FR2835506A1 - Amortisseur de trainee a double piston pour rotor de giravion - Google Patents
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Abstract
Les chambres (29, 30) remplies de fluide dans l'amortisseur (20) sont reliées par un orifice de laminage (35) et par un conduit (32) de plus grande section transversale, dans lequel un piston secondai re (33) est monté coulissant avec étanchéité et sollicité par des moyens élastiques (34), la masse équivalente de ce piston secondaire (33) et du fluide qu'il déplace, et la raideur des moyens élastiques (34) étant telles que le piston (33) est résonant dans le conduit (32) à la fréquence de rotation du rotor, pour filtrer la composante à cette fréquence dans les sollicitations de l'amortisseur (20), tandis qu'à la fréquence propre en traînée de la pale correspondante, les moyens élastiques (34) bloquent sensiblement le piston secondaire (33) dans son conduit (32), et le débit de fluide entre les chambres (29, 30) de l'amortisseur (20) s'effectue principalement par l'orifice de laminage (35) calibré pour assurer un amortisseur substantiel à cette fréquence. Applications aux rotors en particulier principaux d'hélicoptères.
Description
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AMORTISSEUR DE TRAINEE A DOUBLE PISTON
POUR ROTOR DE GIRAVION
L'invention concerne un amortisseur de traînée, pour un rotor de giravion comportant un moyeu et au moins deux pales dont chacune est reliée au moyeu par un organe de liaison correspondant, l'amortisseur de traînée étant destiné à être monté entre deux éléments, dont l'un est une masse battante comprenant l'une des pales et l'organe de liaison correspondant, et l'autre élément est le moyeu, en configuration classique, ou une masse battante voisine sur le rotor, en configuration dite interpale , de sorte à amortir les mouvements angulaires de traînée relative entre lesdits deux éléments, soit, dans le premier cas, les mouvements angulaires de traînée de ladite masse battante par rapport au moyeu, c'est-à-dire les débattements angulaires de la pale, et plus globalement de la masse battante correspondante, autour de leur axe de traînée, qui est sensiblement parallèle à l'axe de rotation du rotor, ou, dans le second cas, les mouvements angulaires de traînée relative entre lesdites deux masses battantes voisines, c'est-à-dire les débattements angulaires relatifs des deux pales voisines correspondantes du rotor, autour de leurs axes de traînée, qui sont sensiblement parallèles à l'axe de rotation du rotor.
POUR ROTOR DE GIRAVION
L'invention concerne un amortisseur de traînée, pour un rotor de giravion comportant un moyeu et au moins deux pales dont chacune est reliée au moyeu par un organe de liaison correspondant, l'amortisseur de traînée étant destiné à être monté entre deux éléments, dont l'un est une masse battante comprenant l'une des pales et l'organe de liaison correspondant, et l'autre élément est le moyeu, en configuration classique, ou une masse battante voisine sur le rotor, en configuration dite interpale , de sorte à amortir les mouvements angulaires de traînée relative entre lesdits deux éléments, soit, dans le premier cas, les mouvements angulaires de traînée de ladite masse battante par rapport au moyeu, c'est-à-dire les débattements angulaires de la pale, et plus globalement de la masse battante correspondante, autour de leur axe de traînée, qui est sensiblement parallèle à l'axe de rotation du rotor, ou, dans le second cas, les mouvements angulaires de traînée relative entre lesdites deux masses battantes voisines, c'est-à-dire les débattements angulaires relatifs des deux pales voisines correspondantes du rotor, autour de leurs axes de traînée, qui sont sensiblement parallèles à l'axe de rotation du rotor.
Le rotor est plus particulièrement un rotor principal d'hélicoptère, concerné par les phénomènes d'instabilité dits de résonance sol et résonance air , bien qu'un rotor arrière conventionnel puisse également être équipé d'amortisseurs de traînée selon l'invention.
Sur des rotors de type articulé, l'organe de liaison d'une pale au moyeu peut être agencé en moyens de retenue et d'articulation de la pale sur le moyeu, lorsque la pale est reliée par son pied, éventuellement en forme de fourche, au moyeu, ou en un organe sensiblement radial (par rapport à l'axe du rotor), généralement dénommé manchon, et muni de chapes à ses extrémités pour être lié, d'une part, au pied de la pale, et, d'autre part, à des moyens de retenue et d'articulation, tels qu'une butée lamifiée sphérique, le reliant lui-même au moyeu, tandis que sur des rotors de type semi-rigide, cet
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organe de liaison peut être un bras torsible et flexible, à l'emplanture de la pale, et entouré d'une manchette rigide en torsion et solidaire du pied de pale pour la commande en pas de la pale, qui est liée et articulée au moyeu par ce bras flexible et torsible.
De nombreuses réalisations différentes d'amortisseur de traînée sont connues, notamment des amortisseurs hydrauliques, hydro-pneumatiques, stratifiés à au moins une couche d'un matériau visco-élastique sollicitée entre deux armatures rigides, ou comportant des combinaisons de ces différents moyens, ces amortisseurs de traînée comprenant des moyens de rappel élastique à raideur et amortissement déterminés, lorsqu'ils équipent des rotors principaux d'hélicoptères, pour combattre les phénomènes de résonance mentionnés ci-dessus.
Il est bien connu de donner par construction aux pales de rotor d'hélicoptère, et donc aux masses battantes correspondantes, une fréquence propre en traînée, appelée également premier mode de traînée ou mode propre de traînée, qui est différente de la fréquence de rotation nominale à laquelle le rotor est destiné à être entraîné.
D'une manière plus générale, pour éviter notamment les problèmes de fatigue, résultant des contraintes dynamiques dans les pales et le fuselage, et les problèmes de niveaux vibratoires dans le fuselage, il est impératif de placer correctement les fréquences propres des pales en battement, torsion et traînée, par rapport au régime de rotation nominal du rotor et ses harmoniques (multiples).
Ceci résulte de ce qu'un rotor d'hélicoptère constitue un puissant générateur de vibrations. En raison des incidences et vitesses variables des pales des rotors comme des hélicoptères, des efforts alternés d'origine aérodynamique se développent notamment dans les pales des rotors, et engendrent dans ces dernières des contraintes ainsi que des réactions sur les attaches, notamment des pales aux moyeux. Il en résulte des efforts et moments alternés sur les têtes de rotor, et le développement de niveaux vibratoires et de contraintes élevés dans les fuselages. La réponse de chaque pale, les contraintes subies par cette pale et les efforts que cette pale transmet
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au moyeu au centre du rotor sont d'autant plus importants qu'au moins une fréquence propre de la pale (en traînée, battement et torsion) est voisine de la fréquence de rotation # du rotor ou de l'un de ses harmoniques n# (où n est un nombre entier).
Les caractéristiques dynamiques des pales de rotor sont donc choisies pour obtenir une bonne adaptation dynamique, en faisant en sorte que leurs fréquences propres de vibrations en battement, traînée et torsion, soient correctement placées par rapport à la fréquence nominale de rotation # du rotor et ses multiples n#, ce pourquoi il est nécessaire de respecter certaines règles simples de placement des fréquences, et en particulier deux règles essentielles, qui sont d'éviter de placer une fréquence propre de vibration, en battement, traînée ou torsion, sur ou très près d'un harmonique du régime de rotation n# (où n # 1) pour la première règle, et d'essayer, dans la mesure du possible, de ne placer que l'une de ces trois fréquences propres entre deux
harmoniques voisins nS2 et (n+1 )S2 du régime de rotation afin d'éviter les couplages, pour la deuxième règle.
harmoniques voisins nS2 et (n+1 )S2 du régime de rotation afin d'éviter les couplages, pour la deuxième règle.
En plus de ces deux règles essentielles, il est impératif de suivre des recommandations propres à chaque type de déformation en battement, traînée ou torsion.
Concernant les recommandations propres aux modes de traînée, pour des rotors articulés ou semi-rigides (semi-articulés), le premier mode de traînée (ou fréquence propre en traînée) est à l'origine des problèmes de résonance sol et résonance air par couplage avec des modes de la structure de l'hélicoptère.
Sur un rotor à pales articulées en traînée, la pulsation du premier mode de traînée est donnée par l'expression :
où e est l'excentricité de traînée de chaque pale, M# est le moment statique de la masse battante (pale + organe de liaison au moyeu) par rapport à
où e est l'excentricité de traînée de chaque pale, M# est le moment statique de la masse battante (pale + organe de liaison au moyeu) par rapport à
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l'articulation (axe de traînée) et 18 est l'inertie de la masse battante par rapport à cette articulation de traînée.
