FR2731795A1 - Banc d'essai pour rotors de giravions - Google Patents
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Abstract
Le banc comprend un moteur électrique (1) vertical dans un bâti en coque (4) portant une balance d'efforts (12) supportant elle-même soit un rotor principal en essai dynamique ou un ensemble propulsif complet avec rotor principal en essai d'endurance, soit une rehausse (14) supportant, d'une part, une ligne d'arbre supérieure (20) s'accouplant à une ligne d'arbre inférieure (19) supportée dans le bâti (4) et entraînée par le moteur (1), et, d'autre part, un mât rotor (17) à poussée inverse, entraînant un outil-moyeu (21) lié à des pales (22) montées inversées pour exercer une poussée vers le bas. Le mât (17) est relié à la ligne d'arbre (20) par un couplemètre et monté tournant dans un palier supporté par une seconde balance (16) fixée sur la rehausse (14). Le mât (17) et la ligne d'arbre supérieure (20) sont amovibles avec la rehausse (14) pour rendre le banc polyvalent. Application aux essais de performance, d'endurance et dynamique de rotors d'hélicoptères.
Description
"BANC D'ESSAI POUR ROTORS DE GIRAVIONS"
L'invention concerne un banc d'essai de performance, en particulier à échelle 1 et hors effet de sol, pour rotors de giravions, en particulier d'hélicoptères, et qui est de préférence également polyvalent en ce qu'il permet, sous réserve d'aménagements limités, aussi bien des essais d'endurance d'ensembles propulsifs complets et de leurs sous-ensembles, notamment des chaînes de puissance, que des essais de performance des rotors principaux d'hélicoptères, en particulier hors effet de sol et à l'échelle 1, et des essais de comportement dynamique des rotors, sustentateurs ou principaux comme auxiliaires ou anti-couple, transmissions, boîtes de transmissions principales ou auxiliaires, groupes moto-propulseurs, suspensions et ensembles associant plusieurs de ces composants, ainsi éventuellement que des essais de fonctionnement sur des équipements de rotor, tels qu'alternateurs, actionneurs, notamment de commandes de vol, freins rotor, pompes, ventilateurs, etc ...
L'invention concerne un banc d'essai de performance, en particulier à échelle 1 et hors effet de sol, pour rotors de giravions, en particulier d'hélicoptères, et qui est de préférence également polyvalent en ce qu'il permet, sous réserve d'aménagements limités, aussi bien des essais d'endurance d'ensembles propulsifs complets et de leurs sous-ensembles, notamment des chaînes de puissance, que des essais de performance des rotors principaux d'hélicoptères, en particulier hors effet de sol et à l'échelle 1, et des essais de comportement dynamique des rotors, sustentateurs ou principaux comme auxiliaires ou anti-couple, transmissions, boîtes de transmissions principales ou auxiliaires, groupes moto-propulseurs, suspensions et ensembles associant plusieurs de ces composants, ainsi éventuellement que des essais de fonctionnement sur des équipements de rotor, tels qu'alternateurs, actionneurs, notamment de commandes de vol, freins rotor, pompes, ventilateurs, etc ...
De préférence, le banc d'essai est aussi polyvalent en ce qu'il permet d'effectuer, également sous réserve d'aménagements limités, les essais précités sur des rotors de giravions de modeles différents, appartenant à des catégories différentes, par exemple des hélicoptères légers (d'une masse de 1,5 à 2 tonnes environ avec un rotor principal d'un diamètre de l'ordre de 10 m), des hélicoptères de moyen tonnage (masse de l'ordre de 4 à 5 tonnes, et rotor principal d'un diamètre de 12 à 13 m environ) et des hélicoptères lourds (masse de l'ordre de 8 à 10 tonnes et diamètre du rotor principal supérieur à 16 m par exemple).
Lorsqu'il est polyvalent, le banc d'essai de l'invention est notamment destiné à remplacer avantageusement les différents bancs d'endurance utilisés jusqu'à présent, dont chacun est propre à un modèle particulier d'hélicoptère, et qui ne permettent pas en outre les mesures de performance des rotors principaux à l'échelle 1. De plus, ces bancs d'endurance connus ont pour inconvénient supplémentaire que leur maintenance devient difficile et d'un coût trop élevé lorsque les essais de développement sur les modèles d'hélicoptère qui leur correspondent sont terminés.
Par ailleurs, on sait que la puissance consommée par un rotor principal d'hélicoptère en vol stationnaire est un paramètre prépondérant du dimensionnement de l'hélicoptère.
A ce jour, et sauf pour les petits rotors, seuls des essais en vol permettent d'accéder à la courbe puissanceportance en vol stationnaire hors effet de sol, avec cependant les notables limites suivantes : sécurité, précision des mesures, difficulté de la tenue de vol hors effet de sol (qui pose le problème de la reproductibilité des mesures), et difficulté de l'évaluation de la déportance du fuselage.
En complément aux essais en vol, il est nécessaire d'effectuer des mesures de performance sur des maquettes à petite échelle à l'aide de bancs d'essais équipés de balances, mais l'effet de taille peut être pénalisant.
Il existe des tours d'essais de performance et/ou d'analyse dynamique de rotors d'hélicoptère, les hauteurs de ces tours variant de l'ordre de 5 à 20 m.
FR-A-2 174 072 décrit une telle tour d'essai de rotor qui comprend une structure support verticale, une source d'énergie au pied de la tour et qui entraîne un arbre d'entraînement sensiblement vertical, portant à son extrémité supérieure un moyeu et des pales de rotor, la tour comportant des commandes de pas cyclique et collectif des pales, ainsi que des appareils de mesures donnant en permanence des indications et mesures relatives à de nombreux paramètres, notamment les efforts et moments s'exerçant sur les pales, le moyeu, l'arbre du rotor ainsi que sur les commandes de pas sur toutes les plages de pas collectif et cyclique.Mais les tours de hauteur limitée (entre 5 et 10 m) ne permettent que des essais de performance dans l'effet de sol, même pour les rotors de petit diamètre, alors que les tours de grande hauteur (environ 20 m) ne permettent pas des essais de performance hors effet de sol sur des rotors de diamètre supérieur à environ 10 m.
On connait également des bancs d'endurance aménagés pour effectuer une partie des analyses dynamiques et mesures de performance nécessaires, mais qui ne remédient pas aux inconvénients précités.
On connait enfin des bancs d'équilibrage, équipés d'un moteur électrique entraînant en rotation un moyeu, non représentatif d'un moyeu d'hélicoptère, et auquel sont fixées par exemple trois pales, dont on effectue un équilibrage simultané.
Un premier but de l'invention est de proposer un banc d'essai permettant la mesure de performance des pales d'un rotor principal en vol stationnaire hors effet de sol tout en étant d'une hauteur très inférieure à la hauteur minimale théorique égale au double du diamètre du rotor en essai et admise pour les tours d'essai de performance.
Un autre but de l'invention est de proposer un banc d'essai polyvalent remédiant aux inconvénients des tours d'essai et bancs d'endurance connus, et permettant d'effectuer les différents essais précités, et en particulier des essais de comportement dynamique, d'endurance et de performance à échelle 1 des rotors, pour des hélicoptères de différentes catégories.
Un autre but encore de l'invention est de proposer un banc d'essai rassemblant des moyens d'essai nécessaires à l'acquisition de données au sol sur le fonctionnement des rotors principaux en vol stationnaire, et permettant des mesures de performance ainsi que l'analyse dynamique des rotors. Par analyse dynamique, il faut comprendre non seulement les mesures classiques, effectuées sur rotor tournant, des charges dynamiques sur les pales, le moyeu et la chaîne de commande (actionneurs de commande de vol, plateaux cycliques et bielles de commande de pas, par exemple) du rotor, mais également l'un ou plusieurs des points suivants
- le diagramme de fréquence, c'est-à-dire la détermination de la position, par rapport au régime de rotation et ses multiples, des fréquences propres des pales aux différents régimes de rotation (montée en régime, régime nominal, régime maximal) et pour les différents mouvements de la pale, en battement, traînée et pas, ce diagramme de fréquence étant l'une des composantes principales de l'optimisation dynamique d'un rotor d'hélicoptère,
- l'analyse de la stabilité du rotor (pales et moyeu) isolé, par mesure des amortissements des différents modes, notamment amortissement de traînée,
- l'analyse de la stabilité de l'ensemble rotorchaîne de puissance, et
- d'autres besoins, tels que la mise au point dynamique de nouveaux moyeux ou rotors, par exemples des moyeux rigides et des rotors avec liaisons interpales.
- le diagramme de fréquence, c'est-à-dire la détermination de la position, par rapport au régime de rotation et ses multiples, des fréquences propres des pales aux différents régimes de rotation (montée en régime, régime nominal, régime maximal) et pour les différents mouvements de la pale, en battement, traînée et pas, ce diagramme de fréquence étant l'une des composantes principales de l'optimisation dynamique d'un rotor d'hélicoptère,
- l'analyse de la stabilité du rotor (pales et moyeu) isolé, par mesure des amortissements des différents modes, notamment amortissement de traînée,
- l'analyse de la stabilité de l'ensemble rotorchaîne de puissance, et
- d'autres besoins, tels que la mise au point dynamique de nouveaux moyeux ou rotors, par exemples des moyeux rigides et des rotors avec liaisons interpales.
Dans le but de répondre aux différents besoins d'essais sur les différentes classes de giravions, et en particulier d'hélicoptères, l'invention propose un banc d'essai de rotor qui est facilement adaptable et permet de réaliser à l'échelle 1 différents types d'essais, dans trois configurations différentes
- configuration d'essai dynamique, dans laquelle un rotor principal, seul ou avec des commandes de vol, est monté sur le banc et entraîné par un moteur électrique du banc en étant soumis à des excitations multicycliques, par exemple à l'aide de vérins électriques ou électrohydrauliques de servocommande excitant les commandes de vol du rotor principal, pour l'étude de son comportement dynamique,
- configuration d'essai d'endurance, dans laquelle peut être monté sur le banc un ensemble propulsif complet, comportant un rotor principal et un rotor arrière, entraînés par au moins un groupe motopropulseur, de préférence un groupe turbomoteur, relié aux rotors par une boîte de transmission principale et une boîte de transmission arrière et par les transmissions correspondantes, l'ensemble propulsif complet étant soumis à des cycles de fonctionnement et d'efforts répétés, au niveau des composants précités de l'ensemble propulsif et/ou des commandes de vol des deux rotors ainsi que d'équipements divers tels que pompes, alternateurs, freins rotor, et surtout
- configuration d'essai de performance, dans laquelle un rotor principal est monté sur le banc et constitué de pales entrainées par un outil-moyeu spécifique au modèle de rotor en essai, et permettant un montage inversé des pales, de sorte que, lorsqu'il est entraîné par le moteur électrique du banc, le rotor fonctionne en mode inversé, et délivre une poussée vers le bas, pour permettre de mesurer avec précision les performances et caractéristiques aérodynamiques pures, hors effet de sol, du rotor principal à échelle 1.
- configuration d'essai dynamique, dans laquelle un rotor principal, seul ou avec des commandes de vol, est monté sur le banc et entraîné par un moteur électrique du banc en étant soumis à des excitations multicycliques, par exemple à l'aide de vérins électriques ou électrohydrauliques de servocommande excitant les commandes de vol du rotor principal, pour l'étude de son comportement dynamique,
- configuration d'essai d'endurance, dans laquelle peut être monté sur le banc un ensemble propulsif complet, comportant un rotor principal et un rotor arrière, entraînés par au moins un groupe motopropulseur, de préférence un groupe turbomoteur, relié aux rotors par une boîte de transmission principale et une boîte de transmission arrière et par les transmissions correspondantes, l'ensemble propulsif complet étant soumis à des cycles de fonctionnement et d'efforts répétés, au niveau des composants précités de l'ensemble propulsif et/ou des commandes de vol des deux rotors ainsi que d'équipements divers tels que pompes, alternateurs, freins rotor, et surtout
- configuration d'essai de performance, dans laquelle un rotor principal est monté sur le banc et constitué de pales entrainées par un outil-moyeu spécifique au modèle de rotor en essai, et permettant un montage inversé des pales, de sorte que, lorsqu'il est entraîné par le moteur électrique du banc, le rotor fonctionne en mode inversé, et délivre une poussée vers le bas, pour permettre de mesurer avec précision les performances et caractéristiques aérodynamiques pures, hors effet de sol, du rotor principal à échelle 1.
A l'effet principal de permettre des essais de performance en vol stationnaire à échelle 1 et hors effet de sol, le banc se caractérise en ce qu'il comprend
- un moteur électrique à axe sensiblement vertical, ancré dans un massif de fondation sur une aire d'essai sensiblement horizontale, et destiné à entraîner au moins des pales d'un rotor principal au moins en configuration d'essai de performance,
- un bâti mécanique principal, à structure de coque abritant le moteur électrique, et également ancré dans le massif de fondation,
- une transmission, comprenant au moins une ligne d'arbre inférieure au-dessus du moteur électrique et entraînée en rotation par ce dernier, et supportée par le bâti principal en étant guidée dans ce dernier en alignement et dans le prolongement de l'arbre de sortie du moteur électrique,
- un interface de mesure du torseur d'efforts généré par au moins lesdites pales du rotor principal au moins en configuration d'essai de performance, ledit interface comprenant une balance principale supportée par le bâti principal,
- une. rehausse de bâti, également à structure de coque, de forme convergente vers le haut, et montée sur la balance principale en configuration d'essai de performance des pales d'un rotor principal,
- au moins une ligne d'arbre supérieure de la transmission, supportée et guidée dans la rehausse de sorte à être entraînée en rotation par la ligne d'arbre inférieure dans le prolongement de laquelle ladite ligne d'arbre supérieure se raccorde par des moyens d'accouplement,
- un mât rotor principal à poussée inverse, équipé de moyens de commande du pas des pales, et monté sur la rehausse de sorte à prolonger ladite ligne d'arbre supérieure en étant solidaire en rotation de cette dernière, et constituant un interface d'entraînement en rotation d'au moins un outil-moyeu de rotor à poussée inverse, destiné à supporter lesdites pales de rotor principal à pas variable inversées, en présentant leur surface d'extrados vers le sol, de sorte que par l'entraînement desdites pales par le moteur électrique dans le sens de rotation contraire au sens normal de rotation desdites pales, une poussée est excercée vers le bas sur le mât rotor principal à poussée inverse, en configuration d'essai de performance des pales.
