FR2761438A1

FR2761438A1 - MECHANICAL SHOCK ABSORBER

Info

Publication number: FR2761438A1
Application number: FR9803378A
Authority: FR
Inventors: Werner Seidl
Original assignee: Eurocopter Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Helicopters Deutschland GmbH
Priority date: 1997-03-21
Filing date: 1998-03-19
Publication date: 1998-10-02
Anticipated expiration: 2018-03-19
Also published as: DE19711846A1; FR2761438B1; DE19711846C2

Abstract

L'amortisseur mécanique d'oscillations comprend un dispositif formant ressort transmettant la charge entre l'élément de structure et la structure porteuse, et un levier de transmission (16) relié de façon articulée et pivotante, dans la direction d'actionnement de l'élément de structure, à l'élément de structure et à la structure porteuse, doté à l'extrémité libre du levier d'une masse oscillante (18, 32) . Le dispositif formant ressort comprend un soufflet élastique métallique (8) , et le levier de transmission (16) est disposé, en s'étendant au dessus du soufflet élastique, avec la masse oscillante (18, 32) d'un côté du soufflet élastique et la liaison articulée (20, 24) du levier de transmission du côté opposé.The mechanical oscillation damper comprises a spring device transmitting the load between the structural element and the supporting structure, and a transmission lever (16) connected in an articulated and pivotable manner, in the direction of actuation of the structural element, to the structural element and to the support structure, provided at the free end of the lever with an oscillating weight (18, 32). The spring device comprises a metal elastic bellows (8), and the transmission lever (16) is arranged, extending above the elastic bellows, with the oscillating mass (18, 32) on one side of the elastic bellows and the articulated link (20, 24) of the transmission lever on the opposite side.

Description

Amortisseur mécanique d'oscillations La présente invention concerne unThe present invention relates to a mechanical oscillation damper.

amortisseur mécanique d'oscillations se composant d'un système formant ressort et masse disposé entre un élément de structure actionné de façon dynamique et une structure porteuse, comprenant un dispositif formant ressort agissant, de façon à transmettre la charge, entre l'élément de structure et la structure porteuse, et un levier de transmission relié de façon articulée et pivotante, dans la direction d'actionnement de l'élément de structure, d'une part à l'élément de structure et d'autre part, à la structure porteuse, le levier présentant, en s'étendant au dessus du dispositif formant ressort, d'un côté du dispositif formant ressort la liaison articulée, et, du côté mechanical oscillation damper consisting of a spring and mass system arranged between a dynamically actuated structural element and a load-bearing structure, comprising a spring device acting, so as to transmit the load, between the structural element and the supporting structure, and a transmission lever articulated and pivotally connected, in the direction of actuation of the structural element, on the one hand to the structural element and on the other hand, to the supporting structure , the lever having, extending above the spring device, on one side of the spring device the articulated connection, and, on the side

opposé, la masse oscillante.opposite, the oscillating mass.

