FR3146307A1 - Ensemble de rotor adapté pour un hélicoptère et un hélicoptère équipé de cet ensemble de rotor - Google Patents

Abstract

Ensemble rotor (100) pour un hélicoptère comprenant un élément rotatif (110) adapté pour tourner autour d'un axe de rotation (150), dans lequel l'ensemble rotor (100) comprend : - au moins une pale (101, 102) fixée audit élément rotatif (110), l’angle d’incidence de ladite au moins une pale (101, 102) étant réglable lors de la rotation de ladite au moins une pale (101, 102) autour de l'axe de rotation (150), - au moins un bras moteur (103, 104) comprenant, d’une part, une première extrémité connectée à l'élément rotatif (110) et une ouverture d’entrée d'air (113, 114) située à proximité de ladite première extrémité, et d’autre part, une deuxième extrémité libre et une ouverture de sortie d'air (123, 124) située à proximité de ladite deuxième extrémité libre, ledit au moins un bras moteur (103, 104) étant adapté pour guider un flux d'air depuis ladite ouverture d’entrée d'air (113, 114) vers ladite ouverture de sortie d'air (123, 124). Figure de l’abrégé : 3

Description

Ensemble de rotor adapté pour un hélicoptère et un hélicoptère équipé de cet ensemble de rotor Domaine de l’invention

L'invention concerne un ensemble rotor pour un hélicoptère ayant un élément rotatif adapté pour tourner autour d'un axe de rotation, dans lequel l'ensemble rotor comprend au moins une pale fixée audit élément rotatif, l’angle d’incidence de ladite au moins une pale étant réglable pendant la rotation de ladite au moins une pale autour de l’axe de rotation et au moins un bras moteur fixé audit élément rotatif à une première extrémité, ledit au moins un bras moteur comprenant une entrée d'air près de la connexion avec l'élément rotatif, et une sortie d'air près de l'extrémité libre dudit au moins un bras moteur, ledit au moins un bras moteur étant adapté pour conduire un courant d'air depuis ladite entrée d'air vers ladite sortie d'air.

En particulier, l'invention concerne un ensemble rotor faisant partie d'un système de propulsion d'hélicoptère utilisant des corps creux, sous forme de tubes, par exemple. Dans le cadre de cette description, le terme bras moteur est utilisé pour faire référence à ces tubes. Ces bras moteur sont disposés comme les rayons d'une roue sur un élément rotatif adapté pour tourner autour d'un axe de rotation.

Les bras moteur sont équipés, d'une part, d’un dispositif d’alimentation en air sous pression près de cet axe de rotation et, d’autre part, d'une sortie d'air à proximité de l’extrémité libre de chaque bras moteur. Ainsi, l'air sous pression peut être conduit depuis l'entrée d'air des bras moteur jusqu'à la sortie d'air, à travers l'intérieur des bras moteur. L'air sous pression quitte les bras moteur par la sortie d'air. La sortie d’air étant orientée de manière essentiellement transversale par rapport à la direction longitudinale des bras moteur, l'écoulement de l'air provoque une force de réaction à l'extrémité des bras moteur. Cette force de réaction provoque la rotation de l'ensemble des bras moteur et de l'élément rotatif autour de l'axe de rotation. En reliant également les pales de l'hélicoptère à l'élément rotatif, on obtient un ensemble rotor dans lequel les pales tournent grâce à la force de réaction exercée par l'air lorsque ce dernier est expulsé au niveau de la sortie d'air des bras moteur.

Etat de l'art

Le principe d’utiliser de l’air sous pression pour faire tourner les pales d’un hélicoptère est connu dans l’art antérieur. Ce principe est ainsi appliqué sur de nombreux hélicoptères, dont l’hélicoptère de type Djinn, dans lequel l’alimentation en air sous pression des buses d’injection, installées aux extrémités du rotor, provient d’un prélèvement d’air sur le compresseur d’une turbo machine. L’hélicoptère de type Djinn présente la caractéristique de fonctionner sur le principe suivant : le rotor est entraîné par éjection d’air comprimé sortant d’un compresseur entrainé par une turbine génératrice de gaz, ledit air comprimé étant injecté au niveau du moyeu rotor et canalisé jusqu’à l’extrémité des pales. L’absence de réaction au niveau du couplage moteur-rotor permet d’éviter l’utilisation d’un rotor anti-couple. La totalité de la puissance produite est donc utilisée en portance.

L’une des limites de l’hélicoptère de type Djinn est que ses pales remplissent deux fonctions différentes. En premier lieu, les pales sont utilisées pour créer une portance. En second lieu, les pales servent à guider le flux d’air qui circule à l’intérieur desdites pales, depuis une alimentation d’air vers une sortie pour le flux d’air. Cela signifie que lors de la fabrication des pales d’un hélicoptère de type Djinn, il est nécessaire de trouver un compromis lors de la détermination de la forme et du matériau de la pale destinée à réaliser la première fonction de manière optimale, et lors de la détermination de la forme et du matériau de la pale destinée à réaliser la seconde fonction de manière optimale.

Dans l’état de la technique, on connaît également un hélicoptère tel que décrit au sein du brevet EP2181036, dans lequel on utilise de l’air sous haute pression pour faire tourner un ensemble rotor, la fonction relative à la création de la portance et la fonction relative à la circulation du flux d’air étant assurées par deux parties différentes de l’ensemble rotor.