- un moteur électrique à axe sensiblement vertical, ancré dans un massif de fondation sur une aire d'essai sensiblement horizontale, et destiné à entraîner au moins des pales d'un rotor principal au moins en configuration d'essai de performance,
- un bâti mécanique principal, à structure de coque abritant le moteur électrique, et également ancré dans le massif de fondation,
- une transmission, comprenant au moins une ligne d'arbre inférieure au-dessus du moteur électrique et entraînée en rotation par ce dernier, et supportée par le bâti principal en étant guidée dans ce dernier en alignement et dans le prolongement de l'arbre de sortie du moteur électrique,
- un interface de mesure du torseur d'efforts généré par au moins lesdites pales du rotor principal au moins en configuration d'essai de performance, ledit interface comprenant une balance principale supportée par le bâti principal,
- une. rehausse de bâti, également à structure de coque, de forme convergente vers le haut, et montée sur la balance principale en configuration d'essai de performance des pales d'un rotor principal,
- au moins une ligne d'arbre supérieure de la transmission, supportée et guidée dans la rehausse de sorte à être entraînée en rotation par la ligne d'arbre inférieure dans le prolongement de laquelle ladite ligne d'arbre supérieure se raccorde par des moyens d'accouplement,
- un mât rotor principal à poussée inverse, équipé de moyens de commande du pas des pales, et monté sur la rehausse de sorte à prolonger ladite ligne d'arbre supérieure en étant solidaire en rotation de cette dernière, et constituant un interface d'entraînement en rotation d'au moins un outil-moyeu de rotor à poussée inverse, destiné à supporter lesdites pales de rotor principal à pas variable inversées, en présentant leur surface d'extrados vers le sol, de sorte que par l'entraînement desdites pales par le moteur électrique dans le sens de rotation contraire au sens normal de rotation desdites pales, une poussée est excercée vers le bas sur le mât rotor principal à poussée inverse, en configuration d'essai de performance des pales.
Avantageusement, le mât à poussée inverse est accouplé en rotation à la ligne d'arbre supérieure par l'intermédiaire d'un interface de mesure de la puissance d'entraînement comprenant un couplemètre.
Dans une forme avantageusement simple de réalisation, ce couplemètre est un tronçon d'arbre tubulaire monté solidaire en rotation autour de la base dudit mât à poussée inverse et présentant une partie axiale amincie équipée de jauges de contraintes.
Pour établir avec précision la courbe puissanceportance des pales du rotor principal, le mât à poussée inverse est avantageusement monté en rotation et supporté sur un interface de mesure de la poussée axiale desdites pales de rotor principal en essai de performance, ledit interface comprenant une seconde balance supportée par la rehausse, et qui est une balance de précision.
La seconde balance comprend deux plateaux rigides, annulaires, plats et sensiblement horizontaux, dont l'un est un plateau inférieur fixé sur le sommet de la rehausse, et l'autre un plateau supérieur supportant un palier de rotation du mât à poussée inverse, et entre lesquels sont de préférence placés, à 1200 l'un de l'autre, trois capteurs unidirectionnels à jauges de contraintes.
Grâce aux deux balances et au couplemètre, le banc d'essai de l'invention permet de mesurer l'effort et la puissance au mât rotor sur une plage de portance importante, y compris dans des conditions de "vol stationnaire" au banc hors effet de sol, et sans que le centre du rotor soit à une hauteur supérieure à la hauteur minimale théorique de deux fois le diamètre du rotor pour être hors effet de sol, du fait de la poussée inversée délivrée par le banc dans cette configuration d'essai. La variation de poussée inverse est obtenue par le fait que le mât à poussée inversée est équipé d'un dispositif de commande du pas des pales en essai de performance, ledit dispositif comprenant un mécanisme à plateaux cycliques actionné par trois vérins électriques.
La transmission du banc d'essai, constituée de la ligne d'arbre inférieure dans le bâti, et de la ligne d'arbre supérieure, dans la rehausse, relie l'arbre vertical de sortie du moteur électrique au mât à poussée inverse dans la configuration d'essai de performance. Avantageusement, les lignes d'arbre de la transmission sont solidarisées en rotation l'une à l'autre par un accouplement à cannelures axiales, entre deux demi-accouplements à dentures associés chacun à un flector, et respectivement au mât à poussée inverse et à l'arbre de sortie du moteur électrique par des demi-accouplements à dentures respectivement supérieur et inférieur leur permettant d'accepter de légers désaligne ments statiques et dynamiques.Dimensionnés pour le couple maximal que peut fournir le moteur et pour pouvoir tourner à la vitesse de rotation maximale de ce dernier, les lignes d'arbre de la transmission et l'accouplement qui les solidarise en rotation sont tubulaires et logent des conducteurs électriques d'au moins une chaîne de mesure et/ou pilotage du banc, qui peuvent aboutir à un collecteur tournant fixé par exemple sous le moteur électrique.
Chacune des lignes d'arbre inférieure et supérieure de la transmission a sa partie supérieure guidée en rotation et retenue par l'un respectivement de deux paliers, de préférence rigides et comprenant des roulements espacés, supportés respectivement par le bâti principal et par la rehausse.
Le mât à poussée inverse du banc, pour la liaison aux outils-moyeux, comprend un arbre central également tubulaire, pour le passage des conducteurs électriques d'au moins une chaîne de mesure et/ou pilotage du banc, et en particulier des câbles des mesures tournantes.
De plus, le palier de retenue et de guidage en rotation de la ligne d'arbre supérieure est avantageusement le palier supporté par le plateau supérieur de la seconde balance et dans lequel le mât à poussée inverse est monté en rotation.
En outre, à l'effet de pouvoir avantageusement utiliser le banc pour des essais dynamiques et d'endurance, le moteur électrique est réversible et le mât à poussée inverse, la ligne d'arbre supérieure de la transmission et la rehausse sont des éléments amovibles utilisés uniquement en configuration d'essai de performance de pales d'un rotor principal, et destinés à être respectivement relié de manière amovible auxdites pales par l'intermédiaire dudit outil-moyeu, accouplée par des moyens d'accouplement amovibles à la ligne d'arbre inférieure et fixée par des moyens de fixation démontables sur la balance principale, qui constitue, après dépose de la rehausse, du mât à poussée inverse et de la ligne d'arbre supérieure, une plateforme de support d'au moins un rotor principal en configuration d'essai dynamique, et destiné à être entraîné par le moteur électrique dans le sens de rotation contraire à celui des pales en configuration d'essai de performance, ou d'au moins un ensemble propulsif en configuration d'essai d'endurance et comprenant un rotor principal et au moins un moteur thermique d'entraînement dudit rotor principal, de sorte que le banc d'essai est polyvalent.
Lorsqu'un rotor principal avec sa chaîne de commande de pas est monté sur la balance principale, en configuration d'essai dynamique, le banc de l'invention permet d'établir le diagramme de fréquences par l'analyse de la réponse en fréquence du rotor excité par exemple par l'intermédiaire de la chaîne de commande de pas comprenant des plateaux cycliques dont le plateau non-tournant est excité par des vérins dynamiques à faible course. De plus, grâce au moteur électrique du banc rotor de l'invention, on peut connaître, par les excitations précitées, la position des fréquences propres à différents régimes intermédiaires stabilisés, ce qui n'est pas possible sur hélicoptère au cours de la montée en régime.Dans cette configuration d'essai dynamique d'un rotor principal, le banc d'essai de l'invention permet l'analyse de la stabilité du rotor par l'analyse de la réponse transitoire du rotor après coupure de l'excitation de la chaîne de commande de pas par les vérins précités à faible course.
Pour les études dynamiques d'un rotor, le banc d'essai de l'invention a aussi pour avantages principaux, par rapport aux essais sur hélicoptères, la qualité des mesures, la sécurité (surtout pour les études de stabilité), la souplesse d'emploi, et la possibilité d'effectuer des essais impossibles ou difficiles sur hélicoptères, tels que des essais à des régimes intermédiaires stabilisés, et essais avec excitation par la chaîne de commande de pas, lorsque l'hélicoptère n'est pas équipé de vérins à haute fréquence.
En configuration d'essai d'endurance, le banc rotor de l'invention permet de recevoir la chaîne de puissance complète, c'est-à-dire le groupe moto-propulseur, les boîtes de transmission principale et auxiliaire, les rotors principal et arrière, ainsi que les transmissions qui les relient, si le banc comprend avantageusement de plus un outil-poutre de queue, propre au modèle d'hélicoptère en essai, et dont une partie avant se fixe par des moyens de fixation amovibles sur le bâti principal, tandis qu'une partie arrière supporte un rotor anti-couple de l'ensemble propulsif et sa boîte de transmission auxiliaire reliée par un arbre de transmission à une boîte de transmission principale appartenant également à l'ensemble propulsif dont elle entraîne le rotor principal.
De préférence, l'outil-poutre de queue a sa partie avant qui est annulaire et se fixe de manière amovible autour de la balance principale et sur le sommet du bâti principal, et il comprend, dans sa partie centrale, une partie de découplage souple autour d'un axe sensiblement vertical, afin que la poussée transversale du rotor arrière n' applique pas un moment trop important sur la fixation de sa partie aval sur le bâti principal.
Avantageusement, le banc d'essai comprend également un interface de mesure de la poussée transversale du rotor anti-couple, et qui comprend par exemple un capteur d'efforts unidirectionnel à jauges de contraintes monté entre deux biellettes à rotules. Dans ce cas, le banc comprend également un bâti mécanique auxiliaire, en appui sur l'aire d'essai au niveau du rotor anti-couple, et muni d'une platine, montée de préférence réglable en hauteur sur le bâti auxiliaire, et destinée à supporter l'interface de mesure de la poussée transversale du rotor anti-couple.Le bâti auxiliaire est une structure d'appui de préférence triangulée, dissymétrique pour permettre, par retournement, de placer le capteur d'efforts à gauche ou à droite de l'outil-poutre de queue, selon la position du rotor arrière, et réglable en hauteur avec la platine ainsi qu'en position longitudinale (dans la direction de l'outil-poutre de queue) avec le bâti auxiliaire, pour adapter le point de fixation du capteur d'efforts au rotor arrière en essais.
La balance principale, constituant un interface standard de mesure du torseur d'efforts généré par les rotors principaux en essais dans les différentes configurations, comprend deux plateaux rigides, annulaires, plats et sensiblement horizontaux, dont l'un est un plateau inférieur fixé sur le sommet du bâti principal, et dont l'autre est un plateau supérieur, supportant le palier de retenue de la ligne d'arbre inférieure de la transmission sur le bâti principal. La face supérieure du plateau supérieur de la balance principale est plane, afin de faciliter la fixation des matériels à essayer, éventuellement avec interposition d'un interface de fixation, fonctionnellement équivalent à un plancher mécanique d'hélicoptère.
La structure en coque du bâti principal a une rigidité telle qu'elle présente avantageusement une fréquence propre, supérieure à environ 30 Hz dans les six degrés de liberté, pour ne pas perturber les mesures dynamiques effectuées sur les rotors en essais, et elle présente en outre les avantages d'un bon rapport rigidité/ poids et d'une fabrication simple si la coque est une structure fermée de forme cylindro-conique offrant un bien meilleur profil aérodynamique qu'une structure tubulaire, et facilitant la lutte contre un incendie interne, tel qu'un feu de carburant. Avantageusement, le bâti principal comprend, en partie basse, une virole cylindrique entourant le moteur électrique, et prolongée, en partie haute, par une virole tronconique convergent vers le haut et formant un caisson équipé d'un plancher technique au-dessus du moteur électrique.Le bâti principal et le moteur sont avantageusement fixés sur une embase commune, comprenant une plaque rigide et annulaire d'ancrage dans le massif de fondation, et de préférence des cales ou autres organes analogues en saillie sur cette plaque, pour le positionnement du bâti et du moteur sur la plaque.
Le banc d'essai comprend également des servitudes électriques et de fluides, qui sont nécessaires à son fonctionnement ainsi qu'à celui des moyens en essai sur le banc dans les différentes configurations. Ces servitudes comprennent
- une alimentation électrique du moteur électrique, ainsi que des moyens de contrôle et commande et des moyens de réfrigération de ce moteur,
- une génération hydraulique de puissance qui, dans les configurations d'essai dynamique et d'endurance, alimente les commandes de vol du rotor principal et/ou du rotor arrière en essai, et pour la configuration d'essai d'endurance,
- un groupe mobile de lubrification, capable d'assurer la lubrification et la réfrigération des boîtes de transmission principale et auxiliaire,
- un circuit de carburant, qui alimente en carburant le ou les moteurs thermiques pour le fonctionnement dans cette configuration d'essai, et
- une génération électrique de courant continu à intensité momentanément élevée et de courant alternatif à moyenne tension, pour démarrer et contrôler le ou les moteurs du groupe motopropulseur.
- une alimentation électrique du moteur électrique, ainsi que des moyens de contrôle et commande et des moyens de réfrigération de ce moteur,
- une génération hydraulique de puissance qui, dans les configurations d'essai dynamique et d'endurance, alimente les commandes de vol du rotor principal et/ou du rotor arrière en essai, et pour la configuration d'essai d'endurance,
- un groupe mobile de lubrification, capable d'assurer la lubrification et la réfrigération des boîtes de transmission principale et auxiliaire,
- un circuit de carburant, qui alimente en carburant le ou les moteurs thermiques pour le fonctionnement dans cette configuration d'essai, et
- une génération électrique de courant continu à intensité momentanément élevée et de courant alternatif à moyenne tension, pour démarrer et contrôler le ou les moteurs du groupe motopropulseur.