Les amortisseurs hydrauliques ou mécaniques d'oscillations, tels qu'ils peuvent par exemple, trouver une application dans les hélicoptères, pour préserver la cabine de l'hélicoptère des contraintes dynamiques exercées par le système d'entraînement du rotor, comprennent un système formant ressort et masse actionné mécaniquement ou hydrauliquement par l'élément de structure oscillant, ce système étant agencé de telle sorte qu'une élimination des fractions de forces dynamiques est localement réalisée sur la structure porteuse, de telle sorte que, en cas d'anti-résonance, pratiquement aucune oscillation n'est plus transmise de l'élément de structure à la structure porteuse. En raison d'une action fortement amortissante conjointement à une masse oscillante moindre, de tels amortisseurs d'oscillations requièrent un rapport de transmission élevé et un dispositif formant ressort qui possède une faible rigidité élastique, mais doit simultanément présenter une résistance aux oscillations élevée, afin de résister longtemps aux fractions de charges dynamiques et statiques. De tels amortisseurs d'oscillations sont en outre fréquemment l'objet de limitations strictes de poids et d'espace, en particulier dans l'aéronautique. Ces exigences ne sont satisfaites par les amortisseurs d'oscillations connus que dans une certaine mesure: on connait ainsi, d'après le DE 29 51 526 C2, des amortisseurs d'oscillation avec une transmission hydraulique qui se compose d'espaces hydrauliques partiels de tailles différentes communiquant entre eux et respectivement circonscrits par un soufflet élastique métallique. Etant donné que les soufflets élastiques subissent, outre les fractions de charges dynamiques et statiques, également les modifications de pression hydraulique à l'intérieur, ils doivent posséder une épaisseur de paroi relativement importante et, de ce fait, dans le cas de caractéristique élastique molle de façon correspondante, ils doivent également présenter une longueur hors tout importante. Un autre ressort est requis pour l'augmentation de la pression statique de fluide dans la transmission hydraulique, afin d'empêcher que ne se produisent des phénomènes de cavitation pendant la course de détente de la masse oscillante dans les espaces hydrauliques partiels. Du fait de la disposition de ressorts multiples et de la grande longueur de ressort, de tels amortisseurs d'oscillations nécessitent en conséquence un volume et un poids de construction élevés par rapport à l'effet Hydraulic or mechanical oscillation dampers, such as they can for example find an application in helicopters, to preserve the cabin of the helicopter from the dynamic stresses exerted by the rotor drive system, include a spring system and mass actuated mechanically or hydraulically by the oscillating structural element, this system being arranged so that elimination of the fractions of dynamic forces is locally carried out on the supporting structure, so that, in the event of anti-resonance , practically no oscillation is transmitted from the structural element to the supporting structure. Due to a strongly damping action together with a lower oscillating mass, such oscillation dampers require a high transmission ratio and a spring device which has a low elastic rigidity, but must simultaneously have a high oscillation resistance, in order resist long-term fractions of dynamic and static charges. Such oscillation dampers are also frequently subject to strict weight and space limitations, in particular in aeronautics. These requirements are only met to a certain extent by known oscillation dampers: DE 29 51 526 C2 therefore discloses oscillation dampers with a hydraulic transmission which consists of partial hydraulic spaces of different sizes communicating with each other and respectively circumscribed by a metallic elastic bellows. Since the elastic bellows undergo, in addition to the fractions of dynamic and static loads, also the changes in hydraulic pressure inside, they must have a relatively large wall thickness and, therefore, in the case of soft elastic characteristic correspondingly, they must also have a significant overall length. Another spring is required for increasing the static fluid pressure in the hydraulic transmission, in order to prevent cavitation phenomena occurring during the expansion stroke of the oscillating mass in the partial hydraulic spaces. Due to the arrangement of multiple springs and the long spring length, such oscillation dampers therefore require a high volume and construction weight compared to the effect.

d'amortissement susceptible d'être obtenu. depreciation that can be obtained.

On connaît en outre d'après le US 3 322 379 un amortisseur mécanique d'oscillations de la technique mentionnée au départ, qui se compose d'un levier de transmission doté à l'extrémité libre du levier d'une masse oscillante, relié de façon articulée, d'une part, à l'élément de structure actionné de façon dynamique et, d'autre part, à la structure porteuse, ainsi que d'un dispositif formant ressort cylindrique qui agit Also known from US 3,322,379 is a mechanical oscillation damper of the technique mentioned at the outset, which consists of a transmission lever provided at the free end of the lever with an oscillating mass, connected to articulated, on the one hand, to the dynamically actuated structural element and, on the other hand, to the supporting structure, as well as a cylindrical spring device which acts

entre l'élément de structure et la structure porteuse. between the structural element and the supporting structure.

Le besoin d'espace, de toute façon d'emblée important, pour le dispositif formant ressort cylindrique volumineux, en cas de flexibilité élastique et de résistance aux oscillations suffisantes, se trouve encore augmenté de la longueur hors tout du système mécanique oscillant à levier, de telle sorte que cet amortisseur d'oscillations nécessite lui aussi un espace de construction considérable qui, fréquemment, The need for space, in any case immediately important, for the device forming a voluminous cylindrical spring, in the event of elastic flexibility and sufficient resistance to oscillations, is further increased by the overall length of the mechanical oscillating lever system, so that this oscillation damper also requires considerable construction space which, frequently,

n'est pas disponible.is not available.