Sur un rotor semi-rigide, le premier mode de traînée d'une pale ou d'une masse battante dépend des caractéristiques non seulement de la pale ou de la masse battante mais également du moyeu. La pulsation du premier mode de traînée est alors approximativement donnée par l'expression:
où k# est la rigidité de l'amortisseur de traînée monté entre la pale ou masse battante correspondante et le moyeu du rotor.
où k# est la rigidité de l'amortisseur de traînée monté entre la pale ou masse battante correspondante et le moyeu du rotor.
Le positionnement du premier mode de traînée d'une pale ou de la masse battante correspondante est fonction des modes de la structure de l'hélicoptère au sol (masse du fuselage, inertie, raideur du train d'atterrissage et des pneumatiques équipant éventuellement ce dernier), ces modes de la structure étant généralement déterminés par des essais spécifiques, l'ajustement du premier mode de traînée s'obtenant en jouant sur le terme k# représentatif de la raideur de l'amortisseur de traînée.
En règle générale, comme limite supérieure du premier mode de traînée ##, on se fixe une valeur voisine des trois quarts de la fréquence de rotation Q nominale du rotor, de sorte à ne pas introduire des contraintes trop élevées dans les pales des rotors.
Pour cette raison, lors des lancements ou des arrêts du rotor, ainsi qu'à la fin d'un atterrissage en auto-rotation de l'hélicoptère, le régime instantané de rotation du rotor croise la fréquence de résonance en traînée, située en dessous du régime nominal. De ce fait, ainsi qu'en raison de l'étendue plus ou moins grande des variations de régime de rotation des rotors qui sont autorisées en vol des hélicoptères, il est nécessaire d'augmenter l'amortissement à la fréquence propre de vibrations des pales en traînée, et éventuellement de réduire cette fréquence propre, à l'aide d'amortisseurs de traînée, raison pour laquelle ces amortisseurs sont également dénommés adaptateurs de fréquence, et ceci afin que les pales soient suffisamment amorties en traînée pour éviter une entrée en résonance.
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L'invention se rapporte plus spécifiquement à un amortisseur de traînée du type général comprenant un corps tubulaire d'amortisseur, dans lequel un piston, solidaire en mouvement d'une tige d'amortisseur, est monté axialement coulissant et délimite deux chambres de travail à volume variable en opposition, remplies d'un fluide dont des volumes sont transférés, par passage du fluide par au moins un orifice de laminage ménagé entre le piston et le corps et/ou dans le piston, entre les chambres de travail lors des déplacements du piston dans le corps d'amortisseur.
Un tel amortisseur de traînée, connu notamment par FR 2 063 969, peut être articulé, d'une part, sur un point fixe du moyeu ou d'un support lié au moyeu du rotor, par des moyens de liaison du corps ou d'une extrémité, externe audit corps, de la tige de l'amortisseur, et, d'autre part, sur un point fixe de la masse battante correspondante, au niveau du pied de la pale de cette masse battante ou sur un organe de liaison de cette pale au moyeu, par des moyens de liaison de l'extrémité de la tige externe au corps ou du corps d'amortisseur respectivement, en configuration classique, ou, en configuration interpale , sur deux points fixes de deux masses battantes voisines, par des moyens de liaison, d'une part, du corps d'amortisseur sur le point fixe d'une masse battante, et, d'autre part, de l'extrémité de la tige externe au corps d'amortisseur sur le point fixe de l'autre masse battante.
En configuration classique, le point d'articulation d'une extrémité de l'amortisseur de traînée sur le moyeu ou un support fixé au moyeu étant situé entre la pale à laquelle l'amortisseur de traînée est articulé par son autre extrémité et une pale voisine, la raideur de l'amortisseur introduit une raideur angulaire équivalente, s'opposant aux débattements angulaires de la pale par rapport au moyeu autour de son axe de traînée. On peut ainsi augmenter la fréquence propre des pales en traînée pour se découpler des deux phénomènes de résonance précités, avec un apport d'amortissement sur la fréquence propre en traînée ## de la pale lors des phénomènes de résonance air et sol.
Mais on sait que l'apparition de ces phénomènes est rare au cours de la durée de vie d'un hélicoptère. La plupart du temps, les amortisseurs de traînée
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subissent une excitation forcée à la fréquence de rotation # du rotor, sur laquelle les amortisseurs de traînée dissipent inutilement de l'énergie.
La puissance moyenne dissipée dans un amortisseur de traînée d'un rotor peut s'exprimer par la relation suivante : Pd = #. K" . f . Xe2, où K" est la raideur dissipative de l'amortisseur, f est la fréquence du mouvement sollicitant l'amortisseur (déplacement axial de l'ensemble tige-piston dans le corps), et Xe est le déplacement dudit ensemble tige-piston associé à la fréquence f.
Par exemple, pour des amortisseurs de traînée du type présenté cidessus, équipant en configuration classique un rotor principal quadripale d'un hélicoptère d'une masse d'environ 8 à 10 tonnes, la comparaison de l'énergie dissipée sur l'excitation forcée à la fréquence de rotation # avec celle dissipée sur la fréquence propre en traînée ## des pales donne les résultats suivants.
Pour une même raideur dissipative K" de 400 daN/mm, l'excitation forcée en # à une fréquence f de 4,5 Hz correspond à un déplacement associé Xe de 4 mm, soit une puissance dissipée de 900 W, alors que pour le mode propre de traînée ## à une fréquence f de 2 Hz, entraînant un déplacement associé Xe de 1 mm, il correspond une puissance dissipée de 25 W environ.
Chaque amortisseur de traînée dissipe donc 97 % de son énergie sur l'excitation forcée en #. Dans ces conditions d'utilisation, cette énergie est inutilement dissipée, ce qui implique une fatigue importante des pièces, non seulement de l'amortisseur de traînée, mais de ses moyens de liaison au moyeu comme à la masse battante, et par conséquent une perte de masse par surdimensionnement de ces pièces.
Sur l'hélicoptère d'une masse d'environ 8 à 10 t considéré, les efforts sollicitant les amortisseurs de traînée à l'excitation forcée en Q sont très élevés, ce qui peut entraîner des incidents en utilisation, tels que des criques au niveau des chapes de liaison des amortisseurs de traînée aux masses battantes, des endommagements de l'axe des amortisseurs de traînée du côté de leurs liaisons au moyeu ainsi que des endommagements des ferrures de liaison des amortisseurs de traînée au moyeu, et une dégradation rapide des rotules utilisées dans ces dispositifs de liaison.
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En configuration interpale , il en est de même au niveau des chapes, axes et ferrures de liaison des amortisseurs de traînée aux masses battantes voisines correspondantes.
En résumé et en d'autres termes, l'excitation des amortisseurs de traînée présente une double composante : - une réponse forcée, à la fréquence de rotation nominale Q du rotor, et qui est préjudiciable à la fiabilité et à la durée de vie des pièces mécaniques de l'amortisseur de traînée comme de ses dispositifs de liaison au moyeu et à la ou aux masse (s) et - une réponse naturelle, à la fréquence propre en traînée de la masse battante correspondante, qu'il faut amortir pour éviter l'instabilité.
Les amortisseurs de traînée connus, des types présentés ci-dessus, permettent d'amortir le mode instable de deux manières différentes : - par apport de rigidité, sur les amortisseurs de traînée à au moins une couche de matériau visco-élastique, l'angle de perte du matériau visco- élastique étant faible, les amortisseurs de traînée de ce type étant appropriés aux hélicoptères de faibles et moyens tonnages, - par apport d'amortissement, lorsque l'utilisation d'amortisseurs de traînée trop raides serait trop pénalisante en terme d'efforts, ce qui convient à des hélicoptères lourds.
Dans tous les cas, la sollicitation bi-fréquentielle des amortisseurs de traînée entraîne une perte importante de l'amortissement de la réponse naturelle, à la fréquence propre en traînée de la masse battante, qui est une basse fréquence par rapport à la fréquence de rotation Q du rotor, cette perte importante d'amortissement conduisant à recourir à un excès d'amortissement préjudiciable à la fiabilité des pièces mécaniques des amortisseurs de traînée comme de leurs liaisons.