Bien entendu, comme la plupart des bancs d'essais, le banc de l'invention comprend également des moyens de mesures et de pilotage des rotors ou ensembles propulsifs en essai, ces moyens permettant, d'une part, de faire l'acquisition, le stockage et le traitement des mesures faites sur différentes voies de mesures, fixes ou tournantes, et, d'autre part, de piloter, surveiller et assurer la sécurité de l'ensemble du banc d'essai et des moyens en essai sur ce banc.
Avantageusement, pour améliorer la sécurité d'utili sation du banc, ce dernier comprend également des moyens de protection, parmi lesquels
- un hangar mobile de protection, de préférence motorisé et se déplaçant le long de rails fixés sur les côtés de l'aire d'essais, et ayant pour fonction d'abriter le bâti et les moyens en essai qu'il supporte contre les intempéries, entre des phases actives d'essai, de fournir des moyens de manutention, en particulier de levage, et des moyens d'éclairage et, éventuellement, des moyens d'accès, qui sont nécessaires aux opérations de montage des matériels à essayer, ainsi qu' aux interventions telles que les opérations courantes d'entretien de ces matériels, de l'instrumentation d'essai et des composants du banc luimême, le hangar étant déplacé pour dégager le bâti mécanique et les matériels à essayer qu'il supporte, pour les phases actives d'essai, et
- une protection périphérique comprenant notamment un filet supporté par des poteaux à la périphérie de l'aire d'essai, et destiné à assurer la protection de l'environnement immédiat contre la projection éventuelle de pièces provenant des matériels en essai.
- un hangar mobile de protection, de préférence motorisé et se déplaçant le long de rails fixés sur les côtés de l'aire d'essais, et ayant pour fonction d'abriter le bâti et les moyens en essai qu'il supporte contre les intempéries, entre des phases actives d'essai, de fournir des moyens de manutention, en particulier de levage, et des moyens d'éclairage et, éventuellement, des moyens d'accès, qui sont nécessaires aux opérations de montage des matériels à essayer, ainsi qu' aux interventions telles que les opérations courantes d'entretien de ces matériels, de l'instrumentation d'essai et des composants du banc luimême, le hangar étant déplacé pour dégager le bâti mécanique et les matériels à essayer qu'il supporte, pour les phases actives d'essai, et
- une protection périphérique comprenant notamment un filet supporté par des poteaux à la périphérie de l'aire d'essai, et destiné à assurer la protection de l'environnement immédiat contre la projection éventuelle de pièces provenant des matériels en essai.
En outre, les servitudes de fluides et électriques du banc d'essai peuvent être avantageusement abritées dans un bâtiment rassemblant les servitudes à la lisière de l'aire d'essai, à l'exception toutefois du groupe mobile de lubrification, et du circuit d'alimentation en carburant, et en particulier d'une citerne principale de ce circuit qui est enterrée dans une fosse.
De manière analogue, les moyens de pilotage et d'acquisition des mesures sont avantageusement rassemblés dans un bâtiment de mesure, à la lisière de l'aire d'essai, et muni de hublots ou fenêtres protégés permettant, depuis un poste de commande et de pilotage du banc et des matériels en essai, une vue directe sur ce banc et ces matériels, après déplacement du hangar de protection, pour les phases actives d'essai.
De plus, toutes les liaisons de fluides et électriques entre, d'une part, le bâti principal et, d'autre part, les bâtiments des servitudes et des mesures, peuvent transiter par deux galeries techniques ménagées sous l'aire d'essai, et dont l'une est une galerie de mesure, reliant le bâtiment des mesures au bâti, et dans laquelle transitent les câbles de mesure et pilotage, tandis que l'autre est une galerie de servitude, reliant le bâtiment des servitudes au bâti, et dans laquelle transitent des câbles de puissance et des conduites de transport de fluides, un caniveau technique reliant le bâtiment des mesures au bâtiment des servitudes pour le passage des liaisons nécessaires à l'alimentation électrique du bâtiment des mesures et à la commande des différentes servitudes depuis ce dernier bâtiment.
Le bâti principal peut supporter également un réservoir intermédiaire de carburant, alimenté à partir de la cuve principale du circuit de carburant et alimentant lui-même le ou les moteurs du groupe motopropulseur à l'aide d'au moins une pompe de gavage, de préférence fixée sur ce réservoir intermédiaire, logé dans le caisson formé par la virole tronconique du bâti. De même ce dernier peut supporter avantageusement un bloc de distribution hydraulique, pour l'alimentation des servocommandes des rotors, une armoire de contrôle et de commande du ou des moteurs du groupe motopropulseur, ainsi qu'au moins un boîtier de connexion, mais de préférence tous les boîtiers de connexion des voies de mesures et de pilotage.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention découleront de la description donnée ci-dessous, à titre non limitatif, d'un exemple de réalisation décrit en référence aux dessins annexés sur lesquels
- les figures 1, 2 et 3 sont des vues schématiques partiellement en coupe axiale et partiellement en élévation latérale du banc d'essai dans les configurations d'essai respectivement de performance, dynamique et d'endurance,
- la figure 4 est une vue en perspective d'un bâti de reprise et mesure de l'effort de poussée du rotor arrière, utilisé dans la configuration d'essai d'endurance de la figure 3,
- la figure 5 représente en coupe axiale la transmission, telle qu'utilisée dans la configuration d'essai de performance de la figure 1, et dont seule la partie inférieure est utilisée dans les configurations d'essai dynamique et d'endurance des figures 2 et 3,
- les figures 5a, Sb et 5c représentent partiellement, respectivement en demi-coupe axiale, en développé suivant une élévation latérale, et de dessus, un joint flexible dit "flector" de la transmission de la figure 5,
- la figure 6 est une vue schématique en partie en coupe axiale et en partie en élévation latérale du mât rotor à poussée inverse, utilisé en configuration d'essai de performance de la figure 1,
- les figures 7 et 8 représentent schématiquement et partiellement, respectivement en élévation latérale et en plan, un exemple d'outil-moyeu de rotor principal monté sur le mât rotor à poussée inverse de la figure 6,
- la figure 9 représente schématiquement l'architecture du système de pilotage et de supervision du banc d'essai,
- la figure 10 représente schématiquement l'architecture du système d'acquisition des mesures du banc,
- la figure 11 représente schématiquement et partiellement un circuit de génération électrique, pour le fonctionnement d'au moins un moteur thermique d'un ensemble propulsif complet en essai d'endurance, et
- la figure 12 représente schématiquement une installation d'alimentation en carburant du ou des moteurs thermiques.
- les figures 1, 2 et 3 sont des vues schématiques partiellement en coupe axiale et partiellement en élévation latérale du banc d'essai dans les configurations d'essai respectivement de performance, dynamique et d'endurance,
- la figure 4 est une vue en perspective d'un bâti de reprise et mesure de l'effort de poussée du rotor arrière, utilisé dans la configuration d'essai d'endurance de la figure 3,
- la figure 5 représente en coupe axiale la transmission, telle qu'utilisée dans la configuration d'essai de performance de la figure 1, et dont seule la partie inférieure est utilisée dans les configurations d'essai dynamique et d'endurance des figures 2 et 3,
- les figures 5a, Sb et 5c représentent partiellement, respectivement en demi-coupe axiale, en développé suivant une élévation latérale, et de dessus, un joint flexible dit "flector" de la transmission de la figure 5,
- la figure 6 est une vue schématique en partie en coupe axiale et en partie en élévation latérale du mât rotor à poussée inverse, utilisé en configuration d'essai de performance de la figure 1,
- les figures 7 et 8 représentent schématiquement et partiellement, respectivement en élévation latérale et en plan, un exemple d'outil-moyeu de rotor principal monté sur le mât rotor à poussée inverse de la figure 6,
- la figure 9 représente schématiquement l'architecture du système de pilotage et de supervision du banc d'essai,
- la figure 10 représente schématiquement l'architecture du système d'acquisition des mesures du banc,
- la figure 11 représente schématiquement et partiellement un circuit de génération électrique, pour le fonctionnement d'au moins un moteur thermique d'un ensemble propulsif complet en essai d'endurance, et
- la figure 12 représente schématiquement une installation d'alimentation en carburant du ou des moteurs thermiques.
En référence aux figures 1 à 3, le banc d'essai comprend un moteur électrique 1 d'axe vertical, réversible, ancré par sa base la sur un massif de fondation 2, dans le sol du site d'implantation, au centre d'une dalle 3 horizon tale et plane, sans obstacle, par exemple de forme circulaire, délimitant autour du moteur 1 et d'un bâti principal 4, qui coiffe le moteur 1 et est également ancré sur le massif 2, une aire d'essai suffisamment grande pour que les obstacles environnants aient une influence aérodynamique négligeable sur les essais, notamment en configuration de performance (figure 1).La dalle 3 est en béton, ainsi que le massif de fondation 2 constitué de deux cylindres 2a, 2b superposés à base octogonale, le cylindre supérieur 2a comprenant un puits central 2c, qui communique avec deux galeries techniques 5a et 5b, ménagées sous la dalle 3, et dans lesquelles sont logés des câbles et canalisations de circuits électriques et de fluides reliant le bâti 4 et le moteur électrique 1 à deux bâtiments séparés (non représentés sur les figures), placés en bordure de l'aire d'essai, et dont l'un est un bâtiment des mesures, abritant les moyens de traitement des mesures et de pilotage du banc et des matériels en essai, et l'autre un bâtiment des servitudes, abritant, au moins partiellement, les diverses servitudes électriques, hydrauliques et autres nécessaires au fonctionnement de l'ensemble de l'installation.
Le moteur électrique 1 a une plage de variation de vitesse de O à 500 tr/mn, son régime nominal étant de 250 tr/mn, et délivrant, à ce régime nominal, une puissance sur son arbre de sortie vertical lb de 3000 kW. A ce régime, il délivre un couple nominal d'environ 11500 mdaN et peut, pendant 30 mn à partir de l'état froid, et en fonctionnement exceptionnel, délivrer un couple de 15000 mdaN. Le moteur 1 peut être stabilisé en rotation à tout régime intermédiaire entre 0 et 250 tr/mn. I1 délivre un couple constant pour un régime compris entre 50 et 250 tr/mn, et une puissance constante entre 250 et 500 tr/mn. Le moteur 1 peut également être commandé pour délivrer des fluctuations de couple moteur, en essai dynamique (figure 2).
Le bâti 4 est une structure mécano-soudée en coque rigide, de forme cylindro-conique, dont la fréquence propre est supérieure à environ 30 Hz dans les six degrés de liberté, pour ne pas perturber les mesures dynamiques effectuées sur les rotors en essais. Le bâti 4 est essentiellement constitué d'une virole cylindrique 4a, entourant le moteur 1, d'une bride inférieure 4b, à la base de la virole 4a pour la liaison au massif 2, d'une virole tronconique 4c solidaire par sa grande base de l'extrémité supérieure de la virole cylindrique 4a, et d'une bride supérieure 4d fixée à la petite base de la virole tronconique 4c par des goussets de liaison, dont certains sont munis d'oreilles de levage 4e, permettant la manutention du bâti 4 avec une grue pour la mise en place autour du moteur 1.La bride inférieure 4b est annulaire et percée de 24 trous répartis en couronne sur sa périphérie, pour le passage de tiges 6 d'ancrage dans le massif 2, ces tiges 6 traversant également une embase commune 7 de fixation du moteur 1 et du bâti 4 sur le massif 2. Cette embase commune 7 est une plaque annulaire d'acier percée à proximité de sa périphérie radiale externe, de 24 trous puis, en regard de ceux de la bride inférieure 4b pour le passage des tiges d'ancrage 6, et, à proximité de son ouverture centrale, de trous pour la fixation du moteur 1 par sa base la à l'embase 7 par une couronne de boulons 8.Le bâti 4 est positionné sur l'embase commune 7 par exemple au moyen de cales fixées sur la plaque 7 au premier montage ou à l'aide de pions de centrage (par exemple trois pions à 1200), sur la périphérie de l'embase 7 et reçus dans des logements de la bride inférieure 4b.
Cette embase 7 assure l'acheminement des efforts générés par les rotors en essais sur le bâti 4, comme décrit ci-dessous, et les efforts de tenue du moteur 1 jusqu'au massif de fondation 2, et constitue une référence pour le positionnement respectif du bâti 4 et du moteur 1 et pour assurer la verticalité du bâti 4 dans la tolérance demandée.
L'accès aux excitatrices du moteur électrique 1 est permis par deux ouvertures diamétralement opposées percées dans la paroi en acier de 14 mm d'épaisseur de la virole cylindrique 4a et obturées par des trappes amovibles 4f.
La virole tronconique 4c est également en acier de 14 mm d'épaisseur, et constitue un caisson de servitudes, percé d'une ouverture, permettant l'accès dans ce caisson, et fermée par une trappe (non représentée) pour assurer le confinement d'un agent d'extinction, tel que du halon, injecté dans ce caisson en cas d'incendie, comme précisé cidessous.
A la partie inférieure de la face interne de la virolle tronconique 4c est fixé un plancher technique 9 annulaire, constitué de profilés de support 9a radiaux par rapport à l'axe vertical du bâti 4, d'un anneau central 9b, reliant les profilés 9a les uns aux autres, et d'un voile supérieur en tôle 9c.Ce plancher 9 permet l'accès à la partie supérieure de l'arbre vertical de sortie lb du moteur électrique 1, ainsi qu'au frein (non représenté) de ce moteur, à une partie inférieure 19, montée à demeure dans la virole de conduite 4c, d'une transmission 18 décrite cidessous, accouplée à l'extrémité supérieure de l'arbre lb du moteur et dans son prolongement pour l'entraînement d'un rotor principal en essai, et à des composants montés dans la virole tronconique 4c ou sur la face externe de cette dernière, et appartenant à des circuits électriques ou de transport de fluides, dont les fonctions et structures sont précisées ci-dessous.Dans la virole tronconique 4c sont notamment fixés un réservoir tampon 10 de carburant d'un circuit d'alimentation en carburant (kérosène) d'un moteur thermique (turbomoteur) d'un ensemble propulsif complet en essai d'endurance (figure 3), un réservoir (non représenté) de l'agent d'extinction d'un circuit de protection contre l'incendie, un bloc de régulation (non représenté) d'un circuit hydraulique de puissance, et des boîtiers de connexions électriques d'alimentation, tandis que des coffrets et armoires électriques de circuits de mesures et de pilotage du banc et des matériels en essais sont fixés sur la face extérieure de la virole 4c.Cette dernière est équipée de traversées (également non représentées) pour le passage de câbles électriques et de tuyauteries de fluides (hydraulique et carburant) cheminant depuis les galeries techniques 5a et 5b jusqu'aux matériels en essai.