Ce brevet EP2181036 décrit un ensemble rotor avec au moins une pale et au moins un bras moteur. Les pales sont utilisées de manière classique pour créer une portance pendant la rotation des pales. Des bras moteurs indépendants sont fixés par une première extrémité à un élément rotatif de l'ensemble rotor et sont pourvus d'une entrée d'air pour l'admission d'air sous pression. Les bras moteur sont également pourvus d’une sortie d'air à leur extrémité libre. L'air sous pression peut passer par l'intérieur des bras moteur jusqu'à la sortie d'air et être expulsé des bras moteur à cet endroit. En raison de la force de réaction produite sur la sortie d’air, une force est exercée sur les bras moteur qui génère la rotation des bras moteur et donc, de l'ensemble du rotor.

L'un des avantages du dispositif mentionné au sein du brevet EP2181036 est le fait que les formes et l'utilisation des matériaux lors de la fabrication les pales et des bras moteur peuvent être optimisées pour l'usage spécifique desdits pales et bras moteur.

En outre, l’angle d’incidence des pales doit toujours être ajusté pendant la rotation de l'ensemble du rotor, générant une variation constante de l’angle d’incidence d’éjection de l’air sous pression en bout de la pale. Le bras moteur, quant à lui, peut être placé dans une position fixe sur l'élément rotatif. Cela signifie qu'en séparant les deux fonctions mentionnées sur des pales et des bras moteur spécifiques, l'air peut être conduit vers la sortie d'air par des bras moteur dont l’angle d’incidence est fixe. Cela simplifie considérablement la construction de l'ensemble rotor. De plus, cette structure permet d’utiliser un angle constant d’éjection, fournissant ainsi un meilleur rendement.

Lors de la rotation d'un ensemble rotor décrit ci-dessus selon le brevet EP2181036 avec des bras moteur, les bras moteur tournent autour de l'axe de rotation à la même vitesse que les pales.

La présente invention a pour but d'exploiter cette rotation des bras moteur pour optimiser le fonctionnement de l'ensemble rotor.

L'invention concerne un ensemble rotor pour un hélicoptère comprenant un élément rotatif adapté pour tourner autour d'un axe de rotation, dans lequel l'ensemble rotor comprend :

- au moins une pale fixée audit élément rotatif, l’angle d’incidence de ladite au moins une pale étant réglable lors de la rotation de ladite au moins une pale autour de l'axe de rotation,

- au moins un bras moteur comprenant, d’une part, une première extrémité connectée à l'élément rotatif et une ouverture d’entrée d'air située à proximité de ladite première extrémité, et d’autre part, une deuxième extrémité libre et une ouverture de sortie d'air située à proximité de ladite deuxième extrémité libre, ledit au moins un bras moteur étant adapté pour guider un flux d'air depuis ladite ouverture d’entrée d'air vers ladite ouverture de sortie d'air, ledit ensemble rotor étant caractérisé en ce que ledit au moins un bras moteur est pourvu d'un éjecteur, ledit éjecteur étant positionné circonférentiellement autour de l’ouverture de sortie d’air dudit au moins un bras moteur et à une distance déterminée de l’ouverture de sortie d'air dudit au moins un bras moteur, ledit éjecteur comprenant une ouverture d'entrée et une ouverture de sortie, un flux d'air primaire (Lp) s'écoulant à un débit primaire (Dp) depuis l’ouverture d’entrée d’air (113, 114) vers l’ouverture de sortie d'air dudit au moins un bras moteur et un flux d'air secondaire (Ls) s’écoulant à un débit secondaire (Ds) depuis l'ouverture d'entrée (51) vers l'ouverture de sortie à travers l'éjecteur pour former un flux d'air total (Lt) comprenant un débit total (Dt) égal à la somme du débit primaire (Dp) et du débit secondaire (Ds).

Selon un mode de réalisation de l'invention, ledit au moins un bras moteur comprend un canal primaire, par exemple de forme tubulaire, pour conduire le flux d'air primaire (Lp) depuis l'ouverture d'entrée d’air vers l'ouverture de sortie d’air.

Selon un mode de réalisation de l'invention, ledit au moins un bras moteur comprend un canal secondaire et une zone perforée pour permettre le passage de l'air depuis l'extérieur dudit au moins un bras moteur vers l'intérieur dudit canal secondaire et dudit au moins un bras moteur, la zone perforée s'étendant dans la direction longitudinale dudit au moins un bras moteur.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la zone perforée est pourvue d'une ou plusieurs perforations.

Selon un mode de réalisation de l'invention, les perforations sont disposées sensiblement en ligne.

Selon un mode de réalisation de l'invention, les perforations sont disposées selon deux ou plusieurs bandes sensiblement parallèles.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la face intérieure de la zone perforée est reliée à l'ouverture d'entrée de l'éjecteur par ledit canal secondaire.

Selon un mode de réalisation de l'invention, ledit au moins un bras moteur a une section transversale de forme sensiblement aérodynamique.

Selon un mode de réalisation de l'invention, ledit au moins un bras moteur présente un profil aérodynamique comprenant un intrados et un extrados formant le contour transversal dudit au moins un bras moteur.

