FR2830237A1 - Aerodyne a decollage et atterissage verticaux comprenant des nacelles d'helice aptes a pivoter librement de 90° sous le controle de moyens de freinage - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un aérodyne à décollage et atterrissage verticaux, comprenant un fuselage (1), au moins deux bras (3) faisant saillie symétriquement sur les côtés longitudinaux du fuselage, une nacelle d'hélice (4) montée pivotante à l'extrémité libre de chaque bras, chaque nacelle comportant un pivot lui permettant de pivoter librement de 90° par rapport au bras correspondant, entre une position extrême de décollage sensiblement verticale et une position extrême de vol de croisière sensiblement horizontale, et des moyens de freinage pour contrôler le mouvement de pivotement des nacelles entre leurs positions extrêmes.Selon l'invention, les moyens de freinage comprennent au moins deux vérins hydrauliques passifs, reliés l'un à l'autre et montés chacun entre un bras (3) et le pivot de la nacelle (4) correspondante.
Description
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La présente invention concerne un aérodyne à décollage et atterrissage verticaux, comprenant un fuselage, au moins deux bras faisant saillie symétriquement sur les côtés longitudinaux du fuselage, une nacelle d'hélice montée pivotante à l'extrémité libre de chaque bras, chaque nacelle comportant un pivot lui permettant de pivoter librement de 900 par rapport au bras correspondant, entre une position extrême de décollage sensiblement verticale et une position extrême de vol de croisière sensiblement horizontale, et des moyens de freinage pour contrôler le mouvement de pivotement des nacelles entre leurs positions extrêmes.
Un aérodyne de ce type est décrit dans EP-A-0 808 768 et USA-5 839 691.
Les nacelles d'hélice de cet aérodyne s'inclinent spontanément sous l'effet du moment de tangage des forces aérodynamiques exercées sur elles par leurs hélices respectives.
Leur mouvement d'inclinaison est contrôlé par des moyens de freinage comprenant une tige de liaison passant par un organe central, un amortisseur hydraulique lié à l'organe central et des dispositifs bloquant les nacelles lorsque celles-ci sont dans leurs positions extrêmes de décollage et de vol de croisière et forment par conséquent des angles de respectivement 90 et 00 avec l'axe de l'aérodyne.
La tige de liaison assure la synchronisation des inclinaisons des nacelles en tournant sur elle-même. Elle permet en outre une différence d'inclinaison d'environ 3 entre les nacelles en raison de son élasticité.
L'amortisseur hydraulique limite la vitesse d'inclinaison des nacelles et peut éventuellement les bloquer dans une position inclinée intermédiaire entre 0 et 900.
Quant aux dispositifs de blocage, ils comprennent une butée située sur l'organe central pour empêcher les nacelles de s'incliner vers l'arrière au-delà de la position verticale, tout en autorisant la différence d'inclinaison de 3 mentionnée cidessus, ainsi que des verrous montés sur les pivots des nacelles pour bloquer ces dernières dans leur position horizontale, tout en
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éliminant l'élasticité de la tige de liaison et donc la différence d'inclinaison de i 30 entre les nacelles.
Les moyens de freinage de l'aérodyne décrit dans EP-A- 0 808 768 sont répartis en trois emplacements éloignés les uns des autres et sont de ce fait fragiles, complexes et encombrants.
La présente invention se propose de remédier à ce problème et, pour ce faire, elle a pour objet un aérodyne du type de celui décrit dans le document précité, qui est caractérisé en ce que les moyens de freinage comprennent au moins deux vérins hydrauliques passifs, reliés l'un à l'autre et montés chacun entre un bras et le pivot de la nacelle correspondante.
La synchronisation des inclinaisons des nacelles peut ainsi être assurée de façon simple et fiable puisqu'elle est assurée par un simple transfert de liquide hydraulique entre les deux vérins.
De préférence, les deux vérins sont reliés entre eux de façon croisée par deux tuyaux.
La synchronisation des inclinaisons des nacelles est ainsi rendue redondante, ce qui augmente encore la fiabilité des moyens de freinage.
Par ailleurs, l'un au moins des deux tuyaux peut être pourvu d'au moins un gicleur.