La bride supérieure 4d est un anneau rigide percé de deux couronnes concentriques de trous (par exemple 18) répartis en direction circonférentielle, la couronne interne de trous permettant de fixer horizontalement sur la bride supérieure 4d et à l'aide de boulons 11 le plateau inférieur plat, rigide et annulaire 12a d'une balance principale 12, qui est centrée et positionnée angulairement sur le bâti 4 par un pion de centrage et un pion d'orientation, diamétralement opposés et en saillie sur la face supérieure de la bride supérieure 4d, et se logeant respectivement sans jeu et avec jeu radial dans deux trous de la face inférieure du plateau inférieur 12a de la balance 12.La couronne externe de trous 13 de cette bride 4d permet la fixation sur le bâti 4 d'un outil-poutre de queue 39, propre à un ensemble propulsif complet d'hélicoptère en essai d'endurance, comme décrit ci-dessous en référence à la figure 3.
La balance principale 12 comprend également un plateau supérieur 12b annulaire, rigide et plat, comme le plateau inférieur 12a, et disposé au-dessus de ce dernier, auquel il est relié par des capteurs d'efforts permettant la mesure des six composants d'un torseur d'efforts généré par un rotor principal en essais. Par exemple, la balance principale 12 comprend six capteurs unidirectionnels (non représentés) montés entre ses deux plateaux 12a et 12b et orientés selon un montage isostatique, ces capteurs étant constitués de corps d'épreuve équipés de jauges de contraintes et découplés des efforts transverses.
La balance principale 12 est également équipée de butées de sécurité, permettant de maintenir la stabilité d'ensemble du plateau supérieur 12b sur le plateau inférieurl2a même en cas de rupture d'un capteur, et elle peut être en outre équipée de points d'accrochage pour réaliser sur place une vérification périodique de son étalonnage sur des torseurs connus.
Le banc d'essai comprend également une rehausse 14 à structure de coque, amovible car utilisée uniquement en configuration d'essai de performance, et constituée (voir figure 1) d'une virole tronconique 14a et de brides inférieure 14b et supérieure 14c assemblées à la virole 14a par soudure et à l'aide de goussets. La virole tronconique 14a comprend une paroi en acier de 10 mm d'épaisseur convergent vers le haut et percée de deux ouvertures (non représentées) diamétralement opposées, permettant l'accès à une partie supérieure 20, amovible avec la rehausse 14 dans laquelle elle est montée, de la transmission 18 précitée, s'accouplant à l'arbre lb de sortie du moteur 1, et dont la partie inférieure 19 est logée dans la virole tronconique 4c du bâti 4.
La bride inférieure 14b de la rehausse 14 est annulaire et percée de 18 trous répartis en couronne autour de son axe pour la fixation par des boulons 15 sur la périphérie du plateau supérieur 12b de la balance principale 12. Entre les trous de fixation, la bride inférieure 14b présente deux trous diamétralement opposés pour recevoir l'un, avec précision, un pion de centrage et l'autre, avec du jeu radial, un pion d'orientation qui sont en saillie sur la face supérieure du plateau supérieur 12b, pour la fixation centrée en angulairement orientée de la rehausse 14 sur la balance 12.
La bride supérieure 14c de la rehausse 14 est reliée à la virole tronconique 14a par des goussets 14d munis d'oreilles de levage permettant la manutention de la rehausse 14. Cette bride supérieure 14c est annulaire et percée de 12 trous répartis en couronne autour de son axe pour la fixation au plateau annulaire rigide inférieur 16a d'une balance secondaire 16, de précision, montée sur la rehausse 14. La bride supérieure 14c porte en saillie sur sa face supérieure un pion de centrage et un pion d'orientation qui se logent respectivement avec précision et avec un jeu radial dans deux trous diamétralement opposés dans le plateau inférieur 16a, le trou recevant le pion d'orientation étant radialement oblong.La balance de précision 16 comprend également un plateau rigide annulaire supérieur 16b, disposé au-dessus du plateau inférieur 16a auquel il est relié par des capteurs d'efforts, par exemple trois capteurs unidirectionnels à jauges de contraintes placés à 1200 l'un de l'autre et articulés aux plateaux 16a et 16b par des rotules, des butées de sécurité permettant de maintenir la stabilité d'ensemble de la balance 16 même en cas de rupture d'un capteur d'efforts.
Le plateau supérieur 16b de la balance 16 est relié à un palier de rotation d'un mât rotor principal 17, à poussée inverse, décrit ci-dessous en référence à la figure 6, et destiné à supporter un outil-moyeu 21, auquel sont accouplées des pales 22 d'un rotor principal en essai de performance, l'ensemble étant agencé pour que la poussée développée par le rotor principal soit dirigée vers le bas.
L'entraînement en rotation du mât rotor 17 à partir du moteur 1 est assuré par la transmission 18, décrite cidessous en référence à la figure 5, et constituée essentiellement des deux parties 19 et 20 s'accouplant de manière amovible l'une à l'autre, pour permettre de réaliser aisément les différentes configurations, et dont l'une est une ligne d'arbres inférieure 19, accouplée par sa base à l'arbre la du moteur électrique 1, et montée dans la virole tronconique 4c du bâti 4, de sorte que son démontage n'est pas nécessaire pour passer d'une configuration à l'autre.
L'autre partie est une ligne d'arbres supérieure 20, montée dans la rehausse 14 et amovible avec cette dernière, en étant accouplée en partie haute avec la base du mât rotor principal 17.
Ces deux lignes d'arbres 19 et 20 sont rigides en torsion et chacune présente de faibles débattements. Afin de compenser les désalignements, inévitables au montage, entre les différents paliers, les lignes d'arbres 19 et 20 sont accouplées aux organes menant et mené par des accouplements standards à dentures et des joints flexibles, du type communément dénommé flector, permettant un montage et un démontage faciles de la transmission 18 par l'intermédiaire de brides, entre lesquelles les flectors sont montés pour éviter la transmission d'efforts coaxiaux perturbant le fonctionnement des balances de mesure 12 et 16.
Cette transmission 18 assure la continuité mécanique pour la transmission du couple moteur entre le moteur 1 et, en configuration d'essai de performance (figure 1), le mât rotor 17 à poussée inverse grâce aux deux lignes d'arbres 19 et 20, (cette dernière, située dans la rehausse 14, n'étant utilisée avec celle-ci que pour les essais de performance), ou entre le moteur 1 et, en configuration d'essai dynamique (figure 2), le mât 34c d'un rotor principal 34 en essai et monté sur la balance principale 12, grâce à la seule ligne d'arbres inférieure 19, installée à demeure dans le bâti 4.
Dans l'exemple de transmission 18 représenté sur la figure 5, la ligne d'arbres inférieure 19 comprend un demiaccouplement inférieur 19a à denture, qui est standard et vient se fixer sur l'extrémité supérieure de l'arbre lb du moteur électrique 1, et qui comporte un grain sphérique central 19b, en forme de calotte sphérique autour d'un passage central, et sur lequel s'appuie une plaque annulaire d'extrémité inférieure d'un arbre intermédiaire creux l9c, boulonné sur le demi-accouplement 19a par des brides radiales. L'extrémité supérieure de l'arbre l9c est reliée par un flector 19i, décrit ci-dessous en référence aux figures 5a à 5c et monté entre des brides radiales, à un demi-accouplement supérieur à denture 19d standard de la ligne d'arbre 19 et en prise avec la partie inférieure d'un arbre d'extrémité 19e tubulaire, dont la partie supérieure est, d'une part, munie de cannelures axiales internes, pour constituer la partie femelle d'un accouplement à cannelures, et, d'autre part, montée en rotation et retenue par deux roulements espacés 19f à l'intérieur d'un palier intermédiaire 19g solidaire par une bride radiale supérieure 19h du centre du plateau supérieur rigide annulaire 12b de la balance principale 12.Ainsi, ce palier intermédiaire 19g supporte la ligne d'arbre inférieure 19 sur le plateau supérieur 12b de la balance principale 12, et donc par rapport au bâti 4. En configuration d'essai dynamique (figure 2) ou d'endurance (figure 3), la partie haute de la ligne d'arbre inférieure 19 ne dépasse pas du plateau supérieur 12a de la balance 12. L'arbre d'extrémité 19e de la ligne d'arbre 19 assure la fonction d'interface d'entraînement par sa partie supérieure, dont les cannelures internes constituent les cannelures femelles d'un accouplement standard à cannelures. La partie mâle de cet accouplement à cannelures est, en configuration d'essai de performance (figure 1), constituée par la partie inférieure à cannelures axiales externes d'un arbre inférieur tubulaire 20a de la ligne d'arbre supérieure 20.
En configuration d'essai dynamique (figure 2), la partie mâle de l'accouplement standard à cannelures est un tronçon d'arbre tubulaire 35, muni de cannelures axiales externes tant dans sa partie inférieure, pour être solidaire en rotation de l'arbre d'extrémité 19e, que dans sa partie supérieure, pour être solidaire en rotation, par un flector (non représenté), du mât 34c d'un rotor principal 34 monté en essai dynamique sur le plateau supérieur 12b de la balance principale 12. Ce tronçon d'arbre tubulaire 35 à double cannelures est une pièce d'interface adaptée à chaque type de rotor 34 en essai dynamique.
Dans la ligne d'arbre supérieure 20, la partie supérieure de l'arbre cannelé inférieur 20a est en prise dans un demi-accouplement inférieur à denture 20b standard, fixé par un flector 20f entre des brides à l'extrémité inférieure d'un arbre intermédiaire creux 20c, dont l'extrémité supérieure est fixée par des brides boulonnées à un demi-accouplement supérieur à denture 20d, également standard, et par lequel la ligne d'arbre supérieure 20 est accouplée à la base du mât rotor principal à poussée inversée 17.
Le flector 20f est d'une structure identique à celle du flector 19i à présent décrit en référence aux figures 5a à 5c : il comprend deux couronnes annulaires 191 et 19m, en vis-à-vis, boulonnées chacune par sa partie radiale interne surépaissie respectivement à une bride 19j supérieure de l'arbre l9c et à une bride 19k inférieure du demi-accouplement 19d. Chaque couronne 191 et 19m présente une partie radiale externe amincie, séparée de la partie amincie en regard de l'autre couronne par une couche flexible l9p d'un matériau élastiquement déformable.La partie amincie de chaque couronne 191, 19m est de plus renforcée, du côté opposé à la couche l9p, par des saillies radiales l9n et 19o régulièrement réparties en direction circonférentielle et appartenant en alternance à ces couronnes 191 et 19m. Les couronnes 191 et 19m sont liées en rotation l'une à l'autre par des boulons 19q qui traversent la couche flexible 19p et les saillies 19n et l9o, de façon à transmettre l'entrainement en rotation par la ligne d'arbre sans transmettre d'efforts axiaux, grâce à la présence de la couche flexible 19p.
Un tube 20e en matière plastique est disposé dans l'arbre 20c pour guider des câbles électriques d'instrumentation reliant des capteurs de mesures tournantes, installés sur les appareillages en essais, à un collecteur rotatif à la base du moteur électrique 1, en traversant la transmission 18 qui est tubulaire.
Le mât rotor à poussée inverse 17, utilisé avec la rehausse 14 pour les essais de performance de pales 22 d'un rotor principal d'hélicoptère, assure la transmission du couple entre la transmission 18, entraînée par le moteur électrique 1, et un outil-moyeu 21 de rotor, supportant lesdites pales 22, et dont un exemple de réalisation est décrit ci-dessous en référence aux figures 7 et 8. Le mât rotor 17 permet également la mesure du couple d'entraînement, par un couplemètre de précision le reliant à la ligne d'arbre supérieure 20, et la commande de pas des pales 22 du rotor par un dispositif 26 de structure analogue aux mécanismes connus à plateaux cycliques utilisés sur les rotors principaux d'hélicoptères.
Ce mât rotor 17, tubulaire, permet le passage des câbles d'instrumentation traversant également la transmission 18, et assure l'interface avec la ligne d'arbre supérieure 20, avec la balance de précision 16 fixée audessus de la rehausse 14 et constituant un capteur de la poussée verticale vers le bas transmise par les pales 22 du rotor principal en rotation sur le mât rotor à poussée inverse 17, et enfin avec l'outil-moyeu 21, fixé sur ce mât 17 et supportant les pales 22.
Comme représenté sur la figure 6, ce mât rotor 17 est essentiellement constitué d'un arbre central tubulaire 23 équipé, à sa base, du couplemètre de précision 24, et, autour de sa partie centrale, d'une structure de support 25 et d'un dispositif de commande de pas 26.
L'arbre central 23 présente, à son extrémité supérieure, une bride radiale 23a de fixation de l'outilmoyeu 21 du rotor principal à poussée inverse, tandis que sa partie inférieure présente des cannelures axiales externes 23b, qui permettent le montage du couplemètre 24. Dans sa partie médiane, l'arbre 23 est monté en rotation et axialement retenu par deux roulements 23c axialement espacés dans un palier supérieur comprenant une virole cylindrique 25a de la structure de support 25.
Le couplemètre 24 comprend un tronçon d'arbre tubulaire 24a présentant des cannelures axiales internes, en prise avec les cannelures 23b de l'arbre central 23, et ménagées dans sa partie inférieure en prise dans le demiaccouplement supérieur à denture 20d de la ligne d'arbre supérieure 20. La partie médiane 24b du tronçon d'arbre 24a est amincie et équipée de jauges de contraintes (non représentées) pour constituer le couplemètre proprement dit, dont les circuits électroniques de préconditionnement peuvent être fixés sur le demi-accouplement 20d de la ligne d'arbre supérieure 20. Le couplemètre 24 est ainsi agencé en pièce de liaison entre l'arbre central 23 et la ligne d'arbre supérieure 20.