Selon un deuxième aspect de l'invention, l'invention concerne un hélicoptère muni d'un ensemble rotor selon l'invention.

Brève description des figures

L’invention, sa fonctionnalité, ses applications ainsi que ses avantages seront mieux appréhendés à la lecture de la présente description, faite en référence aux figures, dans lesquelles :

montre une vue schématique d’un ensemble rotor selon l'art antérieur, comportant deux rotors et deux bras moteurs ;

montre une vue schématique de l'extrémité d'un bras moteur avec une sortie d'air et un éjecteur placé autour de la sortie d'air du bras moteur ;

montre une vue schématique d’un ensemble rotor avec un éjecteur relié à l'intérieur d'une zone perforée du bras moteur ;

montre l'extérieur d'un exemple de réalisation d'un bras moteur selon l'invention ;

montre la section transversale du bras moteur selon la , près de son extrémité libre ;

montre une vue schématique de l'écoulement d'air autour du bras moteur lorsqu'aucun air n'est aspiré par la zone perforée ;

montre une vue schématique du flux d'air autour d'un bras moteur lorsque l'air est aspiré par la zone perforée.

Description détaillée

Dans le présent texte, le mot « hélicoptère » est utilisé pour désigner un appareil aéronautique, ou aéronef, qui utilise un rotor essentiellement horizontal pour générer une portance. Le terme hélicoptère désigne tout véhicule adapté qui peut se déplacer librement dans l'air grâce à la portance créée par un rotor.

Dans le présent texte, il est fait référence à un « bras moteur » avec une entrée d'air et une sortie d'air, le bras moteur étant adapté pour conduire un flux d'air de l'entrée d'air vers la sortie d'air. Il est entendu que le terme « air » dans les expressions telles que « entrée d'air », « sortie d'air » et « flux d'air » fait référence à une entrée pour un gaz approprié, comprenant essentiellement de l'air, qui peut être conduit depuis l'entrée d'air vers la sortie d'air en étant soumis à une certaine pression.

Dans le présent texte, l’expression « flux d'air » fait référence en particulier au flux de gaz produit par une turbine à gaz comprenant un compresseur, une chambre de combustion et une turbine. Le flux de gaz sortant de cette turbine à gaz comprend de l'air comprimé et les produits de réaction de la combustion dans la chambre de combustion.

La représente schématiquement un ensemble rotor 200 selon l'art antérieur, comportant un élément rotatif 210. Une première pale 201 et une seconde pale 202 sont reliées à l'élément rotatif 210. Les pales 201 et 202 peuvent tourner autour de leur axe longitudinal pour modifier l’angle d’incidence des pales 201, 202 pendant la rotation de l'élément rotatif 210 autour de l'axe de rotation 250. Cette modification de l’angle d’incidence des pales est réalisée au moyen d'un plateau tournant, comme cela est connu dans l’art antérieur pour les pales d'hélicoptère.

L'élément rotatif 210 est en outre pourvu d'un premier bras moteur 203 et d'un second bras moteur 204. Le premier bras moteur 203 est pourvu d'une ouverture d'entrée d'air 213 et d'une ouverture de sortie d’air 223. Le premier bras moteur 203 est creux et adapté pour conduire de l'air sous pression de l'ouverture d'entrée d’air 213 à l'ouverture de sortie d’air 223. L'ouverture de sortie d’air 223 du premier bras moteur 203 est sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale du premier bras moteur 203. Cela signifie que l'air s'écoulant de l'ouverture de sortie d’air 223 du premier bras moteur 203 exerce une force de réaction sur le premier bras moteur 203, près de l’extrémité de ce dernier, dans une direction perpendiculaire à la direction longitudinale du premier bras moteur 203. En raison de cette force de réaction, l'élément rotatif 210 effectue une rotation dans une direction opposée à la direction de sortie du flux d'air de la sortie d'air 223. Cette rotation est indiquée schématiquement par la flèche 260 sur la .

Le second bras moteur 204 est pourvu d'une ouverture d'entrée d'air 214 et d'une ouverture de sortie d’air 224. Le second bras moteur 204 est creux et adapté pour conduire l'air sous pression de l'ouverture d'entrée d’air 214 à l'ouverture de sortie d’air 224. L'ouverture de sortie d’air 224 du second bras moteur 204 est sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale du second bras moteur 204. Cela signifie que l'air s'écoulant de l'ouverture de sortie d’air 224 du second bras moteur 204 exerce une force de réaction sur le second bras moteur 204, près de son extrémité, dans une direction perpendiculaire à la direction longitudinale du second bras moteur 204. En raison de cette force de réaction, l'élément rotatif effectue une rotation dans une direction opposée à la direction de sortie du flux d'air de la sortie d'air 223. Cette rotation est indiquée schématiquement sur la par la flèche 260.

Comme on peut le voir sur la , la sortie d’air 223 du premier bras moteur 203 et la sortie d’air 224 du deuxième bras moteur 204 forment essentiellement un angle de 180° degrés l'une par rapport à l'autre.