L'idée à la base de l'invention est de proposer un amortisseur de traînée pour pales de rotor d'hélicoptère, l'amortisseur étant du type général précité et présentant au moins deux passages de fluide entre les chambres de travail, chacun des passages étant dédié plus spécifiquement au traitement de l'une respectivement des deux fréquences correspondant à la réponse forcée
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en # et à la réponse naturelle en (Où de l'amortisseur de traînée, ce qui permet de supprimer l'amortissement de la composante dynamique à la fréquence n de rotation du rotor, et d'apporter uniquement de l'amortissement sur le mouvement de traînée des pales à la fréquence propre en traînée ##, dans le but d'améliorer le comportement en utilisation de l'ensemble des éléments constitutifs de l'amortisseur et des éléments de liaison de l'amortisseur au moyeu et à une masse battante, ou à deux masses battantes voisines, en permettant simultanément une réduction de masse de l'amortisseur de traînée et des pièces auxquelles il est relié.
A cet effet, l'amortisseur de traînée selon l'invention est un amortisseur de traînée tel que connu par FR 2 063 969, et comportant : - un corps tubulaire d'amortisseur fermé par deux fonds, - un piston principal monté coulissant axialement dans le corps et délimitant dans ledit corps deux chambres de travail à volume variable en opposition, - une tige solidaire en mouvement du piston principal et traversant sensiblement axialement au moins un fond du corps, - ledit corps et ladite tige comportant chacun des moyens de liaison à l'un respectivement des deux éléments entre lesquels ledit amortisseur de traînée est monté (le moyeu et une masse battante ou deux masses battantes voisines), - un fluide remplissant au moins les deux chambres de travail dans le corps, et - au moins un orifice de laminage ménagé dans l'amortisseur de traînée, par exemple dans le piston principal et/ou entre le piston principal et le corps et/ou dans une partie du corps, et apte à laminer du fluide passant d'une chambre de travail à l'autre lorsque le piston principal est déplacé dans le corps, et qui se caractérise en ce que ledit amortisseur de traînée présente également au moins un conduit en communication avec les deux chambres de travail et dans lequel est monté coulissant, sensiblement avec étanchéité, un piston secondaire, sollicité par des moyens élastiques tendant à rappeler ledit
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piston secondaire vers une position neutre dans ledit conduit, la section transversale s1 dudit conduit étant supérieure à la section transversale s2 dudit orifice de laminage, et les piston secondaire et moyens élastiques étant dimensionnés de sorte que la fréquence de résonnance du piston secondaire dans le conduit est sensiblement égale à la fréquence de rotation du rotor, afin de filtrer la composante dynamique en Q dans les sollicitations de l'amortisseur, et que les moyens élastiques bloquent sensiblement le piston secondaire dans ledit conduit à la fréquence propre de traînée de la masse battante, et en ce que ledit au moins un orifice de laminage est calibré de sorte à amortir sensiblement les mouvements relatifs de l'ensemble tige-piston principal et du corps d'amortisseur à une fréquence qui est sensiblement égale à la fréquence propre de traînée de la masse battante.
L'amortisseur de traînée selon l'invention a pour avantage de comporter au moins deux passages entre les chambres de travail, dont l'un, de plus grande section que l'autre, loge un piston secondaire monté flottant et sollicité par les moyens élastiques, pour filtrer ou supprimer la composante dynamique en Q dans les sollicitations, par le calage de la fréquence de résonance du piston secondaire dans le passage qui le reçoit sur la fréquence de rotati on # du rotor, tout en apportant un amortissement important sur le mode propre de traînée des pales en ##, grâce à l'autre passage de section réduite, pour contrer les problèmes de résonance air et sol, sans dégradation du filtrage de la composante en #.
Pour une excitation en #, la résonance du piston secondaire permet une circulation de fluide pratiquement libre entre les chambres de travail et le conduit dans lequel le piston secondaire est résonant, car la perte de charge dans ce conduit est très inférieure à celle de l'orifice de laminage, par lequel le débit de fluide est pratiquement nul, alors que pour une excitation en ##, les moyens élastiques bloquent le piston secondaire dans le conduit qui le reçoit, et le fluide circule essentiellement par l'orifice de laminage en assurant un amortissement, qui n'est apporté sensiblement qu'à la fréquence ##.
Dans un mode de réalisation avantageusement simple, le conduit peut être ménagé dans le piston principal et présenter des parties d'extrémité
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longitudinale qui s'ouvrent chacune directement dans l'une respectivement des chambres de travail
Dans ce cas, selon une réalisation de base, le conduit traverse sensiblement axialement le piston principal, et les moyens élastiques comprennent avantageusement deux ressorts, traversant chacun sensiblement axialement l'une respectivement des deux chambres de travail et engagés chacun dans l'une respectivement des parties d'extrémité longitudinale dudit conduit, chaque ressort étant en appui par une extrémité contre le piston secondaire et par l'autre extrémité contre l'un respectivement desdits fonds.
Dans ce cas, selon une réalisation de base, le conduit traverse sensiblement axialement le piston principal, et les moyens élastiques comprennent avantageusement deux ressorts, traversant chacun sensiblement axialement l'une respectivement des deux chambres de travail et engagés chacun dans l'une respectivement des parties d'extrémité longitudinale dudit conduit, chaque ressort étant en appui par une extrémité contre le piston secondaire et par l'autre extrémité contre l'un respectivement desdits fonds.
Pour assurer la résonance en Q du piston secondaire et du fl uide déplacé par ce piston secondaire, ce piston secondaire et ce fluide ont une masse équivalente m et les moyens élastiques ont une raideur K qui satisfont sensiblement la relation K = mQ2. Cette notion de masse équivalente est connue, et découle de ce que la vitesse de déplacement de fluide dans le conduit logeant le piston secondaire est différente des vitesses de circulation de fluide dans les chambres de travail, sous l'effet des changements de section. La masse équivalente est celle qui, animée d'une vitesse x égale à celle du piston, aurait la même énergie cinétique 1/2mx2 que celle de l'ensemble des masses en mouvement (piston secondaire et fluide déplacé par ce piston).
La considération de la masse équivalente m permet la prise en compte d'une éventuelle amplification du mouvement du fluide par rapport au mouvement du piston secondaire, dans un mode de réalisation de l'amortisseur de traînée exploitant le principe de l'inertie fluide (où il se produit une accélération du fluide au moyen d'une variation de section de la colonne de fluide).
Selon une variante, les moyens élastiques peuvent comprendre deux ressorts logés chacun dans l'une respectivement des deux parties d'extrémité longitudinale dudit conduit, et en appui chacun par une extrémité contre le piston secondaire et par son extrémité opposée contre le piston principal.
Dans ce cas, pour assurer la résonance en # du piston secondaire et du fluide
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déplacé par ce dernier, ce piston secondaire et ce fluide déplacé ont une masse équivalente m et les moyens élastiques ont une raideur K qui satisfont
sensiblement la relation K = mS22(1- Sl ) , où sO est la section transversale du s0 piston principal.
sensiblement la relation K = mS22(1- Sl ) , où sO est la section transversale du s0 piston principal.
Selon une autre variante, exploitant précisément le principe de l'inertie fluide, comme mentionné ci-dessus, le corps de l'amortisseur de traînée comprend deux enveloppes tubulaires rigidement liées entre elles, dont l'une est une enveloppe externe fermée par lesdits fonds, et l'autre est une enveloppe interne, disposée à l'intérieur de l'enveloppe externe de sorte à délimiter avec cette dernière au moins une zone de section transversale rétrécie, et dans laquelle le piston principal est monté axialement coulissant, ladite enveloppe interne comportant une paroi transversale traversée à coulissement axial par ladite tige et dans laquelle est ménagé ledit conduit. Dans ce cas, il est avantageux que le conduit traverse sensiblement axialement ladite paroi transversale de ladite enveloppe interne, lesdits moyens élastiques comprennent au moins un ressort en appui par une extrémité contre l'un desdits fonds et par l'autre extrémité contre ledit piston secondaire. En variante, au moins un orifice de laminage traverse également ladite paroi transversale de l'enveloppe interne, ou, de manière plus générale, une partie du corps.
De manière simple, au moins un orifice de laminage peut traverser sensiblement axialement le piston principal, et ce dernier peut être monté coulissant avec étanchéité dans ledit corps.
En outre, pour assurer sensiblement le blocage du piston secondaire par les moyens élastiques et le débit de fluide sensiblement par l'orifice de laminage, afin d'obtenir un amortissement élevé à la fréquence propre en traînée ## de la masse battante, la raideur K des moyens élastiques est supérieure à une valeur seuil. Dans le cas de pertes de charges singulières par l'orifice de laminage, ladite valeur seuil est sensiblement égale à
e>8.v2.À2.s12/s2, où a,2 est le coefficient de perte de charge singulière dudit au moins un orifice de laminage et v2 la vitesse maximum de circulation dudit
e>8.v2.À2.s12/s2, où a,2 est le coefficient de perte de charge singulière dudit au moins un orifice de laminage et v2 la vitesse maximum de circulation dudit
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fluide dans ledit orifice de laminage. Le coefficient #2 relie la perte de charge
AP provoquée par l'orifice de laminage et la vitesse v2 par la relation : AP = #2. v22
Dans le cas de pertes de charges laminaires par l'orifice de laminage, s12 ladite valeur seuil est sensiblement égale à : ## C2 s12, où C2 est le s2 coefficient de perte de charge laminaire reliant la perte de charge AP et la vitesse v2 par la relation : AP = C2.v2.