La structure de support 25 comprend, en plus de la virole 25a, une bride radiale annulaire 25b, fixée, d'une part, à l'extrémité inférieure de la virole 25a et, d'autre part, au plateau supérieur 16b de la balance 16, pour relier le mât rotor 17 à poussée inverse à cette balance 16. La structure de support 25 comprend également trois chapes radiales, dont une seule est représentée en 25c, pour la fixation des actionneurs de commande de pas du dispositif 26, et enfin une chape radiale 25d, en partie haute sur la virole 25a, pour la fixation d'un compas non-tournant 26d du dispositif 26 de commande de pas.
Ce dispositif 26 comprend une cheminée de guidage 26a, montée autour de la partie médiane de l'arbre 23, et le long de laquelle coulisse axialement une rotule 26b, sur laquelle peut s'incliner, dans toute direction autour de l'arbre 23, un plateau non-tournant 26c, sur lequel s'articule l'extrémité supérieure du compas non-tournant 26d articulé par son extrémité inférieure dans la chape 25d de la structure de support 25. Le dispositif de commande de pas 26 comprend également un plateau tournant 26e monté en rotation autour du plateau non-tournant 26c à l'aide de roulements 26f. Le plateau tournant 26e est entraîné en rotation par l'arbre 23 à l'aide de deux compas tournants d'entraînement 26g. La position axiale et angulaire des plateaux 26c et 26e est déterminée par trois actionneurs de commande de pas qui sont des vérins électriques tels que 26h, d'une capacité de + 3000 daN, analogues aux servocommandes des rotors principaux d'hélicoptères. Chaque vérin électrique 26h est articulé par son corps dans l'une des chapes 25c et par l'extrémité de sa tige dans l'une respec tivement de trois chapes telles que 26i du plateau nontournant 26c. Enfin, le plateau tournant 26e présente, sur sa périphérie, des perçages permettant la fixation par des ensembles vis-écrous d'une couronne 26j munie de chapes radiales d'articulation des extrémités inférieures de biellettes 27 de commande de pas des pales 22 du rotor principal en essai de performance, comme représenté sur la figure 7.
Sur les figures 7 et 8, l'outil-moyeu 21 du rotor à poussée inverse est un disque plat et annulaire, boulonné sur la bride supérieure 23a de l'arbre central 23 et présentant, pour chaque pale 22, un alvéole 21a logeant des moyens d'articulation 28 reliant à l'outil-moyeu 21 un organe radial 29 lié à la pale 22 correspondante.Dans cet exemple, les moyens d'articulation 28 comprennent une butée lamifiée sphérique, de structure connue, constituée d'un empilement central alterné de couches rigides et élastiques, en forme de calotte sphérique, entre une armature radiale externe 28b fixée sur le bord externe de l'alvéole 21a correspondant, et une armature radiale interne 28c fixée en entretoise par des goujons filetés 28d entre les deux branches d'une chape radiale interne 29a de l'organe de liaison 29, agencé en manchon 29b dans sa partie centrale, et, dans sa partie radiale externe, en chape 29c, entre les deux branches de laquelle le pied 22a de la pale 22 correspondante est retenu par deux broches parallèles 30.
L'organe 29 porte également, latéralement, un levier de pas 29d articulé sur l'extrémité supérieure de la bielle 27 de commande de pas correspondante, et une butée basse de battement 29e est fixée sous la chape interne 29a pour limiter les débattements angulaires vers le bas de chaque pale par appui de cette butée basse 29e contre un talon 31 fixé sous la bride supérieure 23a de l'arbre central 23.
L'outil-moyeu 21 comprend également, pour chaque pale 22, un amortisseur de traînée 32, analogue à ceux équipant les rotors principaux d'hélicoptère, et dont les extrémités sont articulées par des rotules, d'une part, dans une chape latérale du manchon 29b correspondant, du côté opposé au levier de pas 29d fixé sur ce manchon 29b, et, d'autre part, dans une chape 33 rapportée sur l'outil-moyeu 21 et en saillie latéralement sur ce dernier, entre deux évidements 21a voisins, dont celui correspondant à la pale 22 considérée.
L'outil-moyeu 21 ainsi équipé d'un organe 29 de liaison pour chaque pale 22 est tel que chaque pale 22 peut être montée inversée dans la chape radiale externe 29c correspondante, c'est-à-dire que la face d'intrados de la pale 22 est tournée vers le haut et la face d'extrados vers le sol.
Dans cette configuration d'essai de performance (figure 1) le moteur électrique reversible 1 est alimenté et commandé pour entraîne, par la transmission 18, le mât rotor 17 et l'outil-moyeu 21 avec les pales 22 dans un sens de rotation contraire au sens normal de rotation des pales 22 normalement montées sur un rotor principal, de sorte que les pales 22 engendrent un flux d'air dirigé vers le haut et exercent sur l'outil-moyeu 21 et le mât rotor principal 17 une poussée axiale verticale dirigée vers le bas. On détermine ainsi la loi poussée-puissance en vol stationnaire, hors effet de sol et à échelle 1, la poussée étant mesurée par la balance de précision 16 et la puissance par le couplemètre 24 qui, comme la balance 16, est monté au sommet de la rehausse 14.La présence de cette rehausse 14 ainsi que celle du mât rotor 17, dans cette configuration, a pour effet de placer le rotor proprement dit (outil-moyeu 21 et pales 22) à une hauteur, par exemple de l'ordre de 9 m, suffisante pour supprimer tout effet de plafond dû au sol, tout en étant très inférieure au double du diamètre du rotor en essai, (qui peut atteindre 17 m), grâce à la poussée exercée vers le bas, sur un bâti 4 aérodynamiquement discret, du fait notamment de sa forme cylindro-conique, prolongée par la forme tronconique de la rehausse 14.Pour minimiser les perturbations sur les mesures liées aux effets aérodynamiques, le plan supérieur du plateau supérieur 12b de la balance principale 12 présente une section équivalente inférieure ou égale à celle d'un disque de 2,5 m de diamètre, tandis qu'à son niveau supérieur, la rehausse 14 présente une section équivalente inférieure ou égale à celle d'un disque de 1,7 m de diamètre.
Cette configuration permet de déterminer les caractéristiques aérodynamiques des pales 22 d'un rotor principal d'hélicoptère, à échelle 1 et hors effet de sol, par l'installation des pales 22 sur un outil-moyeu 21 de sorte que la poussée soit inversée, c'est-à-dire dirigée vers le sol, le rotor étant placé à une hauteur suffisante pour réduire l'effet perturbateur lié au sol, par l'installation de l'outil-moyeu 21 sur un mât rotor principal 17 à poussée inversée, situé à la partie supérieure d'une rehausse 14 placée sur la balance principale 12 elle-même au sommet du bâti 4, l'entraînement du mât rotor principal 17 et de l'outil-moyeu 21 s'effectuant à partir du moteur électrique 1 au moyen d'une ligne d'arbre supérieure 20 qui prolonge la ligne d'arbre inférieure 19 en étant, comme cette dernière, alignée dans le prolongement de l'arbre lb de sortie du moteur 1.
Cette configuration d'essai de performance permet la mesure de la poussée verticale, avec une précision de + 0,5 % de l'étendue de mesure, par la balance de précision 16 montée en interface de mesure entre la rehausse 14 et le mât rotor 17, la mesure du couple moteur, également avec une précision de + 0,5 % de l'étendue de mesure, par le couplemètre 24 monté en interface entre la ligne d'arbre supérieure 20 et le mât rotor 17, la mesure du torseur d'efforts généré par le rotor principal, avec une précision de + 1 % de l'étendue de mesure, étant assurée par la balance principale 12, montée en interface standard de mesure d'efforts entre, d'une part, le bâti 4, et, d'autre part, la rehausse 14 et le rotor principal en essai dans cette configuration, ou les matériels en essai dans les autres configurations.
En essai de performance, la rehausse 14 supporte la balance 16, la ligne d'arbre supérieure 20, et le mât rotor principal 17 (par l'intermédiaire de la balance 16), et assure le transfert du torseur d'efforts généré par le rotor en essai jusqu'à la balance principale 12. Le bâti 4 supporte non seulement la balance 12, mais également la rehausse 14, la balance 16, la ligne d'arbre supérieure 20, le mât rotor principal 17, l'outil-moyeu 21 et les pales 22 du rotor principal en essai, en assurant le support et le guidage de la transmission 18 et l'acheminement des efforts générés par les pièces en essai jusqu'au massif de fondation 2.
Pour passer de la configuration d'essai de performance (figure 1) à la configuration d'essai dynamique (figure 2), il suffit, après démontage des pales 22 et, éventuellement, de l'outil-moyeu 21, de déposer la rehausse 14 avec la ligne d'arbre supérieure 20 et le mât rotor principal 17, et de monter le rotor principal 34 à essayer directement sur le plateau supérieur 12b de la balance principale 12.
Sur la figure 2, ce rotor principal 34 a ses pales 34a reliées au moyeu 34b solidaire en rotation du mât rotor 34c monté rotatif dans un carter 34d fixé sur le plateau supérieur 12b de la balance 12, le mât 34c étant entouré d'un mécanisme à plateaux cycliques 34e, à plateau tournant relié au mat 34c par au moins un compas d'entraînement, et à plateau non-tournant retenu sur le carter 34d par un compas non-tournant, les inclinaisons et déplacements axiaux des plateaux, pour faire varier le pas des pales 34a, étant commandés par trois servocommandes hydrauliques (non représentées) raccordées au bloc distributeur hydraulique de puissance monté dans la virole tronconique 4c du bâti 4.
L'entraînement du mât rotor 34c par la ligne d'arbre inférieure 19 reliée à l'arbre du moteur 1 est assuré par un tronçon d'arbre tubulaire 35 à double cannelures, constituant la partie mâle de l'accouplement à cannelures reliant la ligne d'arbre 19 au mât rotor 34c, comme déjà décrit cidessus.
Le rotor principal 34 est ainsi monté à une hauteur de 6,5 à 7,5 m au-dessus du sol, selon les modèles d'héli- coptères. Les essais dynamiques consistent à lui appliquer, en présence ou en l'absence des servocommandes hydrauliques mentionnées ci-dessus, une excitation dynamique en repère fixe du mât rotor 34c et du moyeu 34b par des vérins 36 de servocommande électrique ou électro-hydraulique, connectés au distributeur hydraulique et/ou aux boîtiers électriques portés par la virole 4c, et à appliquer également une excitation dynamique par ondulation du couple moteur fourni par le moteur électrique 1, avec une amplitude pouvant atteindre 10 % du couple et une fréquence de 6 Hz par exemple.On mesure ainsi des déplacements, accélérations, efforts et contraintes en repère tournant que subissent différents composants du rotor principal 34, pour procéder à la recherche et à la caractérisation notamment des modes vibratoires. On peut également tester la réponse et la fiabilité des servocommandes de pas.
Dans cette configuration d'essai dynamique, on réalise donc l'essai d'un rotor principal 35 tel que monté sur un hélicoptère, le rotor 35 en essai étant installé sur la balance principale 12 assurant la mesure du torseur d'efforts et étant entraîné par le moteur électrique réversible 1 et la ligne d'arbre inférieure 19 dans le sens de rotation contraire à celui des essais de performance. Le bâti 4 ne supporte donc plus que le rotor principal 34 en essai et la balance principale 12, le rotor 34 développant une poussée axiale vers le haut et un flux d'air vers le bas.
Pour passer de la configuration d'essai dynamique (figure 2) à la configuration d'essai d'endurance (figure 3), le rotor principal 34 est déposé de la balance principale 12, sur le plateau supérieur 12b de laquelle on fixe, par l'intermédiaire d'un interface mécanique ou platine d'essai 37, fonctionnellement équivalent à un plancher mécanique d'hélicoptère, un ensemble propulsif complet, désigné dans son ensemble en 38. I1 comprend un rotor principal dont les pales 38a sont liées à un moyeu 38b solidaire en rotation d'un mât 38c entraîné par une boîte de transmission principale reliée par une transmission à un groupe moto-propulseur, par exemple un groupe turbomoteur, lequel constitue avec ses entrées d'air, la boîte de transmission principale, la suspension de cette dernière sur l'interface mécanique 37, et les divers équipements nécessaires à leur fonctionnement tels que pompes, alternateurs, freins rotor, ventilateurs, etc... un sous-ensemble repéré en 38d, l'ensemble propulsif 38 comprenant également un arbre de transmission arrière 38e reliant la boîte de transmission principale à une boîte de transmission arrière entraînant un rotor arrière schématisé en 38f et montée avec ce dernier à l'arrière d'un outil-poutre de queue 39, propre au modèle d'hélicoptère dont l'ensemble propulsif complet 38 est en essai.
Cet outil-poutre de queue 39 présente, à son extrémité avant, un anneau structural 39a directement fixé par boulonnage sur la bride supérieure 4d du bâti 4, au niveau de la couronne externe de trous 13 (voir figure 2) entourant les trous de fixation sur cette bride 4d du plateau inférieur 12a de la balance 12.
Le rotor principal de l'ensemble propulsif en essai se trouve ainsi à une hauteur variant de 7 à 8 m environ, selon les modèles d'hélicoptères, et, pour cette configuration, le banc d'essai comprend également un bâti 40 de mesure et de reprise de la poussée transversale du rotor arrière 38f.
Ce bâti 40 est une structure mécanique permettant la reprise de la poussée du rotor arrière 38f, et équipée d'un capteur permettant la mesure de cette poussée transversale.