Grâce à ce gicleur, la vitesse d'inclinaison des nacelles peut donc être limitée et par conséquent contrôlée.
L'un au moins des deux tuyaux peut également être pourvu d'un robinet d'arrêt afin de permettre au pilote de bloquer les nacelles dans une position inclinée intermédiaire entre leurs positions extrêmes de décollage et de vol de croisière.
Selon un mode de réalisation préféré, les deux tuyaux peuvent être pourvus d'un robinet d'arrêt commun.
Ils peuvent en outre être reliés par un conduit comportant un gicleur et une capacité de dilatation afin de compenser les dilatations thermiques et d'égaliser les pressions au repos.
De préférence, les vérins sont reliés aux pivots des nacelles par une liaison élastique.
A chaque position synchrone des vérins, les nacelles d'hélice peuvent, grâce à cette élasticité, présenter l'une par
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rapport à l'autre une différence d'inclinaison pouvant être de l'ordre de i 30.
Selon un mode de réalisation préféré, la liaison élastique est réalisée par l'intermédiaire de paliers en élastomère disposés entre les pivots et des leviers montés sur ces derniers, les paliers autorisant facilement une différence d'inclinaison entre les nacelles, par exemple de l'ordre de i 30.
Par ailleurs, les vérins comportent de préférence des butées pour empêcher les nacelles de pivoter au-delà de leur position extrême sensiblement verticale, tout en leur permettant de présenter une différence d'inclinaison de i 30.
Pour simplifier les opérations de montage et limiter le besoin de place, les butées sont de préférence situées sur les tiges des vérins.
L'aérodyne selon l'invention est en outre caractérisé en ce qu'il comporte sur ses bras des verrous destinés à venir en prise avec les pivots pour verrouiller les nacelles dans leur position extrême sensiblement horizontale tout en empêchant une différence d'inclinaison entre ces dernières.
Un mode d'exécution de la présente invention sera décrit ciaprès à titre d'exemple nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective schématique d'un aérodyne selon l'invention, dont les nacelles sont dans leur position extrême de vol de croisière ; - la figure 2 est une vue de dessus partielle et en coupe montrant l'extrémité libre du bas gauche et la nacelle montée pivotante sur celui-ci, la nacelle étant représentée en position horizontale (figure 8) tandis que le piston est représenté en position médiane (figure 4) pour la clarté du dessin ; - la figure 3 est une vue schématique montrant les vérins des moyens de freinage prévus pour contrôler le mouvement de pivotement des nacelles d'hélice, ainsi que les tuyaux reliant ces vérins ; - la figure 4 est une vue en coupe à échelle agrandie selon la ligne IV-IV de la figure 2, la nacelle d'hélice, non
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représentée, étant dans une position inclinée dans laquelle son axe forme un axe de 450 avec l'axe de l'aérodyne ; - la figure 5 est une vue à échelle agrandie de la partie de la figure 4 qui est située dans un cercle ;
- la figure 6 est une vue en coupe selon la ligne VI-VI de la figure 5 ; - la figure 7 est une vue analogue à la figure 4, mais dans laquelle la nacelle d'hélice est dans sa position extrême de décollage, son axe formant un angle de 90 avec celui de l'aérodyne ; et - la figure 8 est une vue analogue à la figure 4, mais dans laquelle la nacelle d'hélice est dans sa position extrême de vol de croisière, son axe formant un angle de 00 avec celui de l'aérodyne.
- la figure 6 est une vue en coupe selon la ligne VI-VI de la figure 5 ; - la figure 7 est une vue analogue à la figure 4, mais dans laquelle la nacelle d'hélice est dans sa position extrême de décollage, son axe formant un angle de 90 avec celui de l'aérodyne ; et - la figure 8 est une vue analogue à la figure 4, mais dans laquelle la nacelle d'hélice est dans sa position extrême de vol de croisière, son axe formant un angle de 00 avec celui de l'aérodyne.
