~064885 L'invention concerne des perfectionnements aux héli-coptères à rotors coaxiaux, et notamment de type convertible, comprenant au moins deux rotors contrarotatifs disposés le long d'un même axe et pourvus chacun de pales pour la sustentation et la propulsion et un fuselage presentant un axe commun à l'axe des rotors et basculant conjointement avec ceux-ci entre des positions substantiellement verticales et horizontales.
Selon l'invention, ces perfectionnements sont carac-t8risés en ce que chaque rotor est constitué par un moyeu por-tant des pales disposées radialement et mobiles en incidence et en ce que l'hélicoptère comprend en outre un arbre coaxial a l'axe du fuselage disposé à l'intérieur de ce fuselage et formant un element de structure de celui-ci, et desmoyens sur l'arbre pour supporter à rotation des moyeux des rotors ecartes axialement, les rotors etant les seuls moyens assurant la sustentation, la propulsion et la manoeuvre.
Suivant une caractéristique préférentielle de l'in-vention, l'hélicoptère comporte des moyens de commande de vol et de transmission de la propulsion disposés à l'extérieur de l'arbre.
Suivant une autre caractéristique préférentielle de l'invention, l'incidence des pales est commandée par deux pla-teaux cycliques disposés entre les rotors et reliés a chacun des rotors.
Suivant une autre caracteristique preferentielle de l'invention, les deux plateaux cycliques sont montes à rotation l'un à l'exterieur de l'autre, le plateau interieur etant dispose sur une rotule coaxiale à l'arbre et mobile axialement.
Suivant une autre caracteristique preferentielle de l'invention, les rotors contrarotatifs sont entra;nes par l'in-termediaire d'un differentiel muni d'un variateur de vitesse cons-tituant la gouverne de rotationpour le fuselage.
L'invention est representee, à titre d'exemple non limitatif, sur les dessins ci-joints, dans lesquels:
la figure 1 est une vue laterale schematique d'un ~ 1~64~85 hélicoptère conforme à l'invention en position d'atterrissage ou de décollage;
la figure 2 est une vue de dessus de la figure 1;
la figure 3 est une vue partiellement coupée et partiellement arrachée du mécanisme assurant la variation du pas cyclique et général;
la figure 4 représenteles moyens assurant la rota-tion des rotors et la commande de rotation du fuselage par variateur;
la figure 5 est une vue schématique de dessous de la figure 4.
L'hélicoptère conforme à l'invention se compose d'un fuselage, dont l'axe général est représenté en 1 et qui compor-te deux rotors 2 et 3, montés à rotation sur des moyeux montés sur un arbre 4 et entra;nés en rotation à partir d'au moins un moteur 5.
Cet hélicoptère comporte un habitacle 6, disposé
sensiblement dans l'axe du fuselage et au dessus des rotors, tandis que la partie arri~re peut être munie d'un ou de deux empennages fixes 7, servant de support de béquilles, et de deux jambes 8 de train avant repliables vers l'arrière.
~ a pointe arrière 9 de l'hélicoptère, qui termine le fuselage, peut être, soit souple comme représenté sur la figure 1, soit escamotable, ou encore être reliée aux jambes - 7 et 8 du train.
Dans cet hélicoptere, les passagers sont assis sur une banquette 10 inclinable autour de l'axe 40, tandis que le pilote peut être assis, de préférence, sur un siège anato-mique 11 pourvu de dossier à harnais 11 et pommeau amovible 111, de genouillères, d'appui-coudes, etc..., lui permettant de faire corps avec son appareil en lui laissant la liberté
des bras et des pieds. La porte 12 de la cabine est munie d'une échelle 13 pouvant s'escamoter ou se replier et permet-tant un acces commode. ~
A
10~i4885 .
Les rotors conformes a l~invention comprennentdes machons 14, munis de bras rigides sensiblement cylindriques 15, qui se prolongent jusqu'à l'extrémité des pales, en faisant office de longerons à section circulaire. Ces bras sont démontables des manchons par une liaison à griffes, à vis ou à ba~onnette. La pale proprement dite est constituée simplement d'un revêtement 17 qui ne transmet que de la torsion, et de nervures 18 tourillonnant sur les bras par l'intermédiaire de paliers secs 19.
.