Selon l'exemple de réalisation de la , le flux d'air permettant la mise en rotation des bras moteurs 203, 204 est généré au moyen d'un turbo réacteur 300. Ce turbo réacteur 300 présente un axe de rotation 301 qui est aligné avec l'axe de rotation 250 de l'élément rotatif 210. Un élément de liaison 220, qui a sensiblement la forme d'un Y, est relié à une ouverture de sortie 310 du turbo réacteur 300 au moyen d’un joint pivotant 320. La branche centrale du Y est reliée à l'ouverture de sortie 310 du turbo réacteur 300. Les branches supérieures du Y sont reliées aux ouvertures d'entrée 213, 214 des premier et second bras moteur 203, 204, respectivement.

Ainsi, l’utilisation de la structure de l'ensemble rotor 200 décrite ci-dessus, et notamment l’alignement de l'axe de rotation 301 du turbo réacteur 300 avec l'axe de rotation 250 de l'élément rotatif 210, a pour conséquence que, lorsque les bras moteurs 203 et 204 et les rotors 201 et 202 sont mis en rotation, aucun contre-couple ou seulement un contre-couple très limité est généré dans la direction opposée à la direction de rotation de l'ensemble rotor 200. Cela signifie qu'en principe, l'ensemble rotor 200 peut être utilisé pour créer une portance pour un hélicoptère sans que celui-ci doive être équipé d'un rotor de queue pour neutraliser le contre-couple susmentionné.

En outre, la construction de l'ensemble rotor 200 présente l'avantage de comporter relativement peu de pièces mobiles pour transmettre la poussée à l'élément rotatif 210 et par voie de conséquence aux pales 201 et 202. En d'autres termes, la construction de l'ensemble rotor 200 est plus simple que la construction d'un hélicoptère traditionnel propulsé par un moteur classique.

L’ensemble rotor 200 décrit ci-dessus est certes avantageux par sa simplicité de construction mais présente néanmoins un désavantage lié à l’utilisation du turbo réacteur simple flux avec une consommation spécifique importante, c'est-à-dire la consommation de carburant rapportée à la poussée produite. Sur le plan commercial, la consommation d'un aéronef est d’une importance capitale car la performance des aéronefs en terme de charge soulevée et de rayon d'action est indiquée dans un catalogue destiné aux utilisateurs souhaitant acheter un aéronef. Ainsi, l’utilisateur sélectionnera en priorité un aéronef dont le coût d'exploitation sera le plus faible, c'est-à-dire un aéronef dont la consommation en carburant sera la plus faible. L’optimisation de la consommation en carburant d’un aéronef est donc très étroitement liée à son succès commercial.

L’énergie perdue dans l'échappement d'un moteur à réaction dégrade son énergie propulsive. Cette énergie dissipée dans l'atmosphère est proportionnelle au débit d'air et aussi au carré de la vitesse d'éjection. Le but de la présente invention est de minimiser cette énergie dissipée. Selon la présente invention, une solution est proposée pour réduire l'énergie perdue lors de l’éjection d’un flux d’air par le turbo réacteur, tout en conservant la poussée ainsi produite. Le but principal de cette solution est de mélanger au débit primaire d’air (Dp), sortant des bras moteur, un débit secondaire d’air (Ds) supplémentaire à faible vitesse afin que l’énergie d’éjection perdue soit inférieure à la force de poussée produite.

Dans le présent texte, référence est faite à un « éjecteur », qui est proposé ci-après pour améliorer les performances d’un aéronef.

La montre schématiquement le fonctionnement d'un éjecteur 5, également nommé trompe 5, à l'extrémité d'un bras moteur 3. Le bras moteur 3 comporte une sortie d'air 23 sous la forme d’une buse. La sortie d'air 23 s'étend dans une direction essentiellement perpendiculaire à la direction longitudinale du bras moteur 3. Depuis l'entrée du bras moteur 3 (non représentée sur la ), un flux d'air primaire (L1) s'écoule en direction de la sortie d’air 23. Le flux d’air primaire (L1) traverse le bras moteur 3 avec un débit primaire (Dp) et une vitesse primaire (Vp). L’éjecteur 5 est positionné autour de l'ouverture de sortie d’air 23 et à une certaine distance de celle-ci. L'éjecteur 5 comporte une ouverture d'entrée 51 et une ouverture de sortie 52. Le flux d’air primaire (L1) s'écoulant depuis l'ouverture de sortie d’air 23, se trouve mélangé à un flux d'air secondaire (L2) s’écoulant depuis l'ouverture d'entrée 51 vers l'ouverture de sortie 52. Ce flux d'air secondaire(L2) a un débit secondaire (Ds) et entre dans l'ouverture d'entrée 51 à une vitesse secondaire (Vs), cette vitesse secondaire (Vs) étant plus faible que la vitesse primaire (Vp) du flux d’air primaire. A partir de l'ouverture de sortie 52, un flux d'air total s'écoule avec un débit total (Dt), qui est un mélange du débit primaire (Dp) et du débit secondaire (Ds). La vitesse du flux d'air total provenant de la sortie 52 est la vitesse totale (Vt).

