FR2946619A1

FR2946619A1 - Device for orienting drifts of helicopter i.e. dual rotor helicopter, with contra rotating rotors to modify action direction of aerodynamic surfaces, has orientable drifts moving around two axes perpendicular to pitch axis

Info

Publication number: FR2946619A1
Application number: FR0902897A
Authority: FR
Inventors: Salaberry Bernard Lucien Charles De
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-06-15
Filing date: 2009-06-15
Publication date: 2010-12-17

Abstract

The device has a fuselage comprising a pitch axis (7) of a helicopter. A rotor head is equipped with two contra rotating rotors turning around same axis. Orientable drifts (4, 5) are articulated around articulations (14, 15), where the drifts move around two axes perpendicular to the pitch axis without turning around of the pitch axis of the helicopter. The drifts are oriented by using rotative actuators (24, 25) that are controlled separately.

Description

DISPOSITIF D'ORIENTATION DES DERIVES POUR HELICOPTERE A ROTORS CONTRAROTATIFS DRIVE ORIENTATION DEVICE FOR CONTRAROTATIVE ROTOR HELICOPTERS

La présente invention concerne la réalisation des moyens d'orientation des dérives d'un hélicoptère à deux rotors contrarotatifs et s'applique plus particulièrement aux hélicoptères bi-rotors à pilotage pendulaire. Dans un tel hélicoptère, le pas des pales des deux rotors est fixe et la vitesses de rotation desdits rotors sont généralement égales et opposées. Pour permettre le pilotage en lacet, ces hélicoptères sont alors munis de dérives orientables. Ces dérives sont généralement orientées autour d'un axe sous l'action d'un vérin et placées sous le rotor de façon à pouvoir agir lorsque l'hélicoptère est en vol stationnaire. Cette invention s'applique également aux hélicoptères classiques à deux rotors contrarotatifs en permettant à ceux-ci de tourner à la même vitesse ou en évitant d'installer un dispositif de pas différentiel entre les rotors 'pour assurer la commande en lacet. Elle s'applique aussi à tout aéronef à décollage vertical, munis de rotors et de dérives. The present invention relates to the realization of means for orienting the drifts of a helicopter with two counter-rotating rotors and applies more particularly to bi-rotor helicopters with pendulum steering. In such a helicopter, the pitch of the blades of the two rotors is fixed and the rotational speeds of said rotors are generally equal and opposite. To allow steering in yaw, these helicopters are then equipped with adjustable fins. These fins are generally oriented around an axis under the action of a jack and placed under the rotor so as to act when the helicopter is hovering. This invention also applies to conventional helicopters with two counter-rotating rotors by allowing them to rotate at the same speed or by avoiding installing a differential pitch device between the rotors to provide yaw control. It also applies to any vertical take-off aircraft equipped with rotors and drifts.

Le brevet américain n° 5 791 592 décrit un hélicoptère à pilotage pendulaire muni de deux paires de dérive, l'une placée sous le rotor et tournant autour d'un axe horizontal sensiblement parallèle à l'axe de vol de la machine et l'autre placé plus en arrière et tournant autour d'un axe vertical, la première agissant donc pendant les phases de vol stationnaire et la seconde agissant pendant les phases de déplacement. Le brevet français n°2 801 034 décrit un hélicoptère à pilotage pendulaire dont les dérives, placées sous les rotors, tournent autour d'un axe incliné de façon à pouvoir agir aussi bien en vol stationnaire qu'en vol de déplacement. US Pat. No. 5,791,592 discloses a pendulum-controlled helicopter having two pairs of fins, one placed under the rotor and rotating about a horizontal axis substantially parallel to the flight axis of the machine and the another placed further back and turning around a vertical axis, the former therefore acting during the hover phases and the second acting during the phases of displacement. French Patent No. 2,801,034 describes a pendulum-controlled helicopter whose fins, placed under the rotors, rotate around an inclined axis so as to be able to act both in hovering and in flight.