- 3 1 0 ~ 4 8 8 5 Cette disposition~permise par la grande épaisseur des pales~ a llavantage d'assurer une grande rigi-dité à la liaison de la pale au moyeu et dléviter la présence de roulements~ d'articulations d9incidence, tout en allégeant la partie mobile en incidence et en diminuant d'autant les efforts centrifuges et les efforts d'inertie encaissés par la butée de pale 20 et par la commande d'incidence.
Cette commande dlincidence est plus parti-culièrement représentée sur la figure 39 dans laquelle on remarque les deux plateaux cycliq~es Zl et 229 disposés l'un ; sur l'autre par l'intermédi~ire d'un roulement 23. Le plateau cyclique inférieur 22 est entraîné par son rotor au moyen d'un compas ou d'un toc, tel que 249 tandis qu'il est relié
au revêtement 17 des bras lS de ce rotor par l'intermédiaire d'une tringlerie 221.
De meme, le plateau cyclique supérieur 21 est entralné en rotation par le rotor supérieur, par des : mécanismes qui seront expliqués ci après, tandis que ce plateau cyclique est relié au revêtement 17 du rotor supérieur par la tringlerie 211.
Ces plateaux sont commandés en inclinaison par le manche 259 par l'intermédiaire d'une cloche 26. Le plateau supérieur 21, disposé à l'intérieur du plateau infé-rieur 22, est placé sur une rotule 27, comprenant par exemple des couches lamifiées en métal et en élastomère disposées entre la rotule proprement dite 27 et le plateau intérieur 21.
Cette rotule 27 est elle-meme liée à des écrous 28 placés sur des tiges filetées 299 de manière qu'il soit possible de déplacer axialement la rotule 27, et donc les plateaux 30 cycliques 21 et 229 en tournant, dans un sens ou dans l'autre~
les tiges filetées 29.
Cette rot~tion des tiges filetées 29 est d'abord synchronisée par deux petites couronnes 30 et 31)qui - tournent librement et sont entraînées entre les bras du rotor supérieur par des pignons 32. Le déplacement axial de la rotule 27 est alors obtenu à partir de la pédale 34 de la commande du pas collectif, qui agit sur un frein 33 par . l'intermédiaire dlune tringlerie 3319 agissant sélectivement ; sur l'une ou l'autre des couronnes 30 et 31, afin de les ~40 freiner et de faire tourner en conséquence les tiges filetées 29, -~ 1064885 dans un sens ou darls l'autre suivant la couronne qui est freinée.
Cette dispositiong qui bloque les efforts du pas collec~if sur les rotors eux~mêmes7 décharge tout le reste de la cinématique de commande cyclique9 notamment le roulement 389 ce qui9 joint à la légèreté des revetements de pale et à la faible valeur de la variation cylique nécessaire au pilotage des rotors rigides, fournit une commande l~gère et très douce.
Cette légèreté permet dlutiliser une simple girouette aerodynamique 359 montée en parall~le ou en série dans la commande de profondeur (manche 25))pour sta~iliser les phases de vol où le rotor rigide est habituel~
lement instable. On sait, en effet, qu~aussi rigide que soit le montage des bras sur les moyeux~ la so~plesse résiduelle provoque une instabilité statique en assiette de l'appareil~
notamment lors du vol en hélicoptère à grande vitesse (rapport National Technical Inormation Service. U.S. Dept. of Commerce N A D 734 338). Par contre9 ce montage rigide fait b~néficier l'appareil d?un couple dlamortissement en vitesse angulaire d'assiett~ particulièrement énergique et favorable.
L~adjonction de la girouette 35, agissant suivant un ou deux axes) permet de conserver cet amOrtiS-sement en éliminant l~instabilité longitudinale et/ou latérale.
Dans la description du montage en parallèle présenté suivant la figure 3, la girouette 35 tend à s'orienter parallèlement à la direction du vent relatif, de sorte qu'un changement d'assiette de llappareil~ par exemple lors d'un cabrage, provoque un effort sur la girouette 35 qui agit sur la commande dans le sens du piqué. Le guidon 39 du pilote est relié au manche 25 par une partie souple 36, qui permet à la girouette une action indépendante du pilote. Le réglage de la longueur de la bielle 37 peut faire office de trim (annulation, sur le manche de gouverne, des forces de réaction provenant des pales). Ce montage en parallèle additionne ainsi les efforts du pilote et de la girouette. Cependant 9 un montage en série qui additionne les déplacements est également possible.