L’éjecteur 5 est un dispositif sans pièce mobile, donc très fiable, qui utilise la viscosité d'un flux d'air qui s’écoule à grande vitesse pour entraîner, par mélange, un autre flux d’air qui s’écoule à plus faible vitesse, ou qui est au repos. Ces deux écoulements d’air se trouvant intimement confondus, ils s'écoulent donc à une vitesse totale (Vt), plus faible que la vitesse primaire (Vp) du flux d’air primaire. On obtient ainsi le résultat recherché, c’est à dire la réduction de l'énergie perdue lors de l’émission du jet d’air par le turbo réacteur. Comme, la quantité d’énergie perdue par rapport à la poussée produite s’exprime selon la formule mathématique (Dt)x(Vt)²/2 et est donc proportionnelle à (Dt) x (Vt), l’augmentation du débit (Dt) grâce au mélange du débit primaire (Dp) et du débit secondaire (Ds) permet de conserver la poussée produite par le turbo réacteur. Par conséquent, l’effet technique produit est la réduction de la consommation spécifique en carburant de l’aéronef.

La illustre schématiquement un ensemble rotor 100 selon l'invention. L'ensemble rotor 100 comporte un élément de rotation 110. Une première pale 101 et une seconde pale 102 sont reliées à l'élément rotatif 110. Les pales 101 et 102 sont adaptées pour tourner autour de leur axe longitudinal pour ainsi modifier l’angle d’incidence des pales 101, 102 de façon cyclique pendant la rotation de l'élément rotatif 110 autour de l'axe de rotation 150. Cette modification de l’angle d’incidence s'effectue au moyen d'un plateau cyclique, comme cela est connu dans l’art antérieur pour les pales d'hélicoptère.

L'élément de rotation 110 est en outre pourvu d'un premier bras moteur 103 et d'un second bras moteur 104. Le premier bras moteur 103 est pourvu d'une ouverture d'entrée d'air 113 et d'une ouverture de sortie d’air 123. Le premier bras moteur 103 est creux et permet de conduire l'air sous pression de l'ouverture d'entrée d’air 113 à l'ouverture de sortie d’air 123. L'ouverture de sortie d’air 123 du premier bras moteur 103 est sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale du premier bras moteur 103. Cela signifie que l'air s'écoulant depuis l'ouverture d'entrée d’air 113 du premier bras moteur 103 exerce une force de réaction sur le premier bras moteur 103, près de son extrémité, dans une direction perpendiculaire à la direction longitudinale du premier bras moteur 103. En raison de l’existence de cette force de réaction, l'élément rotatif 110 effectue une rotation dans une direction opposée à la direction de sortie du flux d'air de l’ouverture de sortie d'air 123. Cette rotation est indiquée schématiquement par la flèche 160 sur la .

Le second bras moteur 104 présente une ouverture d'entrée d’air 114 et une ouverture de sortie d’air 124. Le second bras moteur 104 est creux et capable de conduire l'air sous pression de l'ouverture d'entrée 114 à l'ouverture de sortie d’air 124. L'ouverture de sortie d’air 124 du second bras moteur 104 est sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale du second bras moteur 104. Cela signifie que l'air s'écoulant depuis l'ouverture d’entrée d’air 114 du second bras moteur 104 exerce une force de réaction sur le second bras moteur 104, près de son extrémité, dans une direction perpendiculaire à la direction longitudinale du second bras moteur 104. En raison de l’existence de cette force de réaction, l'élément rotatif 110 effectue une rotation dans une direction opposée à la direction de sortie du flux d'air de l’ouverture de sortie d'air 124. Cette rotation est indiquée schématiquement sur la par la flèche 160.

Les bras moteur 103, 104 sont formés de deux conduits concentriques. Ainsi, les bras moteur 103, 104 comprennent un canal interne, par exemple de forme tubulaire, permettant de conduire le flux d’air primaire (L1). Les bras moteur 103, 104 sont pourvus d’un canal externe, par exemple de forme aérodynamique, permettant de conduire le flux d’air secondaire (L2).

Comme illustré sur la , l’ouverture de sortie d’air 123 du premier bras moteur 103 et l’ouverture de sortie d’air 124 du deuxième bras moteur 104 font sensiblement un angle de 180⁰ degrés l'une par rapport à l'autre.

Selon l'exemple de réalisation de la , le flux d'air permettant la mise en rotation des bras moteurs 103, 104 est généré à l'aide d'un turbo réacteur 300. Ce turbo réacteur présente un axe de rotation 301 qui est aligné avec l'axe de rotation 150 de l'élément rotatif 110. Le gaz chaud qui sort du turbo réacteur 300 est dirigé vers une ouverture de sortie 310. Un élément de liaison 220, qui a sensiblement la forme d'un Y, est relié à cette ouverture de sortie 310 au moyen d’un joint pivotant 320. La branche centrale de l’élément de liaison 220 est reliée à l'ouverture de sortie 310 du turbo réacteur 300. Les branches supérieures de l’élément de liaison 220 sont reliées aux ouvertures d'entrée 113, 114 des premier et second bras moteur 103, 104, respectivement.