Le dispositif d'orientation des dérives selon l'invention apporte un avantage décisif car, non seulement il augmente les performances des dérives et permet d'en réduire la surface mais il permet aussi d'assurer des fonctions d'aérofreins et de plan stabilisateur. 2946619 - 2 L'invention consiste à monter chacune des dérives sur une rotule pour leur permettre de prendre n'importe qu'elle orientation par rapport à un axe horizontal perpendiculaire à la direction de vol normal de l'hélicoptère sans toutefois 5 tourner autour dudit axe. The fins orientation device according to the invention provides a decisive advantage because, not only it increases the performance of the fins and reduces the surface but it also ensures airbrake functions and stabilizer plan. The invention consists in mounting each of the fins on a ball joint to enable them to take any orientation relative to a horizontal axis perpendicular to the normal flight direction of the helicopter without, however, rotating around said axis.

Ces dérives sont orientées par au moins deux vérins ou actionneurs pour assurer la fonction d'orientation de lacet. L'adjonction de vérins supplémentaire permet d'obtenir les 10 fonctions d'aérofrein, de plan stabilisateur et de redondance. These fins are oriented by at least two jacks or actuators to provide the yaw orientation function. The addition of additional cylinders provides the functions of airbrake, stabilizer and redundancy plan.

L'invention s'applique à tout aéronef pour lesquels on modifie la direction d'action de surfaces aérodynamique .. The invention applies to any aircraft for which the direction of aerodynamic surface action is modified.

15 L'invention s'applique aussi bien à des aéronefs non pilotés qu'à des aéronefs pilotés, à moteurs thermiques ou électriques. The invention applies both to unmanned aircraft and to piloted aircraft, with thermal or electric engines.

L'invention concerne donc un 'Dispositif d'orientation des dérives pour hélicoptère à rotors contrarotatifs du type 20 comportant: - un fuselage, une tête de rotor équipée de deux rotors contrarotatifs tournant autour d'un même axe, au moins une dérive orientable et de préférence deux, 25 caractérisé en ce que la et de préférence les deux dérives sont articulées chacune autour d'un point et rendues mobiles autour d'au moins deux axes sensiblement perpendiculaires à l'axe de tangage sans pouvoir tourner autour dudit axe de tangage de l'hélicoptère. 30 Des modes de réalisation de l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est une vue en perspective écorchée d'un 35 hélicoptère à pilotage pendulaire selon l'art antérieur, La figure 2 est une vue en perspective d'une première réalisation du dispositif selon l'invention, La figure 3 est une vue partielle détaillée dispositif de la figure 2, La figure 4 est une vue de dessus du dispositif de la figure 2 en position de virage en translation, La figure 5 est une vue arrière du dispositif de la figure 2 en position de rotation en vol stationnaire, La figure 6 est une vue de dessus du dispositif de la figure 2 en position de virage pendant une transition du vol stationnaire vers le vol en translation, La figure 7 est une vue en perspective d'une réalisation préférée du dispositif selon l'invention, La figure 8 est une vue arrière du dispositif de la figure 7 en position de couple à cabrer, et La figure 9 est une vue arrière du dispositif de la 15 figure 7 en position de freinage, La figure 10 est une vue de l'une des dérives montrant la disposition des points de fixation et d'articulation, et La figure 11 est une d'un moyen préféré d'articulation des dérives. 20 La figure 1 montre un exemple de réalisation non pilotée d'un hélicoptère à pilotage pendulaire selon l'art antérieur. Il comporte : - un fuselage 1, 25 deux rotors contrarotatifs, 2 et 3 - au moins une et de préférence deux dérives orientables 4 et 5, tournant chacune autour d'un axe incliné 40 et 41. The invention therefore relates to a device for orienting the drifts for helicopters with counter-rotating rotors type 20 comprising: - a fuselage, a rotor head equipped with two counter-rotating rotors rotating about the same axis, at least one orientable and preferably two, characterized in that the and preferably the two fins are articulated each around a point and made mobile about at least two axes substantially perpendicular to the pitch axis without being rotatable about said pitch axis of the helicopter. Embodiments of the invention will be described hereinafter by way of non-limiting examples with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a cutaway perspective view of a pendulum-controlled helicopter according to FIG. FIG. 2 is a perspective view of a first embodiment of the device according to the invention, FIG. 3 is a partial detailed view of the device of FIG. 2, FIG. 4 is a top view of the device of FIG. FIG. 5 is a rear view of the device of FIG. 2 in a hovering rotational position, FIG. 6 is a top view of the device of FIG. 2 in a cornering position during a FIG. 7 is a perspective view of a preferred embodiment of the device according to the invention, FIG. 8 is a rear view of the device of FIG. 9 is a rear view of the device of FIG. 7 in the braking position. FIG. 10 is a view of one of the fins showing the arrangement of the attachment and articulation points, and FIG. Figure 11 is one of a preferred means of articulation of the drifts. FIG. 1 shows an example of an unmanned embodiment of a pendulum-controlled helicopter according to the prior art. It comprises: - a fuselage 1, two counter-rotating rotors, 2 and 3 - at least one and preferably two orientable fins 4 and 5, each rotating about an inclined axis 40 and 41.