Sur les figures 4 et 5, on a représenté
l'entraînement différentiel des rotors à partir des moteurs, 1064~8S
tels que 5, et le variateur de vitesse qui sert de gouverne de rotation du fuselage.
L'organe moteur 41, entrainant en rotation les moyeux 21 et 31 des rotors 2 et 3, entraîne d'abord, par l'intermédiaire d'un dispositif d'embrayage et d'une roue libre 42, un petit réducteur épicycloidal a pignons droits, et provoque la rotation en sens inverse, d'une part, du porte-satellite 53 et, d'autre part, de la couronne 44, ces deux parties étant reliées chacune respectivement aux moyeux 31 et 21 des rotors, par l'intermédiaire, soit des chaînes 48 et de pignons 45, 47, soit d'engrenagessimples.
En choisissant convenablement les rapports de réduction entre ces divers eléments (il suffit que le rapport relatif des démultiplications des deux chaînes soit inverse des rapports de démultiplication de la couronne 44 et du porte-satellite 53), on obtient l'égalité des couples transmis a chacun des rototrs. Cette transmission différentielle réalise une liaison proportionnelle entre le régime du moteur et la différence algébrique des régimes des deux rotors; la somme algébrique reste indéterminée et chaque rotor adapte automati-quement sa vitesse pour équilibrer le couple moteur qui lui est ainsi appliqué et le couple résistant qui lui est opposé
par l'air, sans transmettre aucune réaction au fuselage.
La gouverne de rotation du fuselage est constituée par un petit variateur lié au réducteur épicyclo~dal. Les satellites 46 du réducteur épicycloidal sont munis de galets légerement coniques 49, entraînes par les satellites à travers un élément souple en élastomere 50. L'axe de ces galets est légarement oblique par rapport à celui du réducteur, de telle sorte que leur face extérieure 51 présente un diamatre constant par rapport a l'axe du réducteur et puisse frotter sur une couronne 52 manoeuvrée axialement par la rotation du guidon 39 du pilote, par l'intermediaire d'une liaison, par exemple a câble, non représentée. Su vant cette position axiale, la somme A
algébrique des régimes des rotors sera fixée à une valeur légerement positive ou nég~tive au gré du pilote, provoquant le mouvement du fuselage vers la gauche ou vers la droite.
La grande inertie des rotors et leur grande vitesse de rotation comparées à la faible inertie et a la fa.ible vitesse de rotation d~l fuselase asSurera à cette commande de rotation de très grandes qualités d'efficacité, d'amortissement et de linéarité.
Per~ues pa~ le pilote~ les commandes seront ainsi constituées :
- au~ pieds~ de la pédale de pas genéral 34 dlune commande (non figuré~ de gaz 5 eventuellement munie d'une régulation centrifuge du régime des rotors, - aux mains 9 d~un yui~on 39 susceptible de se déplacer :
. en poussant-tirant pour la profondeur, . en inclinant à gauche et à droite pour l'inclinaison9 . en ~ournant à gauche et a droite pour la rotation.
D~ns le cas present où le fuselage bascule avec llappareil~ ces commandes correspondent dans tous les cas de vol à des actions semblables vues et senties par le pilote, ce qui évite les com~inaisons compliquées des ~ 064885 The invention relates to improvements to helicopters.
copters with coaxial rotors, and in particular of the convertible type, comprising at least two counter-rotating rotors arranged along of the same axis and each provided with blades for the lift and the propulsion and a fuselage having an axis common to the axis rotors and tilting together therewith substantially vertical and horizontal positions.
According to the invention, these improvements are characteristic ensured that each rotor is constituted by a hub both blades arranged radially and movable in incidence and in that the helicopter further comprises a coaxial shaft to the axis of the fuselage disposed inside this fuselage and forming a structural element thereof, and means on the shaft for rotationally supporting the hubs of the spaced apart rotors axially, the rotors being the only means ensuring the lift, propulsion and maneuver.
According to a preferential characteristic of the in-vention, the helicopter includes flight control means and of propulsion transmission arranged outside the shaft.
According to another preferred characteristic of the invention, the incidence of the blades is controlled by two plates cyclic heads arranged between the rotors and connected to each rotors.
According to another preferential characteristic of the invention, the two swashplates are rotatably mounted one outside the other, the interior tray being on a ball joint coaxial with the shaft and movable axially.