L'aérodyne visible sur la figure 1 comprend un fuselage 1 comportant un cockpit 2, deux bras 3 faisant saillie symétriquement sur les côtés longitudinaux du fuselage, une nacelle d'hélice 4 montée pivotante à l'extrémité libre de chacun des deux bras, une aile en forme de V 5 fixée à l'arrière du fuselage par l'intermédiaire de deux mâts 6 et dont les extrémités libres sont prolongées vers le bas par deux dérives verticales 7, et deux empennages canards horizontaux 8 prévus à l'avant du fuselage, ces empennages étant situés dans le prolongement l'un de l'autre et comportant chacun un volet pivotant 9 pouvant être actionné par le pilote d'une manière bien connue de l'homme de l'art.
Les différents éléments de structure mentionnés ci-dessus se retrouvent sur l'aérodyne présenté dans EP-A-0 808 768 et ne seront donc pas décrits davantage ici.
On ajoutera toutefois que les nacelles 4 comportent une hélice 10 ayant trois pales 11 et qu'elles peuvent pivoter librement de 900 par rapport à leur bras respectif, entre une position extrême de décollage dans laquelle elles s'étendent sensiblement verticalement et forment un angle de 900 avec l'axe du fuselage 1, et une position extrême de vol de croisière
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(représentée sur la figure 1) dans laquelle elles s'étendent horizontalement et forment un angle de 00 avec l'axe du fuselage.
En se référant maintenant à la figure 2, on notera que la nacelle d'hélice gauche 4 est pourvue d'un pivot 12 prenant appui sur des paliers lisses 13 portés respectivement par une nervure d'extrémité 14 et une nervure interne 15 situées à l'intérieur du bras gauche.
On notera également que l'entraînement en rotation de l'hélice 10 portée par la nacelle gauche 4 est assuré par un arbre 16 s'étendant partiellement à l'intérieur du pivot 12, un pignon conique 17 monté sur l'extrémité libre de l'arbre 16 qui se prolonge dans la nacelle 4, un pignon conique 18 engrenant avec le pignon conique 17, et un arbre 19 portant le pignon conique 18 à l'une de ses extrémités, l'arbre 19 s'étendant coaxialement avec la nacelle 4 et portant l'hélice 10 correspondante à son autre extrémité.
L'hélice 14 peut en outre être commandée en pas cyclique par un plateau cyclique 20 qui est actionné par des commandes à billes sous gaine 21.
Etant donné que la nacelle d'hélice droite est montée sur le bras droit exactement de la même manière, on s'abstiendra de décrire et de représenter les différents organes utilisés pour son montage et l'entraînement de son hélice.
L'aérodyne représenté sur la figure 1 comprend également des moyens de freinage destinés à contrôler le mouvement de pivotement des nacelles 4 entre leurs positions extrêmes.
Conformément à l'invention, ces moyens de freinage comprennent deux vérins hydrauliques 22 montés chacun entre un bras 3 et le pivot 12 de la nacelle correspondante, comme représenté sur la figure 2.
Les vérins 22, qui sont visibles tous les deux sur la figure 3, sont passifs. Ils comprennent un corps 23, un piston 24 divisant le corps 23 en une chambre antérieure 25 et une chambre postérieure 26, et une tige de piston 27 portant le piston 24 et se prolongeant axialement à l'extérieur du corps 23.
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Ils sont reliés entre eux de façon croisée par deux tuyaux 28,29. Plus précisément le tuyau 28 relie la chambre antérieure 25 du vérin droit et la chambre postérieure 26 du vérin gauche tandis que le tuyau 29 relie la chambre antérieure 25 du vérin gauche et la chambre postérieure 26 du vérin droit.
Grâce à ce montage, le mouvement des deux pistons est identique et les deux nacelles 4 peuvent s'incliner en synchronisme de façon simple et sûre.
Les deux tuyaux 28 et 29, dont la présence permet une synchronisation redondante, sont pourvus d'un gicleur 30 au voisinage de chacune de leurs extrémités.
Les gicleurs 30 sont destinés à limiter la vitesse de déplacement des pistons 24 et par conséquent la vitesse d'inclinaison des nacelles 4.