Ainsi, l’utilisation de la structure décrite ci-dessus de l'ensemble rotor 100 et, notamment l’alignement de l'axe de rotation 301 du turbo réacteur 300 avec l'axe de rotation 150 de l'élément rotatif 110, a pour conséquence que, lorsque les bras moteur 103 et 104 et les rotors 101 et 102 sont mis en rotation, aucun contre-couple ou seulement un contre-couple très limité est généré dans la direction opposée à la direction de rotation de l'ensemble rotor 100. Cela signifie que l'ensemble rotor 110 peut, en principe, être utilisé pour créer une portance pour un hélicoptère, sans que l'hélicoptère doive être équipé d'un rotor de queue pour neutraliser le contre-couple susmentionné.

La montre en outre que l’ouverture de sortie d’air 123 du premier bras moteur 103 est munie d'un éjecteur 125. De même, l’ouverture de sortie d’air 124 du second bras moteur 104 est munie d'un éjecteur 126. Les éjecteurs 125, 126 garantissent que le flux d'air primaire chaud généré par le turbo-actionneur 300 peut se mélanger à un flux d'air secondaire à proximité des ouvertures de sortie d’air 123, 124. Le principe du mélange d'un flux d'air primaire et d'un flux d'air secondaire à l'aide d'un éjecteur est décrit ci-dessus en référence à la .

Dans l'exemple de mise en œuvre de la , l'entrée des éjecteurs 125 et 126 est reliée au côté intérieur des bras moteurs 103 et 104, respectivement. Cela signifie que le flux d'air secondaire traversant les éjecteurs 125, 126 est prélevé à l’intérieur des bras moteur 103 et 104. Afin de permettre ce flux d'air secondaire, la surface extérieure des bras moteur 103 et 104 est pourvue d'une zone perforée 108. Cette zone perforée 108 comprend une ou plusieurs ouvertures permettant de faire passer l'air pour le flux d'air secondaire de la surface extérieure de chacun des bras moteur 103, 104 vers l’intérieur des bras moteur 103, 104. Ainsi, le flux d'air secondaire contribue, d’une part, au fonctionnement des éjecteurs 125, 126, comme déjà décrit ci-dessus, et d’autre part, à l’amélioration des performances aérodynamiques des bras moteur 103, 104, notamment en améliorant la capacité des bras moteur 103, 104 à générer une portance. L’éjecteur 125, 126 permet donc de récupérer l’énergie perdue contenue dans les gaz d’échappement sortant par les ouvertures de sortie d’air 123, 124, et de générer à l’intérieur des bras moteur 103, 104, une aspiration ou dépression utilisée pour aspirer le flux d’air secondaire. Cet aspect sera décrit ci-dessous en référence aux figures 4 à 7.

Il est noté que, selon un mode de réalisation de l’invention, non montré sur les figures, l’ensemble rotor 100 comprend une unique pale 101, 102, ensemble avec un unique bras moteur 103, 104. Ladite pale 101, 102 et ledit bras moteur 103, 104 sont, selon ce mode de réalisation, positionnés selon une direction diamétralement opposée (180°) par rapport à l’axe de rotation, les masses du bras moteur 103, 104 et de la pale 101, 102 s’équilibrant mutuellement. Ce mode de réalisation présente l’avantage de diminuer sensiblement le nombre de pièces mécaniques ainsi que la masse totale, ce qui résulte en une optimisation des performances et une sécurité accrue.

La montre en vue de dessus une forme de réalisation possible d'un bras moteur 103. Le bras moteur 103 comporte une entrée d’air 113 reliée à la sortie d'un turbo réacteur 300 (comme montré sur la ). A l'intérieur du bras moteur 103, l'air pressurisé s'écoule selon un flux d’air primaire avec un débit (Dp) à travers un canal primaire 106 vers l'ouverture de sortie d’air 123. L’ouverture de sortie d’air 123 est munie d'un éjecteur 125 qui fournit un flux d'air secondaire ayant un débit secondaire (Ds), comme décrit en référence à la .

L'éjecteur 125 est relié à l'intérieur du bras moteur 103. Cela signifie que l'extension de l'ouverture d'entrée 51 de l'éjecteur 125 forme un canal secondaire 107, qui entoure au moins partiellement le canal primaire 106. Le canal secondaire 107 est pourvu d'une zone perforée indiquée schématiquement par le numéro de référence 108. La fonction de la zone perforée 108 est de permettre à l'air de circuler depuis l'extérieur du bras moteur 103 vers le canal secondaire 107. A cet effet, la zone perforée 108 est pourvue d'une ou plusieurs perforations ou ouvertures 109. Selon le mode de réalisation de la , la zone perforée 109 comprend plusieurs ouvertures qui sont sensiblement alignées. Il est également possible de doter la zone perforée 108 d'une ouverture longitudinale. En outre, il est possible de prévoir des ouvertures disposées sous forme d’une pluralité de bandes, par exemple parallèles, dans la zone perforée 108.

L'air s'écoulant le long de la surface extérieure du bras moteur 103 peut s'écouler de la surface extérieure du bras moteur 103 vers l’intérieur du bras moteur 103, et en particulier vers le canal secondaire 107, à travers des ouvertures 109. Le fonctionnement de ces ouvertures 109 et l'effet de l'écoulement d’un flux d'air à travers ces ouvertures 109 sur les propriétés aérodynamiques des bras moteur 103, 104 sont discutés ci-dessus en référence aux figures 6 et 7.