According to another preferential characteristic of the invention, the counter-rotating rotors are driven by the in-differential with a variable speed drive titling the control surface for the fuselage.
The invention is represented, by way of example not restrictive, in the attached drawings, in which:
Figure 1 is a schematic side view of a ~ 1 ~ 64 ~ 85 helicopter according to the invention in landing position or takeoff;
Figure 2 is a top view of Figure 1;
FIG. 3 is a partially cut view and partially torn from the mechanism ensuring the variation of not cyclical and general;
FIG. 4 represents the means ensuring the rotation tion of the rotors and the fuselage rotation control by variator;
Figure 5 is a schematic bottom view of Figure 4.
The helicopter according to the invention consists of a fuselage, the general axis of which is represented in 1 and which comprises te two rotors 2 and 3, rotatably mounted on mounted hubs on a shaft 4 and entered; born in rotation from at least an engine 5.
This helicopter comprises a cockpit 6, arranged substantially in the axis of the fuselage and above the rotors, while the rear part can be provided with one or two fixed empennages 7, serving as support for crutches, and two 8 front axle legs foldable backwards.
~ a rear tip 9 of the helicopter, which ends the fuselage, can be either flexible as shown in the Figure 1, either retractable, or be connected to the legs - 7 and 8 of the train.
In this helicopter, passengers are seated on a bench 10 tilting around the axis 40, while the pilot may preferably be seated on an anatomical seat mique 11 provided with harness backrest 11 and removable knob 111, knee pads, elbow pads, etc., allowing him to become one with your device, leaving it free arms and feet. Door 12 of the cabin is provided a ladder 13 which can be retracted or folded down and allows both a convenient access. ~
AT
10 ~ i4885 .
The rotors according to the invention comprise machons 14, provided with substantially cylindrical rigid arms.
15, which extend to the end of the blades, making office beams with circular section. These arms are removable from the sleeves by a claw, screw or to ba ~ onnette. The actual blade is made up simply a coating 17 which transmits only torsion, and ribs 18 swirling on the arms by means of dry bearings 19.
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- 3 1 0 ~ 4 8 8 5 This arrangement ~ permitted by the great blade thickness ~ has the advantage of ensuring high rigidity dity at the connection of the blade to the hub and avoid the presence of bearings ~ of incidence joints, while reducing the moving part in incidence and thereby reducing the centrifugal forces and the inertial forces collected by the blade stop 20 and by the incidence control.
This incidence control is more particularly shown in Figure 39 in which note the two cyclic plates ~ es Zl and 229 arranged one ; on the other by the intermediary of a bearing 23. The plate cyclic lower 22 is driven by its rotor by means a compass or knock, such as 249 while it is connected to the coating 17 of the arms lS of this rotor via a linkage 221.
Likewise, the upper swashplate 21 is rotated by the upper rotor, by : mechanisms which will be explained below, while this swash plate is connected to the coating 17 of the upper rotor by the linkage 211.
These trays are ordered in tilt by the handle 259 via a bell 26. The upper plate 21, arranged inside the lower plate laughing 22, is placed on a ball 27, comprising for example laminated layers of metal and elastomer arranged between the ball joint 27 and the internal plate 21.
This ball 27 is itself linked to nuts 28 placed on threaded rods 299 so that it is possible to axially move the ball joint 27, and therefore the plates 30 cyclic 21 and 229 by turning, in one direction or the other ~
the threaded rods 29.
This rot ~ tion of the threaded rods 29 is first synchronized by two small crowns 30 and 31) which - rotate freely and are driven between the rotor arms upper by pinions 32. The axial displacement of the ball 27 is then obtained from pedal 34 of the collective pitch control, which acts on a brake 33 by . selectively acting linkage 3319 ; on one or other of the crowns 30 and 31, in order to ~ 40 brake and rotate the threaded rods 29 accordingly, - ~ 1064885 in one direction or darls the other following the crown which is braked.
This provision which blocks efforts not collec ~ if on the rotors themselves ~ themselves7 discharge everything the rest of the cyclic control kinematics9 in particular bearing 389 which joins the lightness of the coatings of blade and the low value of the cyclic variation necessary for piloting rigid rotors, provides controls it ~ and is very gentle.