AP provoquée par l'orifice de laminage et la vitesse v2 par la relation : AP = #2. v22
Dans le cas de pertes de charges laminaires par l'orifice de laminage, s12 ladite valeur seuil est sensiblement égale à : ## C2 s12, où C2 est le s2 coefficient de perte de charge laminaire reliant la perte de charge AP et la vitesse v2 par la relation : AP = C2.v2.
Afin d'assurer un laminage optimal du fluide à la fréquence propre de traînée ##, le piston principal peut être percé de plusieurs orifices de laminage calibrés à des sections différentes.
En variante, au moins un orifice de laminage peut traverser une partie du corps d'amortisseur ou ledit piston secondaire.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-dessous, à titre non limitatif, d'exemples de réalisation décrits en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en demi-coupe axiale sur la demi- vue de gauche et en coupe décalée sur la demi-vue de droite, pour une tête de rotor principal quadripale d'hélicoptère, - la figure 2 est une vue schématique partielle, en partie en coupe et en partie en plan de la tête de rotor de la figure 1, avec un amortisseur de traînée monté en configuration classique entre chacune des pales du rotor et le moyeu, - la figure 3 est une vue schématique en plan d'une tête de rotor analogue à celle des figures 1 et 2, mais pour un rotor à cinq pales, sur lequel chaque amortisseur de traînée est monté en configuration dite interpale , entre deux pales voisines du rotor, - la figure 4 est une vue schématique en coupe axiale d'un premier exemple d'amortisseur de traînée selon l'invention, - la figure 5 est une vue analogue à la figure 4 d'un second exemple d'amortisseur de traînée selon l'invention,
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- les figures 6 et 7 sont des courbes représentant respectivement le mouvement du piston secondaire et la vitesse de circulation du fluide dans l'orifice de laminage en fonction du temps, lors du fonctionnement d'un amortisseur de traînée selon les figures 4 et 5, et - la figure 8 est une vue analogue aux figures 4 et 5 d'un troisième exemple d'amortisseur de traînée, selon l'invention, du type à inertie fluide.
Les figures 1 et 2 représentent schématiquement la tête d'un rotor principal quadripale d'hélicoptère sensiblement telle que décrite dans EP 0 213 016 en référence aux figures 4 et 5 de ce document, auquel on se référera avantageusement pour davantage de précisions.
On rappelle que cette tête de rotor comprend un mât-moyeu tubulaire monobloc 1, dont la partie inférieure sensiblement cylindrique forme un mât 2 avec une base 4 destinée à être liée en rotation à une boîte de transmission principale de l'hélicoptère, pour l'entraînement du rotor en rotation autour de l'axe A du mât-moyeu 1. Ce dernier comporte également une partie supérieure formant moyeu 3, qui prolonge le mât 2 et présente une forme générale extérieure sensiblement tronconique et évasée du côté opposé au mât 2 jusqu'à un anneau de renforcement 5, qui constitue l'extrémité supérieure libre surépaissie localement et périphériquement du moyeu 3. Des ouvertures 6 radiales (par rapport à l'axe A), identiques et en nombre égal au nombre des pales du rotor, sont pratiquées dans la portion de moyeu 3 qui est directement adjacente à l'anneau 5 et sont régulièrement réparties en direction circonférentielle sur le pourtour de cette portion de moyeu 3. Chaque ouverture 6 a une forme sensiblement en demi-lune ou en haricot très arrondi, dont la concavité générale est tournée vers l'anneau 5, qui entoure l'ouverture de l'extrémité supérieure du moyeu 3. Cet anneau 5, dont la forme en plan (voir figure 2) est celle d'un polygone pseudo-régulier, à petits côtés 5a égaux, bombés et convexes alternés avec de grands côtés 5b égaux, rectilignes et en nombre égal au nombre des pales du rotor, est renforcé par une ceinture 5c composite dans une gorge périphérique dans l'anneau 5. Chacune des ouvertures 6 est pratiquée dans le moyeu 3 directement sous l'un respectivement des petits côtés 5a de l'anneau 5, ces petits côtés 5a
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convexes correspondant aux portions de l'anneau 5 sur lesquelles sont retenues des butées sphériques lamifiées 8, logées dans l'ouverture de l'extrémité supérieure du moyeu 3 et constituant des organes de retenue et d'articulation des pales 7 sur le mât moyeu 1.
Les butées lamifiées sphériques 8 sont des composants bien connus, permettant chacun l'articulation d'une pale 7 sur le moyeu 3 autour des trois axes de battement, de traînée et de changement de pas de la pale, qui se coupent au point de rotulage déterminé par le centre de rotation de la butée lamifiée sphérique 8 correspondante. Chaque butée 8 comprend essentiellement une partie centrale lamifiée 10, constituée d'un empilement alterné de couches rigides, par exemple métalliques, et d'un matériau visco- élastique, tel qu'un caoutchouc synthétique, et en forme de calottes sphériques, cette partie centrale lamifiée étant vulcanisée entre deux armatures rigides 9, 11, par exemple métalliques.
Chaque butée lamifiée sphérique 8 est appliquée contre la face interne de l'anneau 5 et fixée contre ce dernier par son armature radiale externe 9 conformée en étrier chevauchant l'anneau 5 au niveau d'une ouverture 6, tandis que son armature radiale interne 11, solidaire de la partie centrale lamifiée 10 du côté opposé à l'armature externe 9, est fixée par boulonnage en entretoise entre les deux branches 13 et 14 d'une chape radiale interne d'un organe de liaison 12, appelé manchon, reliant une pale 7 au moyeu 3 par l'intermédiaire de la butée lamifiée sphérique 8 correspondante. Dans ce montage, la branche inférieure 13 de la chape radiale interne 13-14 du manchon 12 traverse l'ouverture 6 correspondante.
La pale 7 a son pied 7a retenu entre les deux branches 15 et 16 d'une chape radiale externe du manchon 12 par deux broches 17 tubulaires, parallèles entre elles et sensiblement à l'axe A du rotor, et traversant des alésages alignés dans le pied de pale 7a et les branches 15 et 16 de cette chape externe.
Dans la forme simple de réalisation des figures 1 et 2, le manchon radial de liaison 12 comprend deux plaques radiales disposées sensiblement l'une au-dessus de l'autre, la plaque inférieure réalisant les branches
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inférieures 13 et 15 et la plaque supérieure réalisant les branches supérieures
14 et 16 des chapes respectivement interne et externe du manchon 12, et ces deux plaques sont entretoisées par l'armature interne 11 de la butée 8, et, à l'extérieur de l'anneau 5, par une entretoise 18 sur laquelle les deux plaques sont boulonnées, et qui supporte en saillie latéralement un levier de pas 19 pour la commande du pas de la pale 7 correspondante.
14 et 16 des chapes respectivement interne et externe du manchon 12, et ces deux plaques sont entretoisées par l'armature interne 11 de la butée 8, et, à l'extérieur de l'anneau 5, par une entretoise 18 sur laquelle les deux plaques sont boulonnées, et qui supporte en saillie latéralement un levier de pas 19 pour la commande du pas de la pale 7 correspondante.
L'amortissement en traînée de chaque masse battante constituée par une pale 7 et son manchon 12 de liaison au moyeu 3, et le rappel élastique de cette masse battante sur son axe neutre sont assurés par un organe externe au mât-moyeu 1 et disposé latéralement, en configuration classique sur le rotor des figures 1 et 2, entre l'anneau 5 du moyeu 3 et cette masse battante.
Cet organe, appelé amortisseur de traînée, contrefiche de rappel élastique en traînée à amortissement incorporé ou même adaptateur de fréquence, est un organe 20 agencé comme un amortisseur hydraulique particulier, dont la structure, selon différents modes de réalisation, et le mode de fonctionnement sont décrits ci-après en référence aux figures 4 à 8.
Dans le montage classique selon la figure 2, l'amortisseur de traînée 20 est accouplé par une rotule 21 à son extrémité interne dans une chape d'attache 22 rapportée sur une saillie radiale vers l'extérieur de l'anneau 5, sensiblement au niveau du milieu du grand côté 5b de cet anneau 5 qui s'étend entre le manchon 12 de la pale 7 considérée et le manchon 12 d'une pale 7 voisine du rotor.