Ainsi que le montrent les figures 2 et 3, la constitution 30 générale d'un hélicoptère équipé du dispositif selon l'invention est analogue à celle de l'hélicoptère selon l'art antérieur. Cet hélicoptère comprend : un fuselage 1 ayant un trièdre de référence dont un premier 35 axe 6 est l'axe de roulis de la machine, un second axe 7 est l'axe de tangage et un troisième axe 8 est l'axe de lacet, une tête rotor 9, ayant un axe 10, équipée de deux rotors contrarotatifs 2 et 3, 2946619 - deux dérives 4 et 5. As shown in FIGS. 2 and 3, the general constitution of a helicopter equipped with the device according to the invention is similar to that of the helicopter according to the prior art. This helicopter comprises: a fuselage 1 having a reference trihedron whose first axis 6 is the roll axis of the machine, a second axis 7 is the pitch axis and a third axis 8 is the yaw axis, a rotor head 9, having an axis 10, equipped with two counter-rotating rotors 2 and 3, 2946619 - two fins 4 and 5.

Ces deux dérives 4 et 5 sont elles-mêmes fixées chacune à une extrémité, respectivement 11 et 12, d'une barre porte-dérives 5 13, ayant un axe 18 sensiblement parallèle à l'axe de tangage 7, par l'intermédiaire d'une articulation, respectivement 14 et 15 These two fins 4 and 5 are themselves each fixed at one end, respectively 11 and 12, of a drift bar 13 having an axis 18 substantially parallel to the pitch axis 7, via a joint, respectively 14 and 15

La barre porte-dérive 13 est elle-même fixée sur un tube de 10 dérive 16 par l'intermédiaire, par exemple, d'une pièce en forme de T 17, figure 4. The drift bar 13 is itself fixed to a drift tube 16 via, for example, a T-shaped part 17, FIG. 4.

Enfin, le tube de dérive 16 est fixé à l'intérieur et l'arrière du fuselage 1. Finally, the drift tube 16 is fixed inside and the rear of the fuselage 1.

Les articulations 14 et 15 sont réalisées à l'aide de moyens permettant une rotation des dérives autour de n'importe quel axe perpendiculaire à la barre porte-dérives 13, tout en interdisant toute rotation autour de l'axe 18 de ladite barre porte-dérives 13. Un moyen préféré de réalisation desdites articulations consiste à utiliser un cardan à deux degrés de liberté constitué de deux chapes 40 et 41 articulées sur une noix 42 à l'aide de deux axes 43 et 44, figure 11. Ces moyens peuvent évidemment être réalisés par tout autre moyen et notamment à l'aide de rotules. The joints 14 and 15 are made using means allowing a rotation of the drifts around any axis perpendicular to the drift bar 13, while prohibiting any rotation around the axis 18 of said bar holder. 13. A preferred embodiment of said joints is to use a cardan with two degrees of freedom consisting of two yokes 40 and 41 articulated on a nut 42 with two axes 43 and 44, Figure 11. These means can obviously be made by any other means and in particular by means of ball joints.