Cette structure mécanique est installée, uniquement en configuration d'essai d'endurance, sur la dalle 3 de l'aire d'essai, au niveau du rotor arrière 38f supporté avec la boîte de transmission arrière par l'outil-poutre de queue 39. Le bâti 40 assure donc le support et le positionnement du capteur de mesure de la poussée générée par le rotor arrière 38f, et l'acheminement de cette poussée jusqu'à ses appuis et fixation sur la dalle 3.La structure de ce bâti 40 admet une poussée maximale du rotor arrière 38f de + 2000 daN (traction ou compression) par exemple, et permet une possibilité de déplacement longitudinal (selon l'axe de l'outll-poutre de queue 39) sur la dalle 3 sur une course de, par exemple, 3,5 m ainsi qu'une possibilité de déplacement vertical de, par exemple, 2 m du capteur et du point de reprise de la poussée transversale du rotor arrière 38f, pour s'adapter aux différents ensembles propulsifs en essais, ainsi qu'une possibilité de positionnement symétrique, de part et d'autre de l'outil-poutre de queue 39, pour s'adapter aux ensembles propulsifs à rotor arrière 38f monté à droite ou à gauche de l'outil-poutre de queue 39.
Pour que la poussée transversale du rotor arrière 38f ne génère pas un couple trop important sur le bâti principal 4, par l'intermédiaire de l'outil-poutre de queue 39, ce dernier présente, dans sa partie centrale, une pièce souple 39b assurant un découplage autour d'un axe vertical.
Un exemple de bâti 40 est représenté sur la figure 4 : il est constitué d'un mât central 40a vertical en profilé en I, sur la partie supérieure duquel coulisse une platine 40b portant le capteur (non représenté) de la poussée du rotor arrière 38f, ce capteur étant réalisé sous la forme d'une cellule dynamométrique constituée par exemple d'un capteur unidirectionnel à jauges de contraintes monté entre deux biellettes articulées par des rotules, l'une sur l'outil 39 et l'autre sur la platine 40b. Le mât central 40a est maintenu vertical par trois pieds inclinés, également en profilé, dont deux 40c forment une triangulation longitudinale (parallèle à l'outil-poutre de queue 39), et dont le troisième 40d forme avec le mât central 40a une triangulation transversale, le bâti 40 étant disposé par rapport à l'outil-poutre de queue 39 et au rotor arrière 38f de sorte que le pied 40d soit situé du côté vers lequel est dirigée la poussée du rotor arrièr 38f. Les trois pieds 40c et 40d sont en appui sur une embase 40e en forme de T, également en profilé. Cette embase 40e peut être fixée dans la dalle 3 par des tiges d'ancrage la reliant, en position voulue, à deux barres métalliques, parallèles à l'axe longitudinal de l'outil-poutre de queue 39 et ancrées dans la dalle 3. En variante, l'embase 40e peut être équipée de galets roulant sur deux rails parallèles entre eux et à l'axe de l'outil- poutre de queue 39, les rails étant supportés par la dalle 3, et le bâti 40 comprenant des pinces d'immobilisation de l'embase 40e en position voulue sur ces rails.
Le capteur de mesure de la poussée du rotor arrière 38f est articulé par une rotule à chaque extrémité, et se fixe à une extrémité sur la platine coulissante 40b et à l'autre extrémité sur l'outil-poutre de queue 39.
Dans cette configuration, on réalise l'essai d'un ensemble propulsif complet, tel que monté sur un hélicoptère. Le rotor arrière 38f et la boîte de transmission arrière sont supportés par l'outil-poutre de queue 39, lui-même supporté par le bâti 4, le reste de l'ensemble propulsif 38 étant supporté par la balance principale 12, par l'intermédiaire de la platine d'essais 37. Dans cette configuration, le moteur électrique 1 et la ligne d'arbre inférieure 19 ne sont pas utilisés, et les rotors sont entraînés par le groupe turbomoteur de l'ensemble propulsif 38. La mesure des efforts est réalisée par la balance principale 12, pour le torseur des efforts induits par le rotor principal, et par le capteur d'efforts, monté sur la platine 40b du bâti auxiliaire 40, pour la mesure de l'effort de poussée du rotor arrière 38f, avec une précision de + 1 % de l'étendue de mesure.
On peut ainsi procéder à tout essai fonctionnel ou de caractérisation dynamique sur l'ensemble propulsif 38 ou ses composants, et enregistrer des paramètres de pilotage, des efforts, contraintes, déformations, températures, accélérations nécessaires à cet effet. On peut également attaquer les commandes de vol de ensemble propulsif 38, par exemple le plateau non-tournant de son dispositif de commande de pas à plateaux cycliques, par des vérins électriques les sollicitant selon des spectres d'endurance programmés. Egalement, la commande des turbines peut être assurée par des actionneurs électriques.
Pour ces raisons, le banc d'essai doit être équipé non seulement de circuits électriques d'alimentation, d'instrumentation, de contrôle commande et de mesure, mais également d'une génération hydraulique de puissance, d'une génération électrique de commande et contrôle du groupe turbomoteur, d'un groupe de lubrification et d'un circuit d'alimentation en carburant.
L'ensemble des fonctions de mesure et de pilotage du banc sur lequel un matériel en essai est monté, comprend les fonctions de pilotage des rotors 21-22, 34, 38a-38b et 38f, et également des groupes motopropulseurs 38d en configuration d'endurance, l'assistance au pilotage des rotors et le suivi du fonctionnement du banc, l'acquisition, le stockage et le traitement des mesures d'essais, avec de préférence une surveillance temporelle d'au moins certains paramètres d'essais, l'acheminement des signaux de mesure et de pilotage entre le matériel en essais et le bâtiment des mesures, ainsi que le conditionnement et la répartition de ces signaux.
Le pilotage et la surveillance de l'installation sont assurés par un opérateur installé devant un pupitre 41 (figure 9) situé dans le bâtiment des mesures, avec vue directe sur l'installation d'essai au travers d'un hublot blindé. Sur ce pupitre 41, des commandes manuelles permettent à l'opérateur de commander les rotors et moteurs thermiques 38d en essai, ainsi que les servitudes (électri ques, hydrauliques, carburants) nécessaires à leur fonctionnement. Sur le pupitre 41, chaque servitude ou système de l'installation comporte ses propres commandes, indicateurs et signalisations nécessaires à son contrôle et à son fonctionnement.En particulier, les indicateurs et signalisations donnent des informations d'état (disponibilité et/ou fonction) portées à la connaissance de l'opérateur sur le pupitre 41, et transmises en parallèles à un système de supervision 42. Les moyens de commande à la disposition de l'opérateur sur le pupitre 41 comprennent également une régie vidéo permettant de visualiser l'installation sous différents angles.
La distance entre le pupitre de pilotage 41, dans le bâtiment des mesures, et le matériel en essais sur le banc, impose l'utilisation de télécommandes électriques pour les actions mécaniques et de pilotage sur les servocommandes des rotors et sur les moteurs thermiques. Le pupitre 41 regroupe non seulement tous les moyens de contrôle-commande des rotors, des moteurs thermiques et des servitudes, mais également des moyens de surveillance et de contrôle du banc d'essais.
Les commandes de pas des rotors 21-22, 34 et 38a-38b et les commandes de gaz des moteurs thermiques 38d sont réalisées en commandant depuis le pupitre 41 le fonctionnement de vérins électriques tels que 26h et 36 agissant directement sur ou comme des actionneurs de commande de pas, équipant les rotors, et sur des actionneurs de commande de gaz, équipant les moteurs thermiques.
Une assistance au pilotage et une supervision sont assurées par un système de supervision 42 regroupant les fonctions d'acquisition des paramètres de pilotage du banc (en 43), de combinaison/décombinaison (en 44) des commandes de pas des rotors, de comparaisons (en 45) à des seuils pour la génération d'alarmes liées au fonctionnement des rotors et des moteurs thermiques, de visualisation (en 46) des paramètres de conduite suivant une présentation du type "planche de bord", de gestion (en 47) d'une base de données en temps réel des paramètres de pilotage, de pilotage (en 48) dans un mode de conduite "assistée", pour la réalisation de cycles automatiques de pilotage, et d'édition d'historiques et de journaux de bord.
La mise en oeuvre est assurée par un automate frontal d'acquisition et de contrôle 43, connecté à un superviseur 46 par liaison spécialisée 49. En plus des blocs d'entrée 50 des commandes analogiques provenant du pupitre 41 et de sortie 51 des ordres analogiques transmis au moteur électrique 1 ainsi qu'à un module 52 d'anticipation automatique, l'automate 43 comprend des blocs 44 combinateurdécombinateur des commandes de pas des rotors et surveillance du domaine de fonctionnement des rotors, un bloc 47 d'asservissement des vérins 26h, 36 de commande des rotors à travers un étage de puissance 53, un bloc 48 d'exécution de séquences automatiques de pilotage du banc, ainsi, bien entendu qu'une unité centrale de traitement 54. La fonction supervision est assurée par un logiciel implanté sur un ordinateur 46.
L'acquisition, le stockage et le traitement des mesures d'essais sont assurés par une chaîne d'acquisition 55 (figure 10) couplée en amont à un conditionneur 56 et en aval à une station de travail spécialisée avec un terminal 57 et un calculateur 58 sur lequel est implanté un progiciel d'acquisition et de traitement permettant, notamment, de configurer et d'identifier les acquisitions, de préparer et d'exécuter les cycles de mesures, et de traiter en temps différé les données acquises et de les restituer graphiquement. Cette station de travail 57, 58 est reliée par une liaison spécialisée 59 au superviseur 46 (figure 9).
La surveillance temporelle permet de suivre en temps réel des paramètres à évolution rapide sur des écrans cathodiques (en 57) et/ou de les enregistrer sur un système 60 de restitution de transitoires, à l'aide d'un système d'acquisition, d'enregistrement et de visualisation des voies, ainsi que de mégascopes et d'une matrice de brassage.
Un premier niveau de brassage est réalisé dans une armoire de brassage, en sortie du conditionneur 56, dans la phase de préparation des essais, et un second niveau de brassage peut être réalisé soit dans la phase préparatoire, soit en cours d'essais, par la matrice de brassage de ce système. Le calculateur 58 est aussi relié à des fichiers de données de base 61 et enregistrées 62.
La collecte, l'acheminement et la répartition des signaux de mesures et de pilotage entre le bâti 4 du banc d'essais supportant les matériels en essais et les différents équipements de conduite et de suivi d'essais sont assurés par des câbles conducteurs fixes de mesures et de pilotage ayant des cheminements séparés dans la galerie technique Sa de mesures s'étendant entre le bâtiment des mesures et le bâti 4 coiffant le moteur électrique 1.
Le conditionnement et la répartition des signaux permettent non seulement la répartition proprement dite des signaux vers les différents systèmes utilisateurs, mais également l'alimentation des capteurs montés sur le banc comme sur les matériels en essais, la mise en forme, le filtrage et le conditionnement des mesures provenant de ces capteurs, l'isolation galvanique des signaux devant être utilisés simultanément sur plusieurs matériels, et le réglage des circuits électroniques de conditionnement. Les signaux de mesures sont regroupés par nature et fonction dans des baies électroniques de conditionnement. Une baie électronique de brassage, située en bout de ligne des câbles conducteurs transmettant les signaux de mesures, effectue la répartition des signaux de mesures vers les différents systèmes utilisateurs. Les signaux de pilotage transitent par une baie électronique séparée, qui réalise la répartition des voies vers les différents organes de contrôle du banc d'essai et des matériels essayés. Les circuits électroniques de conditionnement des mesures nécessaires aux actions de pilotage sont regroupés à l'intérieur d'une même baie de conditionnement. De manière générale, les baies électroniques de conditionnement sont équipées chacune d'au moins un ensemble de réglage comprenant notamment un oscilloscope, un afficheur numérique et une matrice de brassage.
L'installation électrique du banc d'essai assure
- l'alimentation (en 15 kV) d'un transformateur (de 4 MVA) alimentant le moteur électrique 1 (d'une puissance de 3000 kW) et son contrôle-commande,
- la production et la distribution d'un courant (par exemple de 220 V) pour le pilotage des matériels en essai et l'alimentation des mesures associées,
- les distributions d'un courant triphasé (par exemple en 380 V) et d'un courant monophasé (par exemple en 220 V) nécessaires aux différentes servitudes et utilités du banc d'essai, ainsi que
- la mise à la terre des différentes parties de l'installation, et la protection de l'installation contre la foudre.
- l'alimentation (en 15 kV) d'un transformateur (de 4 MVA) alimentant le moteur électrique 1 (d'une puissance de 3000 kW) et son contrôle-commande,
- la production et la distribution d'un courant (par exemple de 220 V) pour le pilotage des matériels en essai et l'alimentation des mesures associées,
- les distributions d'un courant triphasé (par exemple en 380 V) et d'un courant monophasé (par exemple en 220 V) nécessaires aux différentes servitudes et utilités du banc d'essai, ainsi que
- la mise à la terre des différentes parties de l'installation, et la protection de l'installation contre la foudre.
L'alimentation électrique du banc d'essai est réalisée à partir d'un poste haute tension, situé dans le bâtiment des servitudes, et recevant un courant de 15 kV pour alimenter en parallèle le transformateur haute tension/basse tension du moteur électrique 1 et le transformateur 15 kV/380 V fournissant l'énergie électrique au reste de l'installation, par l'intermédiaire d'un tableau général basse tension, qui découpe la distribution basse tension en plusieurs réseaux isolés entre eux et de qualité différente.
Les équipements nécessaires aux essais sont alimentés directement depuis le tableau général basse tension en courant triphasé avec neutre isolé et non distribué, et avec déclenchement au deuxième défaut, pour éviter qu'un défaut d'isolement mineur provoque un arrêt intempestif d'un essai.
Les fonctions nécessaires au pilotage du rotor, ainsi que les mesures associées, sont alimentées par un onduleur délivrant un courant à 220 V et équipé d'une dérivation avec transformateur d'isolement, en régime neutre impédant avec déclenchement au deuxième défaut, pour assurer une continuité d'exploitation en cas de défaut d'isolement et pour commander l'arrêt du rotor principal en essai sur le banc, ainsi que des moteurs thermiques en configuration d'endurance.
Les mesures hors pilotage et les matériels de traitement sont alimentés en courant à 220 V à travers un transformateur d'isolement en régime neutre impédant avec déclenchement au premier défaut, par une protection de type différentiel.