A son extrémité externe, l'amortisseur 20 est accouplé par une rotu l e 23 dans une chape formée entre deux ferrures 24 qui sont chacune d'une seule pièce avec l'une des deux plaques inférieure et supérieure du manchon de liaison 12, chaque ferrure 24 s'étendant à la fois radialement vers l'extérieur et vers le bord de fuite de la pale 7 correspondante, à partir de l'extrémité radiale externe de la plaque inférieure ou supérieure correspondante.
En variante, comme représenté sur la figure 3, chaque amortisseur de traînée tel que 20 peut être monté entre deux pales 7 voisines du rotor, ou plus précisément entre les manchons de liaison 12' de deux pales 7 voisines, c'est-à-dire entre deux masses battantes voisines du rotor, chaque masse
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battante étant constituée par une pale 7 et son organe de liaison 12' au moyeu
3. Sur la tête de rotor à cinq pales de la figure 3, chaque amortisseur de traînée 20 est retenu et articulé, par sa rotule d'extrémité 21, sur une chape d'attache 22' en saillie latérale sur le manchon 12' lié au pied 7a d'une pale, et par sa rotule 23 d'extrémité opposée, sur une chape d'attache 24' en saillie latérale sur le manchon 12' lié au pied 7a d'une pale voisine. De la sorte, les amortisseurs 20 sont sollicités par les mouvements angulaires de traînée différentielle entre les masses battantes 7-12' du rotor, alors que dans le montage classique de la figure 2, chaque amortisseur 20 est sollicité par les mouvements angulaires de traînée de la masse battante 7-12 à laquelle il est articulé par rapport au moyeu 3 du rotor.
3. Sur la tête de rotor à cinq pales de la figure 3, chaque amortisseur de traînée 20 est retenu et articulé, par sa rotule d'extrémité 21, sur une chape d'attache 22' en saillie latérale sur le manchon 12' lié au pied 7a d'une pale, et par sa rotule 23 d'extrémité opposée, sur une chape d'attache 24' en saillie latérale sur le manchon 12' lié au pied 7a d'une pale voisine. De la sorte, les amortisseurs 20 sont sollicités par les mouvements angulaires de traînée différentielle entre les masses battantes 7-12' du rotor, alors que dans le montage classique de la figure 2, chaque amortisseur 20 est sollicité par les mouvements angulaires de traînée de la masse battante 7-12 à laquelle il est articulé par rapport au moyeu 3 du rotor.
L'amortisseur de traînée 20, qu'il soit accouplé entre le moyeu 3 et une masse battante constituée d'une pale 7 et du manchon 12 correspondant, comme représenté sur la figure 2, ou entre deux masses battantes 7-12' voisines du rotor, comme représenté sur la figure 3, est réalisé comme schématiquement représenté sur la figure 4, ou, en variante, sur les figures 5 et 8.
Sur la figure 4, l'amortisseur de traînée 20 comprend un corps tubulaire 25 cylindrique de section circulaire S, fermé à ses extrémités axiales par deux fonds 26 et 27, un piston principal 28 monté coulissant axialement et avec étanchéité dans le corps 25 et délimitant, dans ce corps 25 et entre les fonds 26 et 27, deux chambres de travail 29 et 30 à volume variable en opposition, le piston 28 étant solidaire en mouvement d'une tige axiale 31 traversant de manière étanche les fonds 26 et 27, pour être accouplée par l'embout à rotule 23 à son extrémité libre, externe au cylindre 20, sur une masse battante 7-12 ou 7-12', tandis que le corps 25 est accouplé à l'extrémité opposée de l'amortisseur 20, par l'embout à rotule 21 au moyeu 3 (figure 2) ou à une masse battante 7-12' voisine (figure 3).
Le piston principal 28 est traversé axialement par deux passages débouchant par leurs extrémités directement dans les chambres 29 et 30, l'un des passages étant un conduit 32 dans lequel un piston secondaire 33 est monté coulissant sensiblement avec étanchéité et flottant, entre deux ressorts
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de compression hélicoïdaux 34 identiques, traversant chacun axialement l'une respectivement des deux chambres 29 et 30, et engagés chacun dans l'une respectivement des parties d'extrémité axiale ou longitudinale du conduit 32, de sorte à être en appui par une extrémité contre le piston secondaire 33 et par l'autre extrémité contre le fond 26 ou 27 correspondant, de manière à rappeler le piston 33 vers une position neutre dans le conduit 32.
Le conduit 32 a une section transversale s1 très supérieure, d'environ un ordre de grandeur, à celle s2 de l'autre passage, qui est un orifice de laminage 35 calibré pour laminer un fluide, telle qu'une huile hydraulique, remplissant l'amortisseur 20, et en particulier les chambres 29 et 30, lorsque le piston principal 28 est déplacé axialement dans le corps 25 par les mouvements relatifs en traînée de la masse battante 7-12 ou 7-12', liée à la tige 31, et du moyeu 3 ou d'une masse battante 7-12' voisine, lié au corps 25.
En variante, comme représenté sur la figure 5, les ressorts 34' ne sont plus liés aux fonds 26 et 27 du corps 25 d'amortisseur 20' comme sur la version de base de la figure 4, mais les ressorts 34' sont logés chacun dans l'une respectivement des parties d'extrémité axiale ou longitudinale du conduit 32 et en appui, par une extrémité, contre le piston secondaire 33, et par l' autre extrémité contre le piston principal 28, par engagement de cette autre extrémité du ressort 34' dans une gorge ou contre un épaulement dans l'extrémité axiale correspondante du conduit 32, de manière également à rappeler le piston 33 vers une position neutre dans le conduit 32.
Lorsque l'amortisseur de traînée 20 est sollicité par des déplacements en traînée d'une masse battante 7-12 ou 7-12' par rapport à une masse battante voisine 7-12' ou par rapport au moyeu 3, et que l'ensemble tige 31piston principal 28 se déplace axialement dans le corps 25, le piston secondaire 33 se déplace dans le conduit 32, et si x est le déplacement du piston secondaire 33 par rapport au corps 25, et donc x son accélération, et si chacun des deux ressorts identiques 34 a une raideur K/2, l'équation d'équilibre du piston secondaire 33 est donnée, dans un amortisseur selon la figure 4, par la relation (1): mx+Kx=(P2-P3)sl, où m est la masse équivalente du piston secondaire 33 et du fluide déplacé par ce piston 33 (et,
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dans ce cas, peu différente de la masse du seul piston secondaire 33), s1 est la section transversale du conduit 32, et donc aussi du piston secondaire 33, et P2 et P3 sont les pressions régnant dans les parties d'extrémité axiales du conduit 32, de part et d'autre du piston secondaire 33, la pression P2 étant celle dans la partie d'extrémité du conduit 32 qui est en communication avec celle des deux chambres de travail 29 et 30 qui est en détente par le déplacement de l'ensemble tige 31-piston 28, tandis que la pression P3 est celle régnant dans la partie d'extrémité du conduit 32 en communication avec l'autre chambre de travail 30 ou 29, en compression.
Si l'on considère les débits, le débit q1 de fluide entrant dans le conduit 32 par l'extrémité de ce dernier en communication avec la chambre 29 ou 30 en compression, et égal au débit sortant de ce conduit 32 par son autre extrémité en communication avec la chambre 30 ou 29 en détente, est donné par la relation q1 = s1.x, où xest la vitesse de déplacement du piston secondaire 33 dans le conduit 32. Le débit q2 par l'orifice de laminage 35 est donné par l'expression q2 = s2.v2, où s2 et v2 sont respectivement la section transversale de l'orifice de laminage 35 et la vitesse du fluide laminé dans cet orifice 35.
La loi de conservation des débits donne la relation : q1 + q2 + (S - s1 - s2) d = 0, où d est le déplacement de l'ensemble tige 31piston 28 par rapport au corps 25, et donc d la vitesse de cet ensemble tige 31- piston 28, et S est la section transversale du corps 25, voisine de so qui est celle du piston 28.