Les dérives 4 et 5 comportent chacune un moyen de fixation 19, placé sensiblement au premier tiers avant de leur longueur, et prévu pour se fixer sur l'articulation 14 et 15 respectivement, Elles comportent également chacune deux points d'articulation 20 et 21, du type rotule par exemple, placés chacun sur une droite, respectivement 22 et 23, passant par le point de fixation 19, lesdites droites 22 et 23 étant sensiblement perpendiculaires entre elles. The fins 4 and 5 each comprise a fastening means 19, placed substantially at the first third of their length, and designed to be fixed on the hinge 14 and 15 respectively. They also each comprise two hinge points 20 and 21, of the ball-and-socket type for example, each placed on a straight line, respectively 22 and 23, passing through the fixing point 19, said straight lines 22 and 23 being substantially perpendicular to each other.

Dans les exemples de réalisation, les droites 22 et 23 sont respectivement orientées sensiblement vers le haut et vers 2946619 - 5 l'arrière de chacune des dérives et donc sensiblement parallèles aux axes respectivement de lacet 8 et de roulis 6. Toute autre orientation peut être prise en fonction de la disposition des actionneurs et des moyens de commande , ceci 5 sans sortir du cadre de l'invention. In the exemplary embodiments, the straight lines 22 and 23 are respectively oriented substantially upwards and towards the rear of each of the fins and therefore substantially parallel to the yaw and roller axes respectively. Any other orientation may be taken according to the arrangement of the actuators and the control means, this without departing from the scope of the invention.

La pièce en T 17 est organisée de façon à recevoir deux actionneurs 24 et 25, de préférence rotatifs, muni chacun d'un levier 26 et 27. Lesdits leviers, dans une position de repos, 10 sont sensiblement parallèles à l'axe de lacet 8 de l'hélicoptère. Ces actionneurs peuvent être électriques, hydraulique, pneumatiques ou mus par tout autre moyen. The T-piece 17 is arranged to receive two actuators 24 and 25, preferably rotating, each provided with a lever 26 and 27. Said levers, in a rest position, are substantially parallel to the yaw axis 8 of the helicopter. These actuators can be electric, hydraulic, pneumatic or driven by any other means.

Les leviers 26 et 27, sont munis, à leur extrémité mobile, d'un 15 moyen de fixation, de préférence une rotule double, 28 et 29. The levers 26 and 27 are provided at their movable end with a fastening means, preferably a double ball joint, 28 and 29.

Le levier 26 est relié aux points d'articulation 20 de chacune des dérives 4 et 5 par deux tringles 30 et 31 qui viennent s'accrocher d'un côté à la rotule double 28 et de l'autre aux 20 articulations 20 de chacune des dérives 4 et 5. De la même façon, le levier 27 est relié aux points d'articulation 21 de chacune des dérives 4 et 5 par deux tringles 32 et 33 qui viennent s'accrocher d'un côté à la rotule double 29 et de l'autre aux articulations 21 de chacune des dérives 4 et 5. 25 Ainsi décrit, le dispositif d'orientation des dérives selon l'invention fonctionne comme suit. The lever 26 is connected to the articulation points 20 of each of the fins 4 and 5 by two rods 30 and 31 which are hooked on one side to the double ball joint 28 and on the other to the joints 20 of each of the fins 4 and 5. Similarly, the lever 27 is connected to the pivot points 21 of each of the fins 4 and 5 by two rods 32 and 33 which are hooked on one side to the double ball joint 29 and the other to the joints 21 of each of the fins 4 and 5. 25 As described, the device for orienting the fins according to the invention operates as follows.