Un hangar mobile (décrit ci-dessous) de protection du bâti 4 et des matériels montés sur ce dernier est alimenté à travers un transformateur d'isolement en courant triphasé de 380 V, dont le neutre est à la terre, avec déclenchement au premier défaut par une protection de type différentiel, pour assurer une meilleure protection des personnels en raison des risques liés à l'environnement.
Les utilités annexes, éclairage, chauffage, climatisation, prises de courant d'entretien, sont alimentées à partir d'un réseau triphasé avec neutre distribué et déclenchement au premier défaut.
Une génération électrique assure la mise en oeuvre du ou des moteurs thermiques groupe turbomoteur dans la configuration d'essai d'endurance. Cette génération électrique, schématisée sur la figure 11, alimente le groupe turbomoteur 63 ainsi que leur contrôle-commande d'une part en courant continu sous tension de 28 V en 64, avec une intensité de 1200 A pendant 2 s et de 400 A pendant 2 min pour la phase de démarrage du groupe turbomoteur 63, et, d'autre part, en courant alternatif triphasé de 115/200 V à 400 Hz en 65, avec une puissance de 1 kVA au niveau du pupitre de commande 41 dans le bâtiment des mesures 66 et de 30 kVA au niveau du bâti 4, pour l'alimentation des instruments équipant l'ensemble propulsif complet 38 en essai en configuration d'endurance.
Le courant continu de 28 V permet également de fournir une intensité limitée d'environ 50 A pendant les phases de réglage, de façon à limiter les conséquences d'un court-circuit accidentel et empêcher tout démarrage intempestif du groupe moteur 63, et pendant les phases de démarrage du groupe moteur 63, avec fourniture d'une forte intensité sur une très courte période, la tension délivrée sur les armoires, montées sur le bâti 4, de contrôlecommande du groupe moteur 63 doit être au minimum de 20 V.
De plus, pendant le fonctionnement du groupe moteur 63, ce courant continu doit être fourni avec une intensité inférieure à 300 A, avec maintien d'une capacité de 100 A après perte du réseau électrique, pour permettre l'arrêt du groupe moteur 63 dans de bonnes conditions, propres à la conservation d'une capacité minimum de contrôle-commande.
La puissance demandée en courant alternatif triphasé doit permettre l'alimentation non seulement des instruments de l'ensemble propulsif complet 38 en essai d'endurance, mais également d'éventuels dispositifs de dégrivrage des pales 38a et des entrées d'air dont cet ensemble 38 peut être muni.
L'alimentation principale de cette génération électrique est assurée par un groupe convertisseur tournant 67, installé dans le bâtiment des servitudes, et capable de fournir 300 A en 28 V continu et 40 kVA en courant alternatif triphasé de 115 V à 400 Hz. Ce groupe convertisseur 67 assure l'alimentation, en phase de réglage, avec une intensité maximum de 50 A, et pendant les phases de démarrage du groupe moteur 63, ce groupe 67 est complété par un redresseur statique 68 capable de fournir une intensité de 900 A. En phase d'essai, l'alimentation est à nouveau assurée par le groupe convertisseur 67, délivrant un courant continu et limité à une intensité inférieure ou égale à 300A.
En cas de perte du réseau électrique par la liaison 69 au tableau général basse tension, le redresseur statique 68 est alimenté en secours par un onduleur 70 de 15 kVA, sur commande de l'opérateur, pour délivrer un courant continu d'une intensité maximum de 100 A.
Un réseau spécifique au groupe convertisseur 67 distribue le courant triphasé alternatif 65 et le courant continu 64 à la fois dans le bâtiment des mesures 66 (pour la salle de commande) et sur la ou les armoires de contrôlecommande du groupe moteur 63, qui est ou sont fixées sur le bâti 4.
Le câble d'alimentation du bâti 4 en courant continu à 28 V est dimensionné pour réduire la chute de tension en ligne, et un coffret 71 de changement de section est fixé au pied du bâti 4 pour que la section du câble souple aboutissant à un connecteur de liaison à l'armoire de contrôlecommande du groupe moteur 63 soit compatible avec ce connecteur.
La génération hydraulique de puissance a pour fonction d'alimenter à débit et pression variables les servo-commandes de vol du rotor principal 34 ou 38a-38b en essai dans les configurations d'essai dynamique et d'essai d'endurance. Ce circuit hydraulique comprend une centrale hydraulique de puissance, installée dans un local spécifique du bâtiment des servitudes, et alimentant un bloc de distribution hydraulique fixé sur le bâti 4. Comme les caractéristiques de réponse en fréquence de ce circuit hydraulique doivent être compatibles avec celles des servocommande des rotors principaux en essai, et comme la longueur des tuyauteries de liaison entre la centrale hydraulique de puissance et lesdites servo-commande peut atteindre deux fois 25 m, le bloc de distribution est également un bloc de régulation de pression et de débit, installé sur le bâti 4 au plus près des servo-commandes, par exemple près de la balance principale 12.
La centrale hydraulique de puissance et le bloc de distribution et de régulation peuvent être chacun télécommandés et réglés depuis le pupitre de commande 41 installé dans le bâtiment des mesures 66.
De manière connue, la centrale hydraulique de puissance comprend principalement un réservoir principal d'huile hydraulique, équipé d'instruments notamment de mesure de températures et de niveaux, une pompe autorégula trice à annulation de débit et de maintien de pression, un groupe de dépollution, un échangeur thermique, du type aéroréfrigérant à basse pression, alimenté par le groupe de dépollution, et capable d'évacuer 40 % de la puissance de la pompe pour une température d'air de 30"C et une température d'huile de 60"C.
La centrale hydraulique, à l'exception de l'aéroré- frigérant, peut être montée sur un châssis sur patins permettant son entrée et sa sortie par une porte du local hydraulique dans le bâtiment des servitudes. L'aéroréfrigérant peut être fixé sur un mur du bâtiment des servitudes, pour évacuer directement les calories à l'extérieur, à travers une trémie de ventilation. Le local hydraulique comprend alors une prise d'air, par exemple en terrasse, et équipée de lamelles de ventilation commandées électriquement par la mise en route de l'aéroréfrigérant.
Sur le bâti 4, le bloc de distribution et de regula- tion comprend un limiteur de pression à commande proportionnelle, un distributeur à commande proportionnelle, un accumulateur oléopneumatique, destiné à compenser le temps de réponse en débit dû à la régulation de la pompe et à la longueur des tuyauteries, et des capteurs de pression et de débit.
Ce circuit est dimensionné pour fournir une pression maximum réglable de 0,7 à 21 MPa, un débit maximum réglable de O à 2 dm3/s, une contre-pression sur le circuit de retour inférieure ou égale à 0,15 MPa pour un débit de 2 dm3/s et une viscosité de 126 centistokes (126 x 10 6 m2/s), pour une température dans le réservoir principal inférieure ou égale à 60"C.
Le groupe mobile de lubrification a pour fonction d'assurer la lubrification et la régulation de température des transmissions mécaniques des ensembles propulsifs complets 38 en essais dans la configuration d'essai d'endurance. Ce groupe est mobile pour pouvoir être placé, à la demande, au pied du bâti 4, et il est télécommandé depuis le pupitre de commande 41 dans le bâtiment des mesures 66.De manière connue, ce groupe de lubrification comprend essentiellement un réservoir d'huile muni de capteurs, notamment de niveaux et de température, une pompe, par exemple à engrenage et à double corps, dont un corps pour la génération hydraulique et l'autre pour la filtration et la régulation de température, un régulateur de pression sur le circuit de lubrification, au moins un échangeur de chaleur, mais de préférence deux, par exemple de type aéroréfrigérant, pouvant être court-circuités par une dérivation, et montés sur le circuit de filtration, des thermo-plongeurs à faible puissance surfacique, par exemple trois thermoplongeurs de 2 kW, et une chaine de régulation de température.
Ce groupe fournit une pression de lubrification réglable entre 0,1 et 1,2 MPa, un débit maximum de lubrification de 2 dm3/s, et une puissance de réfrigération de 150 kW pour une température d'huile de 120"C et une température d'air de 30"C.
Ce groupe comprend un coffret de contrôle-commande complet et se trouve monté sur un châssis, permettant sa manipulation par exemple à l'aide d'un chariot à fourches.
Les commandes de fonctionnement et de réglage ainsi que les indicateurs figurant sur le coffret de contrôle-commande sont dupliqués sur le pupitre de pilotage 41 dans le bâtiment des mesures 66, et le raccordement entre ce pupitre de pilotage 41 et le groupe mobile de lubrification se fait par l'intermédiaire d'une prise multibroche fixée au pied du bâti 4 et reliée au bâtiment des mesures 66 par des câbles passant par la galerie technique des mesures Sa. De manière connue, un système de clé unique empêche que des ordres contradictoires puissent être donnés depuis le pupitre de commande 41 et sur le coffret de contrôle-commande du groupe mobile.
Le banc d'essai est également équipé d'un circuit d'alimentation en carburant, schématisé sur la figure 12, pour alimenter le groupe turbomoteur 63 d'un ensemble propulsif complet 38 en essai d'endurance. Ce circuit comprend le réservoir tampon 10 (par exemple de 300 dm3), situé dans le caisson formé par la virole tronconique 4c du bâti 4 (voir figure 2), par exemple monté sous la bride supérieure 4d de ce bâti 4, au-dessus du moteur électrique 1, et alimenté en carburant à partir d'une cuve de stockage 72 (par exemple de 60 m3) enterrée dans une fosse près du bâtiment des servitudes, en bordure de l'aire d'essai. Deux pompes de gavage 73 alimentant le groupe moteur 63 et faisant partie de l'ensemble propulsif complet 38, se fixent sur le fond du réservoir tampon 10.La cuve de stockage 72 comprend une double enveloppe et un dispositif 74 de détection de carburant ainsi qu'une tuyauterie de remplissage 75 et un évent 76. Le transfert du carburant de la cuve 72 vers le réservoir tampon 10 est assuré par une pompe 77 de transfert ayant un débit d'alimentation de 1500 l/h et intégré dans un caisson en bordure de l'aire d'essai, et sa tuyauterie 78 de liaison avec le réservoir tampon 10 transite, jusqu'au bâti 4, dans un caniveau en pente vers la cuve 72.
Le réservoir tampon 10 comprend des détecteurs 79 de niveaux commandant la mise en marche et l'arrêt de la pompe de transfert 77. Ce réservoir 10 est également équipé d'un évent 80, d'une surverse 81 et d'une tuyauterie de vidange rapide 82, isolée par une électrovanne de sécurité 83, cette tuyauterie 82 et la surverse 81 retournant le carburant vers la cuve de stockage 72. Les commandes et indicateurs d'étant de ce circuit d'alimentation de carburant sont regroupés sur le pupitre de pilotage 41 dans le bâtiment des mesures 66.
Le banc d'essai est également équipé d'une installa tion de protection contre l'incendie du bâti 4. Cette protection est nécessaire en raison de la présence de carburant (kérosène) dans le réservoir tampon 10 dans le bâti 4. Cette installation comprend un système de détection à boucle de détecteurs de fumée et à boucle de détecteurs d'ionisation, qui détecte tout début d'incendie à l'intérieur du bâti 4, dans la virole cylindrique 4a autour du moteur électrique 1 et dans le caisson 4c de servitudes du bâti 4, et l'installation en assure l'extinction de façon automatique par projection d'un agent d'extinction tel que le halon, facile à mettre en oeuvre de façon automatique, neutre vis-à-vis des matériels électriques, sans danger pour les personnels en cas de déclenchement intempestif, et pouvant être stocké dans l'ambiance du caisson 4c de servitudes du bâti 4, dont la température peut dépasser SO0C en condition extrême.
Afin que le bâti 4 soit sensiblement étanche, des panneaux sont boulonnés sur les trappes d'accès 4f aux excitatrices du moteur électrique 1, et une porte étanche est montée sur l'accès au caisson 4c de servitude du bâti 4.
Les circuits électroniques de l'installation de protection contre l'incendie sont implantés dans la salle de commande du bâtiment des mesures 66, et l'opérateur dispose sur le pupitre de commande 41 d' un moyen de commande manuelle du déclenchement de cette installation. Un second moyen de commande manuelle situé au pied du bâti 4 permet également de déclencher manuellement l'installation pour assurer l'extinction.
L'accès aux différents équipements fixés sur le ou autour du bâti 4, ainsi qu'aux matériels en essais (sauf le rotor arrière 38f, la boîte de transmission auxiliaire et l'arbre de transmission arrière 38e), est facilité par des passerelles d'accès amovibles, pour la discrétion aérodynamique dans la configuration d'essai de performance, mais suffisamment résistantes pour résister aux efforts générés par les rotors en essai dans les configurations d'essai d'endurance et dynamique, pendant lesquels ces passerelles peuvent rester en place. De préférence, elles sont complétées par une nacelle automotrice téléscopique, facilitant l'accès des personnels intervenants et l'amenée de matériels aux différents niveaux.Les passerelles sont constituées par deux structures tubulaires, en alliage léger, équipées de planchers réalisés en profilés supportant des tôles, et chacune des structures est munie de roulettes orientables, pour son déplacement, chaque roulette étant associée à un vérin d'appui au sol et à un tendeur d'ancrage au sol. Les deux passerelles se fixent de part et d'autre du bâti 4, dont elles sont découplées, en étant reliées solidement entre elles, à différents niveaux, par des attaches rapides.
Les planchers des passerelles définissent des niveaux d'intervention déterminés pour assurer l'accès aux matériels en essais dans les différentes configurations, ainsi qu'au caisson 4c de servitudes sur le bâti 4, l'accès aux différents niveaux étant assuré par des échelles, de préférence intégrées à la structure des passerelles. En cas de besoin, sur au moins une passerelle, une partie du plancher permettant l'accès à un groupe propulsif complet 38 en configuration d'essai d'endurance, est amovible pour laisser place à l'outil-poutre de queue 39 et aux moyens de fixation de cet outil 39 sur le bâti 4, dans cette configuration d'endurance.