En considérant les pertes de charge, si #1a est le coefficient de perte de charge au niveau du raccordement de la partie d'extrémité axiale du conduit 32 vers laquelle le piston secondaire 33 est déplacé, et dans laquelle règne la pression P2, avec la chambre de travail 29 ou 30 en détente, dans laquelle règne la pression P1, et si la vitesse x du piston 33 est très supérieure à la vitesse d de l'ensemble tige 31-piston 28, on a la relation :
P2 - Pl = -,la(x - d)2.signe(z - d) , soit la relation (2) :
P2 - Pl = -,la(x - d)2.signe(z - d) , soit la relation (2) :
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P2 - Pl = -Âla(i - à).Ii - à 1, et de même, si Â, 1 b est le coefficient de perte de charge au raccordement de la chambre 30 ou 29 en compression, à la pression P4, avec la partie d'extrémité axiale du conduit 32 dont le piston secondaire 33 s'écarte, et dans laquelle il règne la pression P3, on a la relation
Quel que soit le mode de réalisation (figure 4 ou figure 5), c'est un terme enx-d, correspondant au mouvement relatif entre fluide et piston principal 28, qui intervient dans l'expression des pertes de charge.
Dans le cas de pertes de charges singulières, la perte de charge par
l'orifice de laminage 35 est donnée par la relation (4) : P4-Pl=-Â,2v2!v2\ ' où #2 est le coefficient de perte de charge singulière de l'orifice 35, v2 étant, comme déjà dit, la vitesse du fluide dans cet orifice 35.
l'orifice de laminage 35 est donnée par la relation (4) : P4-Pl=-Â,2v2!v2\ ' où #2 est le coefficient de perte de charge singulière de l'orifice 35, v2 étant, comme déjà dit, la vitesse du fluide dans cet orifice 35.
En rapprochant la relation (1) avec les relations (2) et (3), on obtient la relation (5) :
où #1 = #1a + #1b représente le coefficient de perte de charge global du conduit 32.
où #1 = #1a + #1b représente le coefficient de perte de charge global du conduit 32.
En rapprochant la relation (5) de la relation (4), il vient la relation (6) :
Si l'amortisseur de traînée 20 est dimensionné pour que le piston secondaire 33 entre en résonance dans le conduit 32 lorsque l'amortisseur 20 est sollicité à la fréquence Q de rotation nominale du rotor, c'est-à-dire si le mouvement du piston secondaire 33 dans le conduit 32 s'effectue à la fréquence # lorsque le mouvement du piston 28 dans le corps 25 s'effectue à cette même fréquence #, on a alors la relation : m# + Kx = 0 à cette fréquence #.
Comme le déplacement du piston secondaire 33 est de type sinusoïdal de pulsation #, son accélération x peut s'exprimer sous la forme :
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x = -cv2x , soit, à la pulsation S2, z = -S22.x , ce qui, transporté dans la relation précédente, donne la relation (7) mQ2=K, qui est la condition de résonance du piston secondaire 33 à la fréquence #, de sorte que la masse équivalente m et la raideur K des deux ressorts 34 sont choisis pour que la relation (7) soit vérifiée.
Dans la réalisation de la figure 5, dans laquelle la masse équivalente m est également peu différente de la masse du seul piston secondaire 33, et avec ressorts 34' liés au piston principal 28, la variation de longueur des ressorts 34' vaut x-d où d est le déplacement du piston principal 28. La reprise des calculs ci-dessus en tenant compte de cette particularité conduit à une condition de bon fonctionnement selon la relation : (7') : K = m#2(1- s1 Dans s0) cet exemple, les paramètres K, m, s1 et sO sont donc choisis pour que cette relation (7') soit vérifiée.
Par ailleurs, puisque #2 est voisin de #1, car les sections s1 et s2 sont toutes les deux petites devant la section S, et comme à la fréquence #, on tire
de la relation (6) que ,2(v2-d)Z est sensiblement égal à Àl(x- d)2, il en résulte que v22 est sensiblement égal à x2, et donc que v2 est sensiblement égal à x, et, comme la section s2 est très petite devant la section s1, on a la relation (8): s2v2 # s1#, soit q2 q1, ce qui signifie qu'à la fréquence nominale de rotation Q du rotor, correspondant à la fréquence de résonance du piston secondaire 33 dans le conduit 32, le débit de fluide entre les deux chambres de travail 29 et 30 transite en majeure partie par le conduit 32, dans lequel le piston secondaire 33 repousse un certain volume de fluide dans la chambre 29 ou 30 en détente en même temps que le même volume de fluide est admis de l'autre côté du piston 33, dans le conduit 32, en provenance de la chambre 30 ou 29 en compression.
de la relation (6) que ,2(v2-d)Z est sensiblement égal à Àl(x- d)2, il en résulte que v22 est sensiblement égal à x2, et donc que v2 est sensiblement égal à x, et, comme la section s2 est très petite devant la section s1, on a la relation (8): s2v2 # s1#, soit q2 q1, ce qui signifie qu'à la fréquence nominale de rotation Q du rotor, correspondant à la fréquence de résonance du piston secondaire 33 dans le conduit 32, le débit de fluide entre les deux chambres de travail 29 et 30 transite en majeure partie par le conduit 32, dans lequel le piston secondaire 33 repousse un certain volume de fluide dans la chambre 29 ou 30 en détente en même temps que le même volume de fluide est admis de l'autre côté du piston 33, dans le conduit 32, en provenance de la chambre 30 ou 29 en compression.
En d'autres termes, la fréquence # de rotation du rotor, qui, par construction, est supérieure à la fréquence propre en traînée ## de la masse battante, est une grande fréquence qui excite le piston secondaire 33, qui ne s'oppose pas à la circulation du fluide, de sorte que les pertes de charge sont
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faibles, ainsi que les efforts transmis par l'ensemble tige 31-piston 28, sollicité par la masse battante, au corps 25 relié au moyeu 3 ou à une masse battante voisine.
A la fréquence propre en traînée (Où de la masse battante 7-12 ou 7-12', le piston secondaire 33 n'est plus résonant, et les ressorts 34 ou 34' sont dimensionnés, et en particulier ont chacun une raideur K/2 tels qu'ils s'opposent aux déplacements du piston 33 dans le conduit 32, et bloquent sensiblement ce piston 33 en position dans ce conduit 32, de sorte qu'aucune circulation substantielle de fluide ne se produit par le conduit 32. Le débit de fluide entre les chambres de travail 29 et 30, aux sollicitations de l'amortisseur de traînée 20 ou 20' à la fréquence propre en traînée (OÙ de la masse battante, s'effectue donc principalement par l'orifice de laminage 35, calibré pour procurer un amortissement élevé à cette fréquence ##, qui est une basse fréquence par rapport à la fréquence # de rotation du rotor.
On peut considérer que le débit de fluide entre les chambres de travail 29 et 30 est sensiblement le débit q2 passant par l'orifice de laminage 35 si
Iq21= 1 s2v21 q\= Isl..l , c'est-à-dire, comme x = axxà la fréquence 08, si on vérifie la relation (9) : IS1.aJÔ.xI ls2v2l .
Iq21= 1 s2v21 q\= Isl..l , c'est-à-dire, comme x = axxà la fréquence 08, si on vérifie la relation (9) : IS1.aJÔ.xI ls2v2l .
Comme, dans ces circonstances, il vient de la relation (6) que 1 K-,c est SI sensiblement égal à 1 À.2v22! ' on en déduit que x= 1À.2.V22. ;1 ' et en K reportant cette valeur de x dans la relation (9), on obtient : SI Si2 1(;L2#) Is2.v21 ' d'où il vient la relation (10) : K sP .À.2.aJÔ.v2. s2
Dans le cas de pertes de charges singulières, la raideur K des ressorts 34 (ou 34') est donc choisie pour vérifier cette relation, selon laquelle K est supérieur à une valeur seuil, et dans laquelle on considère la vitesse maximum v2 du fluide dans l'orifice de laminage 35, compte tenu des efforts maximum que l'amortisseur de traînée est destiné à supporter, les autres paramètres de la relation (10) étant connus par construction.
Dans le cas de pertes de charges singulières, la raideur K des ressorts 34 (ou 34') est donc choisie pour vérifier cette relation, selon laquelle K est supérieur à une valeur seuil, et dans laquelle on considère la vitesse maximum v2 du fluide dans l'orifice de laminage 35, compte tenu des efforts maximum que l'amortisseur de traînée est destiné à supporter, les autres paramètres de la relation (10) étant connus par construction.