This lightness makes it possible to use a simple aerodynamic vane 359 mounted in parallel ~ the or in series in the depth control (handle 25)) to sta ~ iliser the flight phases where the rigid rotor is usual ~
slightly unstable. We know, in fact, that as rigid as is mounting the arms on the hubs ~ the so ~ residual plesse causes static instability in the attitude of the device ~
especially when flying in a high-speed helicopter (National Technical Inormation Service report. US Dept. of Trade NAD 734 338). By cons9 this rigid mounting makes b ~ benefit from the device of a damping torque in speed angular of assiett ~ particularly energetic and favorable.
The addition of the vane 35, acting along one or two axes) keeps this amortization by eliminating longitudinal and / or lateral instability.
In the description of the parallel assembly presented next Figure 3, the vane 35 tends to orient itself parallel to the direction of the relative wind, so that a change trim of the apparatus ~ for example during a nose-up, causes an effort on the vane 35 which acts on the command in the direction of the dive. The pilot's handlebar 39 is connected to the handle 25 by a flexible part 36, which allows the weather vane independent action of the pilot. The setting of the length of the connecting rod 37 can be used as a trim (cancellation, on the steering stick, reaction forces from blades). This parallel mounting thus adds the efforts of the pilot and the wind vane. However 9 a serial assembly which adds the displacements is also possible.
In Figures 4 and 5, there is shown the differential drive of the rotors from the motors, 1064 ~ 8S
such as 5, and the variable speed drive which is used as a control surface of rotation of the fuselage.
The driving member 41, causing the hubs 21 and 31 of rotors 2 and 3, firstly drives, by via a clutch device and a wheel free 42, a small epicyclic reduction gear with straight pinions, and causes the holder to rotate in the opposite direction satellite 53 and, on the other hand, crown 44, these two parts each connected respectively to the hubs 31 and 21 of the rotors, via either chains 48 and sprockets 45, 47, or single gears.
By properly choosing the reduction between these various elements (it suffices that the ratio relative multiplication of the two chains is inverse of gear ratios for crown 44 and carrier satellite 53), we obtain the equality of the couples transmitted to each of the rototrs. This differential transmission achieves a proportional link between the engine speed and the algebraic difference of the regimes of the two rotors; the sum algebraic remains undetermined and each rotor automatically adapts its speed to balance the engine torque which is thus applied and the resistive torque which is opposed to it by air, without transmitting any reaction to the fuselage.
The fuselage rotation control surface is made up by a small variator linked to the epicyclo ~ dal reducer. The planetary gearbox satellites 46 are fitted with rollers slightly conical 49, driven by satellites through a flexible elastomer element 50. The axis of these rollers is slightly oblique to that of the reducer, such so that their outer face 51 has a constant diameter relative to the axis of the reducer and can rub on a crown 52 operated axially by the rotation of the handlebar 39 of the pilot, via a link, for example a cable, not shown. B efore this axial position, the sum AT
algebraic rotor regimes will be set to a value slightly positive or negative at the option of the pilot, causing the movement of the fuselage to the left or to the right.
The great inertia of the rotors and their high speed of rotation compared to the low inertia and at the low rotational speed of the fuselage asSurera to this very high quality rotation control efficiency, amortization and linearity.
Per ~ ues pa ~ the pilot ~ orders will be thus constituted:
- at the ~ feet ~ of the general step pedal 34 dlune command (not shown ~ gas 5 possibly provided centrifugal regulation of the rotor speed, - 9 hands of a yui ~ on 39 susceptible to move :
. pushing and pulling for depth, . tilting left and right to tilt9 . by turning left and right to the rotation.
In the present case where the fuselage tilts with the device ~ these commands correspond in all cases of theft to similar actions seen and felt by the pilot, which avoids the complicated com ~ inaisons of
2~ appareils convertibles, les notions mêmes de fonctionnement et de direction sonc remplacées automatiquement par celles d'inclinaison et de rotation.
Bien entendu9 l~in~ention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-des5us d~crit et représenté, à
partir duquel on pourra prévoir d~autres modes et d'autres ormes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention.
' 2 ~ convertible devices, the very notions of operation and steering are automatically replaced by those tilt and rotation.
Of course9 the ~ in ~ ention is not limited in the embodiment below desus d ~ crit and shown, to from which other modes and others can be provided elms of achievement, without going beyond the ambit of the invention.
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