Pour accéder à un rotor principal (21-22) en configuration d'essai de performance, les passerelles seront complétées par une rehausse de passerelle amovible, constituée de deux demi-coquilles fixées chacune de manière amovible sur l'une des passerelles et solidement reliées l'une à l'autre par des attaches rapides, et associées à une échelle. Mais, pendant les essais de performance, les deux demi-coquilles sont démontées, et les deux passerelles sont éloignées du bâti 4, et sont par exemple abritées sous un hangar mobile de protection, en position de repli.
Le bâtiment des mesures 66 peut comporter deux niveaux, dont l'un, au niveau de la dalle 3 de l'aire d'essai, reçoit les baies de conditionnement des mesures et de brassage des signaux, et peut s'ouvrir directement sur l'aire d'essai par une porte, verrouillée électriquement quand il y a nécessité, pour l'accès direct au bâti 4, tandis qu'un hublot blindé permet l'observation directe du bâti 4 depuis les baies électroniques. L'autre niveau, au premier étage, reçoit les moyens d'acquisition et de traitement des mesures, ainsi que le pupitre de pilotage 41, placé en face d'un hublot blindé dimensionné pour donner une vue complète du bâti 4 et des matériels en essais.
Le bâtiment des servitudes abrite les alimentations électriques haute tension et basse tension du banc d'essai, ainsi que les servitudes électriques et hydrauliques.
Les deux bâtiments communiquent par un caniveau dans lequel s'étendent les câbles d'alimentation du bâtiment des mesures 66 depuis le bâtiment des servitudes, et les câbles de télécommande des servitudes depuis le bâtiment des mesures 66.
Le bâtiment des servitudes communique avec le bâti 4 par l'une des galeries techniques, dite galerie des servitudes 56, dans laquelle s'étendent les câbles électriques de puissance ainsi que les conduites de liaisons fluides pour l'alimentation hydraulique du banc et la ventilation du moteur électrique 1.
Le bâtiment des mesures 66 est relié au bâti 4 par l'autre galerie technique 5a, dite des mesures, dans laquelle s'étendent les câbles des voies de mesures et des voies de commande du banc et des appareillages en essais.
L'aire d'essai est équipée, sur son périmètre, d'une protection destinée à arrêter les éventuels projectiles provenant des rotors en essai. Cette protection est constituée de poteaux métalliques verticaux supportant des filets, et a la forme d'au moins un arc de cercle autour du bâti 4 et qui se prolonge en un couloir de largeur suffisante pour le passage du hangar mobile de protection, circulant sur deux rails montés sur l'aire d'essai.
Le hangar mobile a pour fonction, en dehors des phases actives d'essais, d'assurer la discrétion des matériels montés hors rotation et de constituer un abri permettant la préparation des essais dans de bonnes conditions et la conservation du bâti 4 et des matériels associés à l'abri des intempéries, et de fournir l'éclairage et les moyens de manutention, notamment de levage, nécessaires aux manutentions des matériels à essayer, et, en phases actives d'essais, de dégager le bâti 4 et les moyens en essais, pour des raisons de discrétion aérodynamique. En dehors des essais, la position dégagée du hangar permet également l'accès sur l'aire d'essai de véhicules et charges exceptionnelles.Le hangar a une forme en plan rectangulaire, et ses deux côtés perpendiculaires aux rails sont équipés de portes dégageant de grandes ouvertures, dont l'une au moins est suffisamment grande pour le passage autour du bâti 4 et du plus grand rotor principal admissible en essais.
De manière connue, l'ossature du hangar peut être constituée de plusieurs portiques à simple nef, espacés les uns des autres et liés entre eux, en toiture, par des poutres et sur les grands côtés par des contreventements triangulés pour la stabilité longitudinale. Pour le déplacement du hangar, chaque portique est équipé à ses pieds de deux galets motorisés se déplaçant sur les rails de roulement. Pour empêcher le patinage des galets sur les rails, lors d'un déplacement du hangar face à un vent important, des lests en béton sont solidaires de chaque portique pour assurer un appui suffisant des galets sur les rails. Les galets sont associés à des pinces anti-envol, manoeuvrées par un circuit hydraulique, pour maintenir le hangar en appui sur les rails par vent extrême.De plus, des vérins accrochés par des chapes et des manilles à des anneaux ancrés dans les supports des rails immobilisent le hangar en translation, et empêchent son glissement sur les rails par vent fort.
Enfin, la porte de grande taille du hangar, pour passage autour du bâti 4 équipé d'un rotor principal, est une porte coulissante, constituée de deux ensembles de ventaux articulés entre eux et se déplaçant latéralement pour se ranger le long des grands côtés, en position ouverte. Ces ventaux sont guidés et portés par des chemins de roulement situés en partie basse. Pour permettre le passage du hangar au-dessus du bâti 4, les parties transversales des deux chemins de roulement sont supportées par des consoles pivotantes, qui se replient le long des grands côtés du hangar lorsque la porte est ouverte.
L'installation ainsi décrite constitue un banc d'essai complet et polyvalent permettant d'effectuer dans d'excellentes conditions les essais de performance, dynamique et d'endurance sur pratiquement tous les types de rotors d'hélicoptères.
Claims (20)
1. Banc d'essai de rotors de giravions, en particulier d'hélicoptères, caractérisé en ce qu'il comprend
- un moteur électrique (1) à axe sensiblement vertical, ancré dans un massif de fondation (2) sur une aire d'essais (3) sensiblement horizontale, et destiné à entraîner au moins des pales (22) d'un rotor principal au moins en configuration d'essai de performance,
- un bâti mécanique principal (4), à structure de coque abritant le moteur électrique (1), et également ancré dans le massif de fondation (2),
- une transmission (18), comprenant au moins une ligne d'arbre inférieure (19) au-dessus du moteur électrique (1) et entraînée en rotation par ce dernier, et supportée par le bâti principal (4) en étant guidée dans ce dernier en alignement et dans le prolongement de l'arbre de sortie (lb) du moteur électrique (1),
- un interface de mesure du torseur d'efforts généré par au moins lesdites pales (22) du rotor principal au moins en configuration d'essai de performance, ledit interface comprenant une balance principale (12) supportée par le bâti principal (4),
- une rehausse (14) de bâti, également à structure de coque, de forme convergente vers le haut, et montée sur la balance principale (12) en configuration d'essai de performance des pales (22) d'un rotor principal,
- au moins une ligne d'arbre supérieure (20) de la transmission (18), supportée et guidée dans la rehausse (14) de sorte à être entraînée en rotation par la ligne d'arbre inférieure (19) dans le prolongement de laquelle ladite ligne d'arbre supérieure (20) se raccorde par des moyens d'accouplement (20a),
- un mât rotor principal à poussée inverse (17), équipé de moyens (26) de commande du pas des pales (22), et monté sur la rehausse (14) de sorte à prolonger ladite ligne d'arbre supérieure (20) en étant solidaire en rotation de cette dernière, et constituant un interface d'entraînement en rotation d'au moins un outil-moyeu (21) de rotor à poussée inverse, destiné à supporter lesdites pales (22) de rotor principal à pas variable inversées, en présentant leur surface d'extrados vers le sol, de sorte que par l'entraînement desdites pales (22) par le moteur électrique (1) dans le sens de rotation contraire au sens normal de rotation desdites pales (22), une poussée est excercée vers le bas sur le mât rotor principal à poussée inverse (17), en configuration d'essai de performance des pales (22).
2. Banc d'essai selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit mât à poussée inverse (17) est accouplé en rotation à la ligne d'arbre supérieure (20) par l'intermédiaire d'un interface de mesure de la puissance d'entraînement comprenant un couplemètre (24).
3. Banc d'essai selon la revendication 2, caractérisé en ce que le couplemètre (24) est un tronçon d'arbre tubulaire monté solidaire en rotation autour de la base (23b) dudit mât à poussée inverse (17) et présentant une partie axiale amincie (24b) équipée de jauges de contraintes.
4. Banc d'essai selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit mât à poussée inverse (17) est monté en rotation et supporté sur un interface de mesure de la poussée axiale desdites pales (22) de rotor principal en essai de performance, ledit interface comprenant une seconde balance (16) supportée par la rehausse (14).
5. Banc d'essai selon la revendication 4, caractérisé en ce que la seconde balance (16) comprend deux plateaux rigides, annulaires, plats et sensiblement horizontaux, dont l'un est un plateau inférieur (16a) fixé sur le sommet de la rehausse (14), et l'autre un plateau supérieur (16b) supportant un palier (25) de rotation du mât à poussée inverse (17).
6. Banc d'essai selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit mât à poussée inverse (17) est équipé d'un dispositif de commande du pas (26) des pales (22) en essai de performance, ledit dispositif comprenant un mécanisme à plateaux cycliques (26c, 26e) actionné par trois vérins électriques (26h).
7. Banc d'essai selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit mât à poussée inverse (17) comprend un arbre central tubulaire (23) logeant des conducteurs électriques d'au moins une chaîne de mesures et/ou de pilotage du banc.
8. Banc d'essai selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdites lignes d'arbre inférieure (19) et supérieure (20) de la transmission (18) et l'accouplement (19e-20a) qui les solidarise en rotation sont tubulaires et logent des conducteurs électriques d'au moins une chaîne de mesure et/ou de pilotage du banc.
9. Banc d'essai selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les lignes d'arbre supérieure (20) et inférieure (19) de la transmission (18) sont solidarisées en rotation l'une à l'autre par un accouplement (19e-20a) à cannelures axiales, entre deux demi-accouplements à dentures (19d, 20b) associés chacun à un flector (19i, 20f), et respectivement au mât à poussée inverse (17) et à l'arbre (lb) de sortie du moteur électrique (1) par des demi-accouplements à dentures respectivement supérieur (20d) et inférieur (19a).
10. Banc d'essai selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les lignes d'arbre supérieure (20) et inférieure (19) de la transmission (18) ont chacune leur partie supérieure guidée en rotation et retenue par l'un respectivement de deux paliers (25, 19g) supportés respectivement par la rehausse (14) et le bâti principal (4).
11. Banc d'essai selon la revendication 10 telle que rattachée à la revendication 5, caractérisé en ce que le palier de retenue et guidage en rotation de la ligne d'arbre supérieure (20) est le palier (25) supporté par le plateau supérieur (16b) de la seconde balance (16) et dans lequel le mât à poussée inverse (17) est monté en rotation.
12. Banc d'essai selon l'une quelconque des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que la balance principale (12) comprend deux plateaux rigides, annulaires, plats et sensiblement horizontaux, dont l'un est un plateau inférieur (12a) fixé sur le sommet du bâti principal (4), et l'autre un plateau supérieur (12b) supportant le palier (19g) de retenue et guidage en rotation de la ligne d'arbre inférieure (19) sur le bâti principal (4).
13. Banc d'essai selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le bâti principal (4) et le moteur électrique (1) sont fixés sur une embase commune comprenant une plaque rigide et annulaire (7) d'ancrage dans le massif de fondation (2).
14. Banc d'essai selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la structure en coque du bâti principal (4) a une rigidité telle qu'elle présente une fréquence propre supérieure à environ 30 Hz dans les six degrés de liberté.
15. Banc d'essai selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le bâti principal (4) présente une forme cylindro-conique et comprend, en partie basse, une virole cylindrique (4a) entourant le moteur (1) et prolongée, en partie haute, par une virole tronconique (4c) convergent vers le haut et formant un caisson équipé d'un plancher technique (9) au-dessus du moteur électrique (1).
16. Banc d'essai selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le moteur électrique (1) est réversible, et le mât à poussée inverse (17), la ligne d'arbre supérieure (20) de la transmission (18) et la rehausse (14) sont des éléments amovibles utilisés unique ment en configuration d'essai de performance de pales (22) d'un rotor principal, et destinés à être respectivement relié de manière amovible auxdites pales (22) par l'interm6- diaire dudit outil-moyeu (21), accouplée par des moyens d'accouplement amovibles (19e-20a) à la ligne d'arbre inférieure (19) et fixée par des moyens de fixation démontables (11) sur la balance principale (12), qui constitue, après dépose de la rehausse (14), du mât à poussée inverse (17) et de la ligne d'arbre supérieure (20), une plateforme de support d'au moins un rotor principal (34) en configuration d'essai dynamique, et destiné à être entraîné par le moteur électrique (1) dans le sens de rotation contraire à celui des pales (22) en configuration d'essai de performance, ou d'au moins un ensemble propulsif (38) en configuration d'essai d'endurance et comprenant un rotor principal (38a-38b) et au moins un moteur thermique (38d) d'entralne- ment dudit rotor principal (38a-38b), de sorte que le banc d'essai est polyvalent.
17. Banc d'essai selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'en configuration d'endurance, il comprend également un outil-poutre de queue (39), dont une partie avant (39a) se fixe par des moyens de fixation amovibles sur le bâti principal (4), et dont une partie arrière supporte un rotor anti-couple (38f) de l'ensemble propulsif (38) et sa boîte de transmission auxiliaire reliée par un arbre de transmission (38e) à une boîte de transmission principale appartenant également à l'ensemble propulsif (38) dont elle entraîne le rotor principal (38a-38b).
18. Banc d'essai selon la revendication 17, caractérisé en ce que la partie avant (39a) dudit outil-poutre de queue (39) est annulaire et se fixe de manière amovible autour de la balance principale (12) et sur le sommet du bâti principal (4).
19. Banc d'essai selon l'une des revendications 17 et 18, caractérisé en ce que ledit outil-poutre de queue (39) comprend, dans sa partie centrale, une partie de découplage souple (39b) autour d'un axe sensiblement vertical.
20. Banc d'essai selon l'une quelconque des revendications 17 à 19, caractérisé en ce qu'il comprend également un bâti mécanique auxiliaire (40) en appui sur l'aire d'essai (3) au niveau du rotor anti-couple (38f) et muni d'une platine (40b), montée de préférence réglable en hauteur sur le bâti auxiliaire (40), et destinée à supporter un interface de mesure de la poussée transversale du rotor anti-couple (38f).
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