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Dans le cas de pertes de charges laminaires, pour lesquelles la relation reliant la perte de charge AP et la vitesse v2 est AP=C2.v2, où C2 est le coefficient de perte de charge laminaire, des calculs analogues montrent que s12 K doit être supérieur à une valeur seuil sensiblement égale à ##.C2. s12, soit la s2 relation (10') K ##.C2.s12/s2. s2
Par ailleurs, on rappelle que la masse m équivalente du piston secondaire 33 et du fluide déplacé, et la raideur K vérifient la relation (7) ou (7') précitée, de sorte que les relations (7) ou (7') et (10) et (10') permettent de dimensionner l'amortisseur de traînée 20 ou 20' pour qu'une excitation à la fréquence # de rotation du rotor, entraîne la résonance du piston secondaire 33 permettant une circulation de fluide sensiblement libre par le conduit 32, préférentiellement à l'orifice de laminage 35, tandis que pour une excitation à la fréquence propre de traînée ## de la masse battante, les ressorts 34 (ou 34') bloquent sensiblement le piston secondaire 33, et le fluide circule préférentiellement par l'orifice de laminage 35. D'une manière générale, pour une excitation bi-fréquentielle de l'amortisseur 20, la composante en # rencontre une moindre résistance par le conduit 32, comme représenté sur la figure 6, alors que la composante en ## rencontre une moindre résistance par l'orifice de laminage 35, lequel permet d'apporter un amortissement substantiel sur la basse fréquence ##, comme représenté sur la figure 6. En effet, la figure 6 représente, en ordonnée, le déplacement x (en m) du piston secondaire 33 en fonction du temps (en s), et x, représenté par la courbe 36, est égal à la
somme xS2 + x8, où xS2 est la composante en ça, indiquée par la courbe 37, et qui prédomine, et x## est la composante en ##, représentée par la courbe 38.
Par ailleurs, on rappelle que la masse m équivalente du piston secondaire 33 et du fluide déplacé, et la raideur K vérifient la relation (7) ou (7') précitée, de sorte que les relations (7) ou (7') et (10) et (10') permettent de dimensionner l'amortisseur de traînée 20 ou 20' pour qu'une excitation à la fréquence # de rotation du rotor, entraîne la résonance du piston secondaire 33 permettant une circulation de fluide sensiblement libre par le conduit 32, préférentiellement à l'orifice de laminage 35, tandis que pour une excitation à la fréquence propre de traînée ## de la masse battante, les ressorts 34 (ou 34') bloquent sensiblement le piston secondaire 33, et le fluide circule préférentiellement par l'orifice de laminage 35. D'une manière générale, pour une excitation bi-fréquentielle de l'amortisseur 20, la composante en # rencontre une moindre résistance par le conduit 32, comme représenté sur la figure 6, alors que la composante en ## rencontre une moindre résistance par l'orifice de laminage 35, lequel permet d'apporter un amortissement substantiel sur la basse fréquence ##, comme représenté sur la figure 6. En effet, la figure 6 représente, en ordonnée, le déplacement x (en m) du piston secondaire 33 en fonction du temps (en s), et x, représenté par la courbe 36, est égal à la
somme xS2 + x8, où xS2 est la composante en ça, indiquée par la courbe 37, et qui prédomine, et x## est la composante en ##, représentée par la courbe 38.
De même, la figure 7 représente en ordonnée la vitesse v2 (en m/s) dans l'orifice de laminage 35 en fonction du temps (en s), et cette vitesse v2 indiquée par la courbe 39, est égale à la somme v2# + v2 ##, où v2# est la composante de vitesse en #, indiquée par la courbe 40, et v2 ## est la composante en ##, qui prédomine et est représentée par la courbe 41.
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Ainsi, les efforts dynamiques et dissipations thermiques dans l'amortisseur 20 ou 20' sont réduits, tout en obtenant un amortissement élevé sur la fréquence propre en traînée ## de la masse battante.
L'exemple d'amortisseur de traînée de la figure 8 fonctionne sensiblement comme ceux des figures 4 et 5, bien qu'il s'agisse d'un mode de réalisation exploitant le principe de l'inertie fluide, pour réduire la masse réelle du piston secondaire, avec prise en compte d'une amplification du mouvement du fluide déplacé par ce piston secondaire par rapport au mouvement de ce dernier, d'où une masse équivalente importante.
Dans cet exemple, le corps 25 de l'amortisseur 20" comprend une enveloppe tubulaire externe 25', fermée par les fonds 26 et 27, et doublée intérieurement, sur la plus grande partie de sa dimension axiale, par une enveloppe tubulaire interne 25", rigidement liée à l'enveloppe externe 25' dont elle est radialement séparée par une zone allongée 42 de section transversale rétrécie.
Le piston principal 28 est monté axialement coulissant sensiblement avec étanchéité dans l'enveloppe interne 25", qui n'est pas raccordée aux fonds 26 et 27, mais comporte, à une extrémité axiale, une paroi transversale 43 au travers de laquelle la tige 31 coulisse axialement et sensiblement avec étanchéité. La liaison rigide entre les enveloppes 25' et 25" est schématisée sur la figure 8 par des entretoises radiales 44, mais peut être réalisée par tout moyen approprié différent. Ainsi, l'une 29 des chambres de travail est délimitée dans l'enveloppe interne 25", entre le piston principal 28 et la paroi transversale 43, tandis que l'autre chambre de travail 30, de l'autre côté du piston principal 28 dans l'enveloppe interne 25", est en communication permanente, par la zone allongée de section rétrécie 42, avec une chambre annexe 45 délimitée entre le fond 26 et la paroi transversale 43. Cette paroi transversale 43 est traversée axialement par un conduit 32', dans lequel est monté coulissant, sensiblement avec étanchéité, un piston secondaire 33' sollicité par un ressort 34" en appui par une extrémité contre le fond 26 et par l'autre extrémité contre le piston secondaire 33'. Comme dans les exemples des figures 4 et 5, le piston secondaire 33' permet de transférer du fluide d'une
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chambre de travail 29 ou 30 à l'autre 30 ou 29, par l'intermédiaire de la chambre annexe 45 et de la zone allongée 42 de section rétrécie, qui est une zone d'une longueur relativement grande pour mettre en #uvre le principe de l'inertie fluide, car cette zone 42 est une zone d'accélération du fluide déplacé.
Lors des déplacements du piston secondaire 33', la masse réelle du fluide déplacé est faible, mais son accélération est très grande dans la zone 42 de fort rétrécissement, ce qui se traduit par une masse équivalente très grande, alors que la masse réelle du piston secondaire 33' peut être réduite. On rappelle que la masse équivalente est celle qui, animée d'une vitesse x égale à celle du piston secondaire, aurait la même énergie cinétique 1/2m#2 que celle de l'ensemble des masses en mouvement (piston secondaire et fluide déplacé par ce piston). Comme les exemples des figures 4 et 5, celui de la figure 8 comporte deux passages 32' et 35 entre les chambres de travail 29 et 30, et son dimensionnement permet la mise en résonance du piston secondaire 33' dans le conduit 32' à la fréquence #, sans amortissement important, d'une part, et, d'autre part, le blocage du piston secondaire 33' dans le conduit 32' par le ressort 34 à la fréquence ##, pour laquelle le transfert de fluide s'effectue essentiellement par l'orifice 35 avec un fort amortissement à cette fréquence, dans sensiblement les mêmes conditions que pour l'exemple de la figure 4 et comme décrit ci-dessus.
Lors des déplacements du piston secondaire 33', la masse réelle du fluide déplacé est faible, mais son accélération est très grande dans la zone 42 de fort rétrécissement, ce qui se traduit par une masse équivalente très grande, alors que la masse réelle du piston secondaire 33' peut être réduite. On rappelle que la masse équivalente est celle qui, animée d'une vitesse x égale à celle du piston secondaire, aurait la même énergie cinétique 1/2m#2 que celle de l'ensemble des masses en mouvement (piston secondaire et fluide déplacé par ce piston). Comme les exemples des figures 4 et 5, celui de la figure 8 comporte deux passages 32' et 35 entre les chambres de travail 29 et 30, et son dimensionnement permet la mise en résonance du piston secondaire 33' dans le conduit 32' à la fréquence #, sans amortissement important, d'une part, et, d'autre part, le blocage du piston secondaire 33' dans le conduit 32' par le ressort 34 à la fréquence ##, pour laquelle le transfert de fluide s'effectue essentiellement par l'orifice 35 avec un fort amortissement à cette fréquence, dans sensiblement les mêmes conditions que pour l'exemple de la figure 4 et comme décrit ci-dessus.
En variante, le piston principal 28 peut être traversé par plusieurs orifices de laminage tels que 35, calibrés à des sections différentes, afin d'assurer un laminage optimal du fluide à la fréquence propre de traînée ##.