La présente invention a pour but de concevoir un amortisseur d'oscillations de la technique mentionnée au départ de telle sorte qu'il dispose d'une durée de vie importante, d'une forte action amortissante et d'une grande résistance aux oscillations, et, simultanément, possède un volume de The object of the present invention is to design an oscillation damper of the technique mentioned at the outset so that it has a long service life, a strong damping action and a high resistance to oscillations, and , simultaneously, has a volume of

montage très restreint.very limited mounting.

Ce but est atteint selon la présente invention par l'amortisseur d'oscillations du type précédent, caractérisé en ce que le dispositif formant ressort est un soufflet élastique en titane qui présente un faible rapport entre diamètres intérieur et extérieur. En accord avec la présente invention, on produit, par l'utilisation d'un soufflet élastique individuel, sollicité de façon purement mécanique, et de ce fait malgré une grande flexibilité élastique et une grande résistance aux oscillations, de construction très compacte, en liaison avec la disposition emboîtée du soufflet élastique et du système mécanique à levier, un amortisseur d'oscillations qui, par rapport à l'action amortissante et à la durée de vie potentielles, possède un volume de construction exceptionnellement réduit et qui peut être logé sans problème, y compris dans des conditions d'espaces très étroits, par exemple, dans le cas d'hélicoptères, entre This object is achieved according to the present invention by the oscillation damper of the previous type, characterized in that the spring device is an elastic bellows made of titanium which has a low ratio between inside and outside diameters. In accordance with the present invention, by the use of an individual elastic bellows, which is produced in a purely mechanical manner, is produced, and therefore despite great elastic flexibility and great resistance to oscillations, of very compact construction, in connection with the interlocking arrangement of the elastic bellows and the mechanical lever system, an oscillation damper which, in relation to the damping action and the potential lifetime, has an exceptionally reduced construction volume and which can be accommodated without problem , including in very narrow space conditions, for example, in the case of helicopters, between

le mécanisme du rotor et la structure de la cabine. the rotor mechanism and the cabin structure.

Selon une autre conception avantageuse de la présente invention, la masse oscillante, en vue d'un rétrécissement supplémentaire du volume de construction, est de façon appropriée conçue sous forme d'un corps annulaire ouvert d'un côté et enveloppant partiellement, avec un décalage radial, dans le sens longitudinal et périphérique, le soufflet élastique sur According to another advantageous design of the present invention, the oscillating mass, with a view to further shrinking of the construction volume, is suitably designed in the form of an annular body open on one side and partially enveloping, with an offset radial, in the longitudinal and peripheral direction, the elastic bellows on

la surface extérieure de ce dernier. the outer surface of the latter.

Selon une version intéressante de l'invention, le soufflet élastique possède de préférence un faible rapport entre diamètre intérieur et diamètre extérieur, afin de pouvoir ainsi obtenir de façon simple une profondeur de plis importante, et, en According to an interesting version of the invention, the elastic bellows preferably has a low ratio between inside diameter and outside diameter, in order to be able to thus obtain in a simple manner a significant depth of folds, and, in

conséquence, une faible rigidité élastique. as a result, low elastic rigidity.

Dans l'optique d'un comportant d'élasticité favorable et d'une résistance aux oscillations élevée, le soufflet élastique est avantageusement fabriqué de façon appropriée en titane, et pour ce qui concerne l'aspect d'une grande profondeur de plis, il est recommandé d'assembler le soufflet élastique de façon simple en terme de fabrication à partir de ronds individuels préfabriqués, qui, au niveau de leur bord intérieur et extérieur sont soudés par bombardement électronique, pour des raisons de grande solidité et In view of having a favorable elasticity and a high resistance to oscillations, the elastic bellows is advantageously made of titanium suitably, and as regards the appearance of a large depth of folds, it is recommended to assemble the elastic bellows in a simple way in terms of manufacture from individual prefabricated rounds, which, at their inner and outer edge are welded by electronic bombardment, for reasons of great strength and

qualité de la soudure.weld quality.