Les deux tuyaux 28 et 29 sont par ailleurs pourvus d'un robinet d'arrêt commun 31 que le pilote peut actionner pour empêcher le fluide hydraulique de circuler d'un vérin à l'autre et bloquer ainsi les nacelles 4 dans une position inclinée prédéterminée entre leurs positions extrêmes de décollage et de vol de croisière.
On notera encore que les deux tuyaux 28 et 29 sont reliés par un conduit 32 comportant un gicleur 33 beaucoup plus étroit que les gicleurs 30 et une capacité de dilatation 34, le gicleur 33 et la capacité 34 permettant de compenser les dilatations thermiques et d'égaliser les pressions au repos.
En se référant maintenant aux figures 4 à 6, on constatera que l'extrémité libre de la tige de piston 27 du vérin 22 est articulée sur un axe 35 appartenant à un petit levier 36 constitué de deux flans parallèles et espacés l'un de l'autre, ces flans étant eux-mêmes articulés sur le pivot 12 de la nacelle 4 correspondante par un second axe 37 du petit levier 36.
Le levier 36 est monté élastiquement sur le pivot 12 par l'intermédiaire d'un palier en élastomère 38 interposé entre l'axe 37 et le pivot 12.
Le palier 38, qui est destiné à travailler en torsion ou en cisaillement, permet au levier 36 de pivoter d'environ + 450 par
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rapport au pivot 12 et de revenir dans sa position neutre sous l'action d'une force de rappel sensiblement linéaire.
On notera ici que le levier 36, lorsqu'il est dans sa position neutre est incliné vers l'arrière d'environ 150, comme représenté sur la figure 5, pour une raison qui sera indiquée ciaprès.
Le moment de tangage appliqué à chacune des hélices 10 par le plateau cyclique 20 est transmis au bras 3 correspondant par l'intermédiaire de la chaîne cinématique : arbre d'hélice 19, pivot de nacelle 12, levier 36, tige et vérin 27-22, donc en particulier par le palier élastique 38.
Ce moment comprend d'une part un moment symétrique assez faible, simplement nécessaire pour piloter l'aérodyne sensiblement équilibré en tangage par son aile 5 et ses empennages 8 et pour compenser le freinage du liquide hydraulique par les gicleurs 30, et d'autre part un moment antisymétrique qui provoque une différence d'inclinaison d'environ 1 30 entre les nacelles 4.
Cette différence, nécessaire au pilotage latéral de l'aérodyne, est justement permise par la liaison élastique assurée par les paliers 38.
Ainsi, pour un levier 36 dont la longueur est égale au quart du rayon du pivot 12 correspondant, une inclinaison différentielle de 30 entre les nacelles entraîne un pivotement du levier 36 sur son axe 37 de i 30 : 1/4 = + 120, cette valeur étant nettement inférieure à celle du débattement de 450 mentionné ci-dessus.
Selon une caractéristique importante de l'invention, une butée 39 est fixée sur la tige de piston 27 de chacun des vérins 22. Ces butées 39 sont en fait destinées à venir en appui contre les corps 23, lorsque les nacelles 4 sont dans leur position extrême de décollage représentée sur la figure 7.
Le moment interne qu'il convient de transmettre entre les hélices 10 et les bras 3 de l'aérodyne lors du décollage est assez élevé.
Il est dû au centrage de l'appareil en avant des bras, qui est équilibré par une importante variation cyclique vers
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l'arrière, et est renforcé par le couple d'entraînement des hélices 10 par les arbres 16 et les pignons coniques 17,18.
Ces deux couples sont dans le même sens et tendent à entraîner les nacelles 4 vers l'arrière, au-delà de 900.
Les butées 29 ont précisément pour but d'empêcher les nacelles de former un angle supérieur à 900 avec l'axe du fuselage de l'aérodyne.
L'inclinaison différentielle de i 30 des nacelles, qui est cependant nécessaire pour permettre un pilotage latéral en lacet de l'aérodyne, reste possible grâce aux paliers 38.
Comme le moment interne mentionné ci-dessus transite par les paliers 38, les leviers 36 avancent assez fortement.
C'est donc pour compenser en partie cet effet et équilibrer l'obliquité moyenne des leviers de part et d'autre du prolongement du rayon que la position neutre de ces derniers est choisie vers l'arrière.
