FR2908736A1 - Systeme de transmission mecanique a amortisseur magnetique pour giravion - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un système de transmission d'un giravion qui comporte un arbre (21) de transmission et des inducteurs (30, 31) électromagnétiques d'un amortisseur magnétique actif qui s'étendent autour de l'arbre et déterminent avec celui-ci un jeu radial (33). Le système comporte en outre un amortisseur radial non magnétique (35) s'étendant autour de l'arbre avec un espacement radial (39) inférieur au jeu radial, de sorte qu'en cas de défaillance de l'amortisseur magnétique actif, l'amortissement des déplacements radiaux de l'arbre par rapport à son axe (22) est en partie au moins assuré par l'amortisseur radial non magnétique, et l'endommagement des inducteurs est limité ou évité.

Description

1 Système de transmission mécanique à amortisseur magnétique pour giravion

La présente invention est relative à un système de transmission de giravion comportant un amortisseur magnétique, et à un giravion comportant un tel système. Le domaine technique de l'invention est celui de la fabrication d'hélicoptères. La présente invention est notamment relative à un système de transmission qui comporte un arbre de transmission présentant deux extrémités longitudinales, dans lequel un organe de liaison - tel qu'un organe déformable d'accouplement û équipe chaque extrémité de l'arbre, les deux organes de liaison reliant respectivement l'arbre à deux organes tournants du giravion tels qu'une boîte de transmission principale (BTP) d'une part et une boîte de transmission arrière (BTA) d'autre part, de sorte que l'arbre peut assurer l'entraînement d'un rotor arrière - ou rotor de queue - du giravion par la BTP, par l'intermédiaire de la BTÀ. Les brevets FR2817234 et US6680554 décrivent un tel système de transmission de puissance entre deux boîtes de transmission d'un hélicoptère, qui comporte un tube (creux) faisant fonction d'arbre de transmission. L'arbre est qualifié de supercritique pour signifier que la fréquence correspondant à une vitesse de rotation de l'arbre (de sa plage normale de fonctionnement), est supérieure à la plus faible fréquence propre (naturelle) de l'arbre.

Un amortisseur magnétique actif est disposé entre les deux boîtes de transmission ; l'amortisseur est commandé par un calculateur exploitant des signaux délivrés par un capteur sensible à la position latérale (radiale) de l'arbre et comportant un régulateur PID, pour amortir les vibrations de l'arbre au passage des fréquences propres.

2908736 2 Cet amortisseur magnétique correspond à un palier magnétique radial actif qui amortit les vibrations de l'arbre, qui présente une raideur suffisamment faible pour ne pas décaler les fréquences propres de l'arbre de plus de 3 /0, et présente un jeu de 3 à 4 millimètres avec l'arbre.

5 Du fait notamment de la complexité et de la criticité des composants matériels et logiciels d'un palier magnétique actif, leur mise en oeuvre à bord d'un giravion est entravée par les coûts importants des développements nécessaires pour permettre leur qualification ou certification.

10 Les brevets EP1068665 et US 6268676 décrivent un système pour supporter un arbre qui comporte un palier magnétique radial passif dont la partie statorique (i.e. non tournante) magnétisée est reliée à un support par quatre amortisseurs élastomériques. La masse et la stabilité d'un tel système rendent difficile son 15 utilisation pour supporter un arbre de transmission de giravion. Un objectif de l'invention est de proposer de tels dispositifs ou systèmes de transmission mécanique, qui soient améliorés et/ou qui remédient, en partie au moins, aux lacunes ou inconvénients des dispositifs connus.

20 Dans la présente demande, sauf indication explicite ou implicite contraire, les termes tels que radial ou radialement se réfèrent à l'axe longitudinal (de rotation) de l'arbre de transmission. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un système de transmission d'un giravion qui comporte un arbre de transmission qui 25 peut notamment être monté rotatif par rapport au giravion par l'intermédiaire de deux paliers non magnétiques, des inducteurs électromagnétiques d'un amortisseur magnétique actif qui s'étendent autour de l'arbre et déterminent avec celui-ci un jeu radial, le système comportant en outre un amortisseur radial non magnétique - ci après 2908736 3 ARNM - s'étendant (sans contact) autour de l'arbre avec un espacement radial inférieur au jeu radial, de sorte qu'en cas de défaillance de l'amortisseur magnétique actif, l'amortissement des déplacements radiaux de l'arbre par rapport à son axe théorique/nominal est (en partie au 5 moins) assuré par l'amortisseur radial non magnétique, et l'endommagement des inducteurs est limité ou évité. L'ARNM comporte une première partie statorique qui est agencée pour être fixée à la structure du giravion, le cas échéant par l'intermédiaire de la partie statorique de l'amortisseur magnétique actif.