En variante également, l'orifice de calibrage ou l'un d'entre eux peut être défini par un passage annulaire, de faible dimension radiale, entre le piston principal 28 et le corps 25 de l'amortisseur, auquel cas ce piston 28 n'est pas monté coulissant avec étanchéité dans le corps 25. En variante encore, l'orifice de calibrage 35, ou l'un d'eux, peut être ménagé au travers du piston secondaire 33 ou 33', que ce dernier coulisse dans le piston principal 28 ou dans une paroi 43 d'une enveloppe interne 25" du corps d'amortisseur 25, et/ou au moins un orifice de laminage peut encore être ménagé au travers d'une paroi telle que 43 d'une enveloppe interne telle que 25" du corps, ou de toute autre
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partie du corps 25 sous la réserve que cet orifice de laminage communique par chacune de ses deux extrémités avec l'une respectivement des deux chambres de travail 29,30.
Bien entendu, le montage d'un tel amortisseur de traînée n'est pas limité au type de rotor principal selon les figures 1 et 2, mais peut se monter sur d'autres types de rotors principaux, notamment tels que ceux décrits dans FR 2 427 251, où le moyeu est un plateau ou anneau radial traversé d'alvéoles axiales logeant chacun des moyens de liaison et d'articulation d'une pale sur le moyeu, ou FR 2 456 034, ou FR 2 529 860, où le corps de moyeu est un fût central supportant deux plateaux radiaux espacés entre lesquels sont retenus les moyens de liaison et d'articulation des pales au moyeu, le pied de chaque pale pouvant comporter une boucle qui entoure les moyens de retenue et d'articulation, eux-mêmes retenus entre les deux plateaux du moyeu.
Claims (1)
- 7-12', 7-12') entre lesquels ledit amortisseur de traînée (20,20', 20") est monté, - un fluide remplissant au moins les deux chambres de travail (29,30) dans le corps (25) , et - au moins un orifice de laminage (35) ménagé dans l'amortisseur de traînée et apte à laminer du fluide passant d'une chambre de travail à l'autre lorsque le piston principal (28) est déplacé dans le corps (25), caractérisé en ce que ledit amortisseur de traînée (20, 20', 20") présente également au moins un conduit (32,32') en communication avec les deux chambres de travail (29,30) et dans lequel est monté coulissant, sensiblement avec étanchéité, un piston secondaire (33, 33'), sollicité par des moyens<Desc/Clms Page number 27>élastiques (34, 34', 34") tendant à rappeler ledit piston secondaire (33,33') vers une position neutre dans ledit conduit (32,32'), la section transversale (si) dudit conduit (32,32') étant supérieure à la section transversale (s2) dudit orifice de laminage (35), et les piston secondaire (33,33') et moyens élastiques (34, 34', 34") étant dimensionnés de sorte que la fréquence de résonnance du piston secondaire (33, 33') dans le conduit (32, 32') est sensiblement égale à la fréquence de rotation (#) du rotor, afin de filtrer la composante dynamique en Q dans les sollicitations de l'amortisseur (20, 20', 20"), et que les moyens élastiques (34, 34', 34") bloquent sensiblement le piston secondaire (33,33') dans ledit conduit (32,32') à la fréquence propre de traînée (##) de la masse battante (7-12, 7-12'), et en ce que ledit au moins un orifice de laminage (35) est calibré de sorte à amortir sensiblement les mouvements relatifs de l'ensemble tige (31 )-piston principal (28) et du corps (25) d'amortisseur à une fréquence qui est sensiblement égale à la fréquence propre de traînée (##) de la masse battante (7-12, 7-12').2. Amortisseur de traînée selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit conduit (32) est ménagé dans ledit piston principal (28) et présente des parties d'extrémité longitudinale qui s'ouvrent chacune directement dans l'une respectivement des chambres de travail (29, 30).3. Amortisseur de traînée selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit conduit (32) traverse sensiblement axialement ledit piston principal (28) et lesdits moyens élastiques comprennent deux ressorts (34) traversant chacun sensiblement axialement l'une respectivement des deux chambres de travail (29,30) et engagés chacun dans l'une respectivement des parties d'extrémité longitudinale dudit conduit (32), chaque ressort (34) étant en appui par une extrémité contre le piston secondaire (33) et par l'autre extrémité contre l'un respectivement desdits fonds (27,28).4. Amortisseur de traînée selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits moyens élastiques comprennent deux ressorts (34') logés chacun dans l'une respectivement des deux parties d'extrémité longitudinale dudit conduit (32), et en appui chacun par une extrémité contre le<Desc/Clms Page number 28>piston secondaire (33) et par son extrémité opposée contre le piston principal (28).5. Amortisseur de traînée selon la revendication 4, caractérisé en ce que le piston secondaire (33) et le fluide déplacé par ce dernier ont une masse équivalente m et les moyens élastiques (34') ont une raideur K qui satisfont sensiblement la relation K = m#2(1- si ), où sO est la section transversale du s0 piston principal (28).6. Amortisseur de traînée selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps (25) comprend deux enveloppes tubulaires (25', 25") rigidement liées entre elles, dont l'une (25') est une enveloppe externe fermée par lesdits fonds (26, 27), et l'autre (25") est une enveloppe interne, disposée à l'intérieur de l'enveloppe externe (25') de sorte à délimiter avec cette dernière au moins une zone de section transversale rétrécie (42), et dans laquelle le piston principal (28) est monté axialement coulissant, ladite enveloppe interne (25") comportant une paroi transversale (43) traversée à coulissement axial par ladite tige (31 ) et dans laquelle est ménagé ledit conduit (32').7. Amortisseur de traînée selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit conduit (32') traverse sensiblement axialement ladite paroi transversale (43) de ladite enveloppe interne (25"), lesdits moyens élastiques comprennent au moins un ressort (34") en appui par une extrémité contre l'un (26) desdits fonds (26, 27) et par l'autre extrémité contre ledit piston secondaire (33').8. Amortisseur de traînée selon l'une des revendications 3,6 et 7, caractérisé en ce que le piston secondaire (33, 33') et le fluide déplacé par ce dernier ont une masse équivalente m et les moyens élastiques (34,34") ont une raideur K qui satisfont sensiblement la relation K = m#2.9. Amortisseur de traînée selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit au moins un orifice de laminage (35) traverse sensiblement axialement ledit piston principal (28) monté coulissant avec étanchéité dans ledit corps (25).<Desc/Clms Page number 29>10. Amortisseur de traînée selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit piston principal (28) est percé de plusieurs orifices de laminage (35) calibrés à des sections différentes.11. Amortisseur de traînée selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'au moins un orifice de laminage (35) traverse une partie dudit corps (25) ou ledit piston secondaire (33).12. Amortisseur de traînée selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la raideur K des moyens élastiques (34, 34', 34") est supérieure à une valeur seuil.13. Amortisseur de traînée selon la revendication 12, caractérisé en ce que, en cas de pertes de charges singulières par au moins un orifice de laminage s12
(35), ladite valeur seuil est sensiblement égale à .v2..2. 12 où À.2 est le s2 coefficient de perte de charge singulière dudit au moins un orifice de laminage (35) et v2 la vitesse maximum de circulation dudit fluide dans ledit orifice de laminage (35).14. Amortisseur de traînée selon la revendication 12, caractérisé en ce que, en cas de pertes de charges laminaires par au moins un orifice de laminage s12 (35), ladite valeur seuil est sensiblement égale à ##.C2. s12, où C2 est le s2 coefficient de perte de charge laminaire dudit au moins un orifice de laminage (35).
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| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 004, no. 176 (M - 045) 5 December 1980 (1980-12-05) * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1571517A1 (fr) * | 2004-03-03 | 2005-09-07 | Eurocopter | Procédé de contrôle de l'amortissement de vibrations d'un hélicoptère et dispositif mettant en oeuvre le procédé |
| FR2867152A1 (fr) * | 2004-03-03 | 2005-09-09 | Eurocopter France | Procede de controle de l'amortissement de vibrations d'un helicoptere et dispositif mettant en oeuvre le procede |
| US7360994B2 (en) | 2004-03-03 | 2008-04-22 | Eurocopter | Method of controlling vibration damping in a helicopter, and apparatus implementing the method |
| FR3090777A1 (fr) * | 2018-12-19 | 2020-06-26 | Airbus Helicopters | Amortisseur hydroelastique, rotor comportant un tel amortisseur hydroelastique et aeronef associe |
| EP3680510A1 (fr) | 2018-12-19 | 2020-07-15 | Airbus Helicopters | Amortisseur hydroélastique, rotor comportant un tel amortisseur hydroélastique et aéronef associé |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2835506B1 (fr) | 2004-03-12 |
| US6676074B2 (en) | 2004-01-13 |
| US20030146343A1 (en) | 2003-08-07 |
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