Lorsque l'amortisseur d'oscillations est utilisé dans un hélicoptère pour réduire les oscillations transmises du système du rotor à la structure de la cabine, le soufflet élastique est alors raccordé de façon appropriée, à son extrémité côté rotor, à la structure de la cabine, et à son extrémité opposée, au système du rotor, ce qui garantit que le soufflet élastique est, en cours de vol, sollicité en pression sous l'influence des forces portantes transmises par le système du rotor à la structure de la cabine et, que, de ce fait, sa capacité de fonctionnement est conservée, au moins encore dans une mesure limitée, en cas de crique superficielle de When the oscillation damper is used in a helicopter to reduce the oscillations transmitted from the rotor system to the cabin structure, the elastic bellows is then appropriately connected, at its end on the rotor side, to the cabin structure , and at its opposite end, to the rotor system, which guarantees that the elastic bellows is, during flight, stressed under pressure under the influence of the bearing forces transmitted by the rotor system to the cabin structure and, that, therefore, its operating capacity is preserved, at least to a limited extent, in the event of a surface crack of

fatigue ou d'une autre rupture locale. fatigue or other local rupture.

Selon un autre mode préféré de conception de la présente invention, la longueur de levier efficace entre la masse oscillante et la liaison articulée du levier de transmission et, de ce fait, la fréquence d'antirésonance de l'amortisseur d'oscillations, peuvent être modifiées de façon motorisée, comme ceci est souhaité, essentiellement dans le cas d'hélicoptères modernes, qui sont entraînés par un According to another preferred embodiment of the present invention, the effective lever length between the oscillating mass and the articulated connection of the transmission lever and, therefore, the anti-resonance frequency of the oscillation damper, can be modified in a motorized manner, as desired, mainly in the case of modern helicopters, which are driven by a

régime de rotor variable.variable rotor speed.

Enfin, avantageusement, les liaisons articulées se composent, en vue d'une conception à faible usure, de paliers en élastomères faiblement Finally, advantageously, the articulated connections are composed, for a low wear design, of bearings made of weakly elastomers

amortissants.shock absorbing.

La présente invention sera désormais davantage explicitée sur la base d'un exemple de forme de réalisation à rapprocher des dessins. On a illustré en représentation très schématisée: - à la figure 1: une vue latérale partiellement coupée d'un amortisseur mécanique d'oscillations; et - à la figure 2: une coupe le long de la The present invention will now be further explained on the basis of an exemplary embodiment to be compared with the drawings. There is illustrated in very schematic representation: - in Figure 1: a partially cut side view of a mechanical oscillation damper; and - in Figure 2: a section along the

ligne II de la figure 1.line II of figure 1.

L'amortisseur d'oscillations illustré dans les figures est disposé entre un élément de structure actionné de façon dynamique 2 et une structure porteuse 4, par exemple entre le système d'entraînement du rotor et la structure de la cabine d'un hélicoptère, et sert à transmettre à la structure de cabine 4 les fractions de charges statiques L1, c'est-à-dire les forces portantes générées par le système du rotor en cours de vol, et à préserver en revanche la structure de cabine 4 des fractions de charges dynamiques L2. A cet effet, l'amortisseur d'oscillations comporte un système à levier généralement identifié en 6, ainsi qu'un ressort disposé de façon à transmettre la charge entre le mécanisme du rotor 2 et la structure de la cabine 4 sous la forme d'un soufflet élastique formant ressort 8, qui, au niveau de son extrémité côté mécanisme 10 est fixé à la structure de la cabine 4 et, au niveau de son extrémité opposée 12, est raccordé par l'intermédiaire d'un tirant 14 au mécanisme d'entraînement du rotor 2, de telle sorte qu'il est constamment soumis à une charge de pression en cours de vol, sous l'action des forces portantes alors transmises du système d'entraînement du rotor 2 à la The oscillation damper illustrated in the figures is arranged between a dynamically actuated structural element 2 and a supporting structure 4, for example between the rotor drive system and the structure of the cabin of a helicopter, and is used to transmit to cabin structure 4 the fractions of static loads L1, that is to say the load-bearing forces generated by the rotor system during flight, and on the other hand to preserve cabin structure 4 from the fractions of dynamic loads L2. To this end, the oscillation damper comprises a lever system generally identified in 6, as well as a spring arranged so as to transmit the load between the mechanism of the rotor 2 and the structure of the cabin 4 in the form of an elastic bellows forming a spring 8, which, at its end on the mechanism side 10 is fixed to the structure of the cabin 4 and, at its opposite end 12, is connected by means of a tie rod 14 to the mechanism d drive of the rotor 2, so that it is constantly subjected to a pressure load during flight, under the action of the bearing forces then transmitted from the drive system of the rotor 2 to the

structure de la cabine 4.cabin structure 4.