Lorsque l'hélicoptère est en vol stationnaire, juste après le 30 décollage par exemple, le vent relatif susceptible d'exercer une action sur les gouvernes provient essentiellement des rotors et est donc dirigé de bas en haut. Pour le faire tourner vers la gauche, il faut agir sur l'actionneur supérieur 24 de façon à tirer la tringle 30 et à repousser la tringle 31. Ceci 35 aura pour effet d'incliner les deux dérives 4 et 5 vers la droite vu de l'arrière, figure 5. Le vent du rotor exercera une poussée sur lesdites dérives vers la droite, ce qui aura pour effet de faire pivoter l'hélicoptère vers la gauche. When the helicopter is hovering, just after take-off for example, the relative wind likely to exert an action on the control surfaces comes essentially from the rotors and is therefore directed from below upwards. To turn it to the left, it is necessary to act on the upper actuator 24 so as to pull the rod 30 and to push the rod 31. This will have the effect of inclining the two fins 4 and 5 to the right seen from the back, figure 5. The wind of the rotor will push on said fins to the right, which will have the effect of turning the helicopter to the left.

Lorsque l'hélicoptère est en déplacement rapide vers l'avant, les dérives ne sont pratiquement plus soumises au vent du rotor. pour tourner à droite, il faut alors utiliser, figure 4, le vent résultant du déplacement axial et orienter les dérives à l'aide de l'actionneur 25 pour repousser la tringle 33 et tirer la tringle 32 à l'aide de la rotule double 29. Les dérives 4 et 5 tourneront alors autour d'un axe sensiblement parallèle à l'axe de lacet 8 et la force du vent créera une poussée vers la gauche qui fera tourner l'hélicoptère vers la droite. When the helicopter is moving rapidly forward, the drifts are practically no longer subject to the wind of the rotor. to turn right, it is then necessary to use, Figure 4, the wind resulting from the axial displacement and orient the fins with the aid of the actuator 25 to push the rod 33 and pull the rod 32 with the double ball joint 29. The fins 4 and 5 will then turn about an axis substantially parallel to the yaw axis 8 and the wind force will create a thrust to the left which will turn the helicopter to the right.

Enfin, pendant les périodes de transition entre le vol stationnaire et le vol de translation, les dérives passent progressivement de l'influence du vent du rotor à celle du vent de translation. Il sera alors intéressant de combiner les mouvements des deux actionneurs pour optimiser l'orientation des dérives par rapport au vent résultant des rotors et du déplacement. Finally, during the transition periods between the hover and the translation flight, the drifts gradually change from the influence of the rotor wind to that of the translational wind. It will then be interesting to combine the movements of the two actuators to optimize the orientation of the drifts relative to the wind resulting from the rotors and displacement.

Une variante préférée du dispositif d'orientation des rotors consiste à utiliser non pas deux mais 4 actionneurs ainsi que le montre la figure 7 où les actionneurs 24 et 25 ne sont plus reliés qu'aux tringles respectivement 30 et 32 et ou deux autres actionneurs 34 et 35 munis de leviers 36 et 37 équipés de rotules simples 38 et 39 agissent sur les tringles 31 et 33. A preferred variant of the device for orienting the rotors consists in using not two but 4 actuators as shown in FIG. 7, where the actuators 24 and 25 are no longer connected to the rods 30 and 32 and or two other actuators respectively. and 35 provided with levers 36 and 37 equipped with single ball joints 38 and 39 act on the rods 31 and 33.

Chacun des quatre actionneurs est alors commandé séparément en fonction des besoins du pilotage. Each of the four actuators is then controlled separately according to the needs of the piloting.

Cette disposition apporte une redondance au système et de nouvelles possibilités. This provision brings redundancy to the system and new possibilities.