Selon une autre caractéristique importante de l'invention, les bras sont pourvus d'un verrou 40 destiné à venir en prise avec un bossage 41 prévu sur le pivot 12 de la nacelle 4 correspondante et à verrouiller cette dernière lorsqu'elle est dans sa position extrême de vol de croisière et forme un angle de 00 avec l'axe du fuselage 1 de l'aérodyne, comme représenté sur la figure 8.
Dans cette position, il n'y a pas de transmission de moment externe permanent entre les hélices 4 et leur bras 3 puisque la force de propulsion est sensiblement centrée sur l'axe des hélices.
L'inclinaison différentielle de 1 30 devient inutile pour le pilotage latéral de l'appareil, ainsi que l'élasticité correspondante. Elle devient même nuisible à grande vitesse en raison des instabilités aéroélastiques qu'elle peut provoquer.
Les verrous 40 qui agissent directement entre les bras 3 sur lesquels ils sont montés et les pivots 12 des nacelles 4 correspondantes ont précisément pour but d'empêcher cette liberté d'inclinaison des nacelles.
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A toutes fins utiles, on indiquera que l'accouplement des verrous avec les bossages 41 est assuré par un ressort de rappel et que leur désaccouplement est assuré par un électro-aimant.
Lorsque les nacelles sont verrouillées dans leur position de vol de croisière, les leviers 36 sont dans leur position neutre tandis que le robinet 31 est ouvert. Les pressions hydrauliques dans les chambres 25,26 des vérins sont alors imposées par la pression hydraulique régnant dans la capacité 34 et sont égales.
Claims (11)
1. Aérodyne à décollage et atterrissage verticaux, comprenant un fuselage (1), au moins deux bras (3) faisant saillie symétriquement sur les côtés longitudinaux du fuselage, une nacelle d'hélice (4) montée pivotante à l'extrémité libre de chaque bras, chaque nacelle comportant un pivot (12) lui permettant de pivoter librement de 90 par rapport au bras correspondant, entre une position extrême de décollage sensiblement verticale et une position extrême de vol de croisière sensiblement horizontale, et des moyens de freinage pour contrôler le mouvement de pivotement des nacelles entre leurs positions extrêmes, caractérisé en ce que les moyens de freinage comprennent au moins deux vérins hydrauliques passifs (22), reliés l'un à l'autre et montés chacun entre un bras (3) et le pivot (12) de la nacelle (4) correspondante.
2. Aérodyne selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux vérins (22) sont reliés entre eux de façon croisée par deux tuyaux (28,29).
3. Aérodyne selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'un au moins des deux tuyaux (28,29) est pourvu d'au moins un gicleur (30).
4. Aérodyne selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'un au moins des deux tuyaux (28,29) est pourvu d'un robinet d'arrêt (31).
5. Aérodyne selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les deux tuyaux (28,29) sont pourvus d'un robinet d'arrêt commun (31).
6. Aérodyne selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les deux tuyaux (28,29) sont reliés par un conduit (32) comportant un gicleur (33) et une capacité de dilatation (34).
7. Aérodyne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les vérins (22) sont reliés aux pivots (12) des nacelles (4) par une liaison élastique.
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8. Aérodyne selon la revendication 7, caractérisé en ce que la liaison élastique est réalisée par l'intermédiaire de paliers en élastomère (38) disposés entre les pivots (12) et des leviers (36) montés sur ces derniers.
9. Aérodyne selon la revendication 7, caractérisé en ce que les vérins (22) comportent des butées (39) pour empêcher les nacelles (4) de pivoter au-delà de leur position extrême sensiblement verticale tout en leur permettant de présenter une différence d'inclinaison de 1 30.
10. Aérodyne selon la revendication 9, caractérisé en ce que les butées (39) sont situées sur les tiges (27) des vérins (22).
11. Aérodyne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte sur ses bras (3) des verrous (40) destinés à venir en prise avec les pivots (12) pour verrouiller les nacelles (4) dans leur position extrême sensiblement horizontale tout en empêchant une différence d'inclinaison entre ces dernières.
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| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20140530 |