Le système oscillant à levier 6 se compose d'un levier de transmission 16 qui s'étend diamétralement au-dessus du soufflet élastique 8 et qui est doté au niveau de son extrémité de levier libre d'une masse oscillante 18 qui, comme cela apparaît au mieux à la figure 2, entoure le soufflet élastique 8 en formant un arc de cercle avec un décalage radial. Au niveau de son autre extrémité, le levier de transmission 16 est relié de façon pivotante, dans la direction des fractions de charges statiques et dynamiques L1, L2, à la structure de la cabine 4 par l'intermédiaire d'une articulation pivotante, se présentant sous forme d'un palier en élastomère 20 et d'un bras oscillant intermédiaire 22, et est relié de façon pivotante au mécanisme du rotor 2 par The lever oscillating system 6 consists of a transmission lever 16 which extends diametrically above the elastic bellows 8 and which is provided at its free lever end with an oscillating mass 18 which, as it appears at best in FIG. 2, surrounds the elastic bellows 8 by forming an arc of a circle with a radial offset. At its other end, the transmission lever 16 is pivotally connected, in the direction of the fractions of static and dynamic loads L1, L2, to the structure of the cabin 4 by means of a pivoting articulation, having the form of an elastomer bearing 20 and an intermediate oscillating arm 22, and is pivotally connected to the mechanism of the rotor 2 by

l'intermédiaire d'un autre palier en élastomère 24. through another elastomer bearing 24.

Pour limiter l'écart entre les liaisons articulées 20, 24 en vue d'un rapport de transmission élevé du levier 16, le palier en élastomère 24 se trouve sur un bras porteur, fixé au tirant 14 et s'étendant latéralement en saillie jusque sur le bord du soufflet élastique 8, sous la forme d'un tube creux carré 26, dont la section transversale intérieure est dimensionnée de façon suffisamment grande pour les mouvements d'oscillation To limit the difference between the articulated connections 20, 24 for a high transmission ratio of the lever 16, the elastomer bearing 24 is located on a support arm, fixed to the tie rod 14 and extending laterally projecting up to the edge of the elastic bellows 8, in the form of a square hollow tube 26, the internal cross section of which is dimensioned sufficiently large for the oscillating movements

du levier de transmission 16.of the transmission lever 16.

La fréquence propre du système formant ressort et masse, formé du système oscillant à levier 6 et du soufflet élastique 8, est ajustée de telle sorte que les forces d'oscillations générées ce faisant sont équivalentes à, mais orientées à l'opposé, des forces The natural frequency of the spring and mass system, formed by the oscillating lever system 6 and the elastic bellows 8, is adjusted so that the oscillation forces generated in doing so are equivalent to, but oriented opposite, forces

d'actionnement et d'excitation L2 (cas d'anti- actuation and excitation L2 (case of anti