En effet, il est par exemple possible de faire agir les actionneurs 24 et 34 en sens inverse, chacun repoussant la tringle 31 ou 33 à laquelle il est relié, figure 8. Ceci aura pour effet d'incliner vers la droite, vu de l'arrière, la dérive 5 et vers la gauche la dérive 4. Cette inclinaison crée ainsi un effet de plan horizontal qui peut être utiliseé pour 2946619 - 7 la stabilisation du pilotage en tangage. Une action combinée, également en sens inverse, sur les deux autres actionneurs 25 et 35 permettre d'ajuster finement l'orientation du plan horizontal et d'obtenir ainsi un couple à cabrer ou un couple à piquer ainsi que l'homme de l'art le comprendra aisément. Indeed, it is for example possible to operate the actuators 24 and 34 in opposite directions, each pushing the rod 31 or 33 to which it is connected, Figure 8. This will have the effect of tilting to the right, seen from the 5, and drift 5 and to the left the drift 4. This inclination thus creates a horizontal plane effect that can be used to stabilize pitch steering. A combined action, also in the opposite direction, on the two other actuators 25 and 35 to adjust finely the orientation of the horizontal plane and thus obtain a pair to pitch up or a pair to stitch and the man of the art will understand it easily.

La rotation précédente peut évidemment être inversée. The previous rotation can obviously be reversed.

Il est aussi possible d'obtenir un effet d'aérofrein en 10 agissant uniquement et toujours en sens inverse, sur les actionneurs 25 et 35 de façon à ne faire tourner les dérives qu'autour de l'axe de lacet 8 et en sens opposé, ainsi que le montre la figure 9. Dans la position de cette figure, la force résultant de l'effet des dérives est dirigé vers l'arrière et 15 vient donc freiner l'hélicoptère sans apporter de couple de rotation. It is also possible to obtain an airbrake effect by acting solely and always in the opposite direction, on the actuators 25 and 35 so as to rotate the fins only around the yaw axis 8 and in opposite directions , as shown in FIG. 9. In the position of this figure, the force resulting from the effect of the drifts is directed towards the rear and thus comes to brake the helicopter without bringing any torque.

Cet effet de freinage est évidemment aussi obtenu en inversant la rotation des deux dérives. 20 This braking effect is obviously also obtained by reversing the rotation of the two drifts. 20

Claims

REVENDICATIONS1. Orientation device for helicopter fins with counter-rotating rotors of the type comprising: - a fuselage (1) having a pitch axis (7), - a rotor head (9), equipped with two rotating rotors (2, 3) rotating about one axis (10), - at least one orientable and preferably two (4, 5), characterized in that the and preferably both fins are articulated each around a point (14, 15) and made mobile about at least two axes substantially perpendicular to the pitch axis without being rotatable about said pitch axis (7) of the helicopter.

2. Device for orienting the fins for helicopters with counter-rotating rotors according to claim 1, characterized in that the articulation (14, 15) of each drift is constituted by a cardan with two degrees of freedom.

3 device for orienting the fins for helicopters with counter-rotating rotors according to claim 2, characterized in that the fins (4 and 5) are oriented by means of two actuators (24 and 25), one of the actuators (24 ) rotating, with two rods (30 and 31), the two drifts about an axis substantially parallel to the axis of roll (6) of the helicopter, the other actuator (25) rotating , using two other rods (32 and 33), the two drifts about an axis substantially parallel to the yaw axis (8) of said helicopter,

4. Device for orienting the wings for helicopters with counter-rotating rotors according to one of claims 1 or 2, characterized in that the fins (4 and 5) are oriented by means of four actuators (24, 25, 34 and 35), two actuators (24 and 34) rotating, with two rods respectively (30 and 31), the two fins, respectively (4 and 5) about an axis substantially parallel to the axis of roll (6) of the helicopter, the two other actuators (25 and 35) rotating, with two other rods respectively (32 and 33), the two drifts respectively (4 and 5) around an axis substantially parallel to the yaw axis (8) of said helicopter,

5. The counter-rotating rotor propeller steering device according to claim 4, characterized in that the two actuators (24 and 34) are separately controlled.

6. The counter-rotating rotor propeller steering device according to claim 4, characterized in that the two actuators (25 and 35) are separately controlled.