.

9. Dispositif de mise en drapeau des ailettes d'une hélice d'avion, caractérisé en ce qu'il comprend: une hélice (22) ayant une multitude d'ailettes (42) connectées fonctionnellement pour rotation simultanée autour de l'axe de l'hélice, chacune des ailettes ayant une

racine et une partie formant un plan aérodynamique et pré-

sentant un axe de rotation qui s'étend entre la racine et passe par le plan aérodynamique; un moyen interconnectant la racine de chacune des ailettes pour provoquer une rotation angulaire commune et

simultanée de'toutes les ailettes autour de leur axe corres-

pondant; une multitude de contrepoids (92; 136) connectés en rotation au moyen d'interconnexion pour rotation avec lui autour de l'axe de l'ailette, chacun des contrepoids ayant un axe de rotation tournant autour de l'axe de l'hélice et

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se trouvant sur des tangentes à un cercle circonscrivant l'axe ce l'hélice dans un plan perpendiculaire à celui-ci,

chacun des contrepoids étant connecté pour rota-

tion autour d'un axe correspondant dans un mouvement de déplacement radial par rapport à l'axe de l'hélice; et un moyen accouplé aux contrepoids pour entraîner chacune des ailettes jusqu'a une position de mise en drapeau lorsque les contrepoids tournent radialement à l'extérieur

de l'axe de l'hélice.

10. Dispositif selon la revendication 9, caracté-

risé en ce que le moyen d'interconnexion comprend: un élément allongé (140) présentant des dents d'engrenage (142) à chacune de ses extrémités, l'un des contrepoids étant fixé à la surface de l'élément allongé; un ensemble à engrenage (138) accouplé à chacune des ailettes de l'hélice, cet ensemble étant disposé de manière à provoquer un changement du pas des ailettes et comportant au moins un engrenage destiné à être en prise motrice avec les dents d'engrenage de l'élément allongé, et l'élément allongé s'étendant entre des ensembles à engrenages contigus pour -les interconnecter afin d'effectuer un changement du pas lorsque le contrepoids provoque la

rotation de l'élément allongé.

11. Dispositif selon la revendication 10, carac-

térisé en ce qu'il comprend un moyen pour changer la posi-

tion de l'élément allongé par rapport audit engrenage afin

de sélectionner une valeur prédéterminée pour l'angle du pas.