résonance). Pour ce faire, le soufflet élastique 8 doit présenter une faible rigidité élastique, mais simultanément, pour des raison de longévité, une forte résistance aux oscillations et, concernant un besoin en espace restreint, présenter un petit volume de construction. Ceci est atteint en ce que le soufflet élastique 8 présente une profondeur de plis aussi grande que possible, c'est-à-dire un rapport élevé entre diamètre extérieur et diamètre intérieur et, du fait des propriétés des matériaux favorables concernant le module d'élasticité et la résistance aux oscillations, est fabriqué en titane, de telle sorte qu'il est assemblé à partir de ronds de titane circulaires 28, qui respectivement sont préfabriqués individuellement par usinage avec une largeur radiale importante et qui sont soudés par bombardement électronique au niveau de leurs bords intérieurs et extérieurs (en 30). Pour limiter le poids de la construction, les ronds de titane 28 peuvent être fabriqués avec une épaisseur de paroi irrégulière correspondant à l'évolution de la contrainte de flexion. Dans le cas d'application avec fréquence d'actionnement et d'excitation variable, comme c'est par exemple le cas pour des systèmes de rotor qui sont commandés avec un régime de rotor variable, il est possible d'ajuster finement la fréquence anti-résonance de l'amortisseur d'oscillations à la fréquence d'excitation. A cette fin, une masse supplémentaire 32 est disposée sur le bras de levier libre du levier de transmission 16. A l'aide d'un moteur de commande 34 commandé conformément à la fréquence d'excitation, cette masse 32 peut être déplacée dans le sens longitudinal du levier, de telle sorte que la longueur de levier efficace entre la liaison articulée 24 et le centre de gravité de la masse globale, se composant de la masse oscillante 18 et de la masse supplémentaire 32, et de ce fait la fréquence propre de l'amortisseur d'oscillations, peuvent être modifiées dans des limites resonance). To do this, the elastic bellows 8 must have a low elastic rigidity, but simultaneously, for reasons of longevity, a high resistance to oscillations and, concerning a need in limited space, have a small volume of construction. This is achieved in that the elastic bellows 8 has as deep a fold depth as possible, that is to say a high ratio between outside diameter and inside diameter and, due to the properties of the favorable materials concerning the module of elasticity and resistance to oscillations, is made of titanium, so that it is assembled from circular titanium rounds 28, which respectively are prefabricated individually by machining with a large radial width and which are welded by electron bombardment at the level of their interior and exterior edges (at 30). To limit the weight of the construction, the titanium rounds 28 can be manufactured with an irregular wall thickness corresponding to the evolution of the bending stress. In the case of application with variable actuation and excitation frequency, as for example for rotor systems which are controlled with a variable rotor speed, it is possible to finely adjust the anti frequency -resonance of the vibration damper at the excitation frequency. To this end, an additional mass 32 is disposed on the free lever arm of the transmission lever 16. With the aid of a control motor 34 controlled in accordance with the excitation frequency, this mass 32 can be moved in the longitudinal direction of the lever, so that the effective lever length between the articulated link 24 and the center of gravity of the overall mass, consisting of the oscillating mass 18 and the additional mass 32, and therefore the natural frequency of the vibration damper, can be changed within limits

définies de façon constante en cours de fonctionnement. defined constantly during operation.

Claims

1 - Mechanical oscillation damper, consisting of a spring and mass system arranged between a dynamically actuated structural element and a support structure, comprising a spring device (8) acting, so as to transmit the load, between the structural element and the supporting structure, and a transmission lever (16) articulated and pivotally connected, in the direction of actuation of the structural element, on the one hand, to the structural element , and secondly, to the supporting structure, the lever having, extending above the spring device, on one side of the spring device, the articulated connection (20, 24) and, on the opposite side , the oscillating mass (18), characterized in that the spring device is an elastic titanium bellows, which has a small ratio between diameters

inside and outside.

2 - oscillation damper according to claim 1, characterized in that the elastic bellows (8) is made from metal rods

(28) welded together by electronic bombardment.

3 - oscillation damper according to claim 1 or 2, characterized in that the oscillating mass (18) is designed as an annular body open on one side and partially enveloping, with a radial offset, in the longitudinal direction and peripheral, the elastic bellows (8)

on the outer surface of the latter.

4 - Vibration damper according to one

of the preceding claims, intended to reduce the

transmission of the oscillations of a rotor system to the structure of the cabin of a helicopter, characterized in that the elastic bellows (8) is connected, at its end on the rotor side (10), to the structure of the cabin (4 ) and, at its opposite end (12), to the

rotor (2).

- Vibration damper according to one

of the preceding claims, characterized in that

the effective lever length between the oscillating mass (18, 32) and the articulated connection (24) of the transmission lever (16) can be modified in a motorized manner. 6 - Vibration damper according to one

of the preceding claims, characterized in that

the articulated connections (20, 24) consist of

bearings with weakly damping elastomers.