La montre que le flux primaire est guidé à l’intérieur du canal primaire 106 positionné à l’intérieur du canal secondaire 107. La température du gaz circulant à l’intérieur du canal primaire 106 est relativement élevée alors que la température de l’air circulant à l’intérieur du canal secondaire 107 est relativement basse. Par conséquent, un échange de chaleur s’effectue entre le gaz et l’air lors du passage, respectivement du gaz dans le canal primaire 106 et de l’air dans le canal secondaire 107.

La montre que le flux d'air total s'écoulant de l'éjecteur 125 est un mélange de l'écoulement du flux d’air primaire par le canal primaire 106 et de l'écoulement d'un flux d’air secondaire par le canal secondaire 107. Le flux d'air primaire est formé par les gaz d'échappement du turbo réacteur 300 (comme montré sur la ). Ce flux d'air primaire est extrêmement chaud. Le flux d'air secondaire est formé par l'air ambiant. La température du flux d’air secondaire dépend de l'environnement dans lequel le dispositif 100 est utilisé. Cependant, quel que soit l’environnement du flux d’air secondaire, ce dernier possède en général une température beaucoup plus basse que celle du flux d'air primaire.

Comme expliqué en référence à la , la présence d'un éjecteur 125 a pour premier effet technique d'augmenter la puissance du bras moteur 103.

L'utilisation de l'éjecteur 125 présente deux autres avantages qui résultent du mélange du flux d'air primaire chaud, qui a une vitesse élevée, et du flux d'air secondaire dont la température et la vitesse sont relativement faibles. Ces deux avantages sont de réduire, d'une part, la signature infra-rouge de l’aéronef et, d'autre part, la nuisance sonore dudit aéronef.

La montre la section transversale du bras moteur 103 selon la , près de son extrémité libre, selon la coupe A-A. La montre le canal primaire 106, avec l'ouverture de sortie d’air 123 à son extrémité. L'ouverture de sortie d’air 123 est entourée par l'éjecteur 125, qui constitue l'extrémité du canal secondaire 107.

La montre la section transversale du bras moteur 103 de la , selon la coupe B-B. Le canal primaire 106 est de forme sensiblement cylindrique. Le canal secondaire 107 est formé entre la surface extérieure du canal primaire 106 et la paroi intérieure 111 du bras moteur 103.

Selon l'exemple de réalisation de la , le bras moteur 103 présente une section transversale sensiblement aérodynamique avec une incidence positive prononcée. Le bras moteur 103 présente un profil aérodynamique comprenant un intrados et un extrados formant le contour transversal du bras moteur 103. Le profil a une incidence constante positive de manière à ce qu’aucun décollement ne se produise sur l’intrados.

La montre également le flux d'air autour du bras moteur, l'air circulant de gauche à droite dans la . Sur la surface extérieure du bras moteur 103, la zone perforée 108 est représentée schématiquement avec une ou plusieurs ouvertures. La montre le flux d'air autour du bras moteur 103 dans le cas où aucun air n'est aspiré par la zone perforée 108.

Comme le montre la , le flux d'air s'écoule depuis un bord d’attaque 180 sur la surface extérieure du bras moteur 103 jusqu'à un point 181 où la couche limite décolle et ne peut plus suivre la surface du bras moteur 103. Le décollement de la couche limite engendre une réduction considérable de la portance et une augmentation de la traînée. En revanche, grâce à l’incidence positive, l’intrados ne décolle pas. Sur le côté droit, sur la , du bras moteur 103 se trouve une zone d'air turbulent 135.

La montre la section transversale du bras moteur 103 selon la .

La montre schématiquement l'écoulement de l'air sur la surface du bras moteur 103 lorsque l'air est aspiré à travers la zone perforée 108.

Dans la mesure où l’air est aspiré par l'ouverture 109 de la zone perforée 108, la couche limite de l'air s'écoulant le long de l’extrados du bras moteur 103 peut suivre la surface du bras moteur 103 de manière prolongée. En conséquence, l'aspiration de l'air à travers la zone perforée 108 permet de retarder voire d’éviter le moment où la couche limite décolle de l’extrados du bras moteur 103.

Une comparaison entre les figures 6 et 7 montre que l'aspiration de l'air à travers la zone perforée 108 permet d’utiliser un profil très porteur à forte incidence sans engendrer de décollement de la couche limite à l’extrados, ce qui procure une portance considérable aux bras moteurs 103, 104.

En outre, on peut voir sur la que la dimension de la zone d’air turbulent 135 est réduite lorsque l'air est aspiré à travers la zone perforée 108.

Ainsi, l'utilisation d'éjecteurs 125, 126 en combinaison avec l'aspiration d'un flux d’air à travers la zone perforée 108 permet d’améliorer les propriétés dynamiques du bras moteur 103 et de créer une portance efficace en utilisant les bras moteur 103, 104, ce qui améliore le ratio entre la consommation de carburant et la portance produite.

Les effets techniques obtenus grâce à la présence des éjecteurs et de la zone perforée, tels que mentionnés dans ce qui précède, sont les suivants :

- l’augmentation du couple fourni par des bras moteurs 103, 104 entrainant le rotor ;

- la réduction de la consommation de carburant de l’aéronef ;

- l’augmentation de la portance des bras moteurs 103, 104 ;

- la réduction du bruit des jets d'air ;

- la réduction de la signature infra-rouge du dispositif.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément de rotation 110 comporte des bras moteurs 103 et 104. Le turbo réacteur 300 génère un flux d'air qui fait tourner l'élément rotatif. Ainsi, grâce à la présence des éjecteurs 125 et 126 et à l'aspiration de l'air à travers la zone perforée 108 des bras moteurs 103, 104 respectivement, les deux bras moteurs103 et 104 peuvent être utilisés pour créer en rotation une portance supplémentaire par aspiration de la couche limite.

La configuration mono pale / mono bras moteur selon un mode de réalisation de l’invention permet d’optimiser le concept en améliorant la charge marchande pouvant être transportée et/ou la distance parcourue. En effet la pale unique doit être plus longue que la pale du rotor bi-pales ce qui améliore la portance par réduction relative des pertes induites en bout de pale. Cette configuration est plus simple, plus légère par simplification du dispositif de changement de pas et par l’élimination d’une pale et d’un bras moteur et permet d’améliorer la portance du bras moteur par rapport à la somme de celles des deux bras. Cette amélioration de portance est due à un débit d’air d’aspiration de la couche limite plus important, le débit secondaire de la tuyère unique pouvant être double de celui d’une tuyère du bras moteur double.

Claims (10)

1. Ensemble rotor (100) pour un hélicoptère comprenant un élément rotatif (110) adapté pour tourner autour d'un axe de rotation (150), dans lequel l'ensemble rotor (100) comprend :
   - au moins une pale (101, 102) fixée audit élément rotatif (110), l’angle d’incidence de ladite au moins une pale (101, 102) étant réglable lors de la rotation de ladite au moins une pale (101, 102) autour de l'axe de rotation (150),- au moins un bras moteur (103, 104) comprenant, d’une part, une première extrémité connectée à l'élément rotatif (110) et une ouverture d’entrée d'air (113, 114) située à proximité de ladite première extrémité, et d’autre part, une deuxième extrémité libre et une ouverture de sortie d'air (123, 124) située à proximité de ladite deuxième extrémité libre, ledit au moins un bras moteur (103, 104) étant adapté pour guider un flux d'air depuis ladite ouverture d’entrée d'air (113, 114) vers ladite ouverture de sortie d'air (123, 124), ledit ensemble rotor (100) étant caractérisé en ce que ledit au moins un bras moteur (103, 104) est pourvu d'un éjecteur (50, 125, 126), ledit éjecteur (50, 125, 126) étant positionné circonférentiellement autour de l’ouverture de sortie d’air (123, 124) dudit au moins un bras moteur (103, 104) et à une distance déterminée de l’ouverture de sortie d'air (123, 124) dudit au moins un bras moteur (103, 104), ledit éjecteur (50, 125, 126) comprenant une ouverture d'entrée (51) et une ouverture de sortie (52), un flux d'air primaire (Lp) s'écoulant à un débit primaire (Dp) depuis l’ouverture d’entrée d’air (113, 114) vers l’ouverture de sortie d'air (123, 124) dudit au moins un bras moteur (103, 104) et un flux d'air secondaire (Ls) s’écoulant à un débit secondaire (Ds) depuis l'ouverture d'entrée (51) vers l'ouverture de sortie (52) à travers l'éjecteur (50, 125, 126), pour former un flux d'air total (Lt) comprenant un débit total (Dt) égal à la somme du débit primaire (Dp) et du débit secondaire (Ds).
2. Ensemble rotor (100) selon la revendication 1, dans lequel ledit au moins un bras moteur (103, 104) comprend un canal primaire (106), par exemple de forme tubulaire, pour conduire le flux d'air primaire (L1) depuis l'ouverture d'entrée d’air (113, 114) vers l'ouverture de sortie d’air (123, 124).
3. Ensemble rotor (100) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit au moins un bras moteur (103, 104) comprend un canal secondaire (107) et une zone perforée (108) pour permettre le passage de l'air depuis l'extérieur dudit au moins un bras moteur (103, 104) vers l'intérieur dudit canal secondaire (107) et dudit au moins un bras moteur (103, 104), la zone perforée (108) s'étendant dans la direction longitudinale dudit au moins un bras moteur (103, 104).
4. Ensemble rotor (100) selon la revendication 3, dans lequel la zone perforée (108) est pourvue d'une ou plusieurs perforations (109).
5. Ensemble rotor (100) selon la revendication 4, dans lequel les perforations (109) sont disposées sensiblement en ligne.
6. Ensemble rotor (100) selon la revendication 5, dans lequel les perforations (109) sont disposées selon deux ou plusieurs bandes sensiblement parallèles.
7. Ensemble rotor (100) selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel la face intérieure de la zone perforée (108) est reliée à l'ouverture d'entrée (51) de l'éjecteur (50, 125, 126) par ledit canal secondaire (107).
8. Ensemble rotor (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un bras moteur (103, 104) a une section transversale de forme sensiblement aérodynamique.
9. Ensemble rotor (100) selon la revendication 8, dans lequel ledit au moins un bras moteur (103, 104) présente un profil aérodynamique comprenant un intrados et un extrados formant le contour transversal dudit au moins un bras moteur (103, 104).
10. Hélicoptère muni d'un ensemble rotor (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.