10 L'ARNM comporte en outre une seconde partie flottante , déplaçable radialement par rapport à la première partie, qui entoure l'arbre selon ledit espacement radial, et qui présente de préférence une forme générale de bague ou d'anneau. L'ARNM comporte également un dispositif d'amortissement qui relie 15 ces deux parties et amortit les déplacements relatifs de la seconde partie par rapport à la première partie. L'amortissement par ce dispositif peut résulter d'un frottement solide/solide, solide/liquide, visqueux ou non, en particulier d'un frottement sec entre des surfaces de pièces respectivement liées aux deux parties de l'ARNM.

20 La raideur (radiale) du dispositif reliant les deux parties de l'ARNM est faible, en particulier sensiblement nulle, et de préférence juste suffisante pour supporter le poids de la partie flottante, i.e. quelques dizaines ou centaines de grammes. Le coefficient d'amortissement de ce dispositif est de préférence 25 élevé, en particulier du même ordre de grandeur que le coefficient d'amortissement de l'amortisseur magnétique. La valeur du coefficient d'amortissement du dispositif d'amortissement de l'ARNM exprimé en Newton seconde par mètre (Nsm-'), est de préférence située dans une plage allant de 100 environ à 5000 2908736 4 environ, tandis que la valeur du coefficient d'amortissement de l'amortisseur magnétique peut être située dans une plage allant de 100 Nsm ' environ à 1000 Nsm ' environ. A titre d'exemple, un amortisseur par frottement présentant un 5 coefficient d'amortissement radial égal à 800 Nsm' et un amortisseur magnétique présentant un coefficient d'amortissement radial égal à 400 Nsm' et une raideur radiale égale à 150000 Nm' environ, ont donné des résultats satisfaisants. Selon un mode préféré de réalisation, la valeur du rapport du 10 coefficient d'amortissement (en Nsm ') de l'amortisseur magnétique à la raideur (en Newton par mètre) de cet amortisseur magnétique, peut être située dans une plage allant de 10 seconde environ à 10 2 seconde environ. D'autres aspects, caractéristiques, et avantages de l'invention 15 apparaissent dans la description suivante, qui se réfère aux dessins annexés et qui illustre, sans aucun caractère limitatif, des modes préférés de réalisation de l'invention. La figure 1 illustre schématiquement en perspective un dispositif selon l'invention comportant un stator d'amortisseur magnétique et deux 20 amortisseurs à frottement fixés au stator, ainsi qu'un tronçon d'arbre de transmission dont une partie est entourée par les amortisseurs. La figure 2 est une vue selon II-II de la figure 1, i.e. une vue en coupe du dispositif par un plan diamétral contenant l'axe de rotation de l'arbre de transmission.

25 La figure 3 est une vue en coupe d'une partie d'un amortisseur à frottement d'un système selon l'invention, tel que ceux illustrés figures 1, 2 et 4 à 7, montrant plus en détail la position des surfaces de frottement. La figure 4 illustre une variante de réalisation d'un amortisseur à frottement d'un système selon l'invention.

2908736 5 La figure 5 est une vue en perspective schématique simplifiée, en éclaté, des pièces flottantes/mobiles de l'amortisseur à frottement des figures 1 et 2. Les figures 6 et 7 illustrent schématiquement les déplacements 5 relatifs des surfaces de frottement d'un amortisseur à frottement tel qu'illustré figures 1 à 5. La figure 8 illustre schématiquement un système de transmission selon l'invention et son intégration à un hélicoptère. Par référence aux figures 1 et 8 notamment, le dispositif 20 10 d'amortissement selon l'invention est agencé pour amortir les vibrations radiales d'un arbre 21 de transmission qui s'étend selon son axe 22 longitudinal - et de rotation Par référence à la figure 8, l'arbre 21 est connecté à l'arbre 23 de sortie de la BTP 24 solidaire de la structure 25 de l'hélicoptère, par 15 l'intermédiaire d'un premier accouplement 26 homocinétique. De façon similaire, l'arbre 21 est connecté par un second accouplement homocinétique 27 à l'arbre d'entrée 28 d'une BTA 29 solidaire de la poutre de queue de l'hélicoptère. Le dispositif 20 comporte des inducteurs électromagnétiques 30, 31 20 solidaires de la structure de l'hélicoptère qui sont prévus pour être alimentés de façon à générer un champ électromagnétique variant dans le temps pour amortir les vibrations radiales de la partie de l'arbre encerclée par les inducteurs. A cet effet, la surface ou partie externe de l'arbre 21 est réalisée 25 dans un matériau ferromagnétique ; dans le mode de réalisation illustré figure 8, l'arbre comporte un élément ferromagnétique se présentant sous forme d'une bague 32 cerclant - et tournant avec - la partie de l'arbre s'étendant en regard des inducteurs.

2908736 6 L'espace libre entre la surface externe de la bague 32 et les faces internes 34 des inducteurs correspond à un jeu radial 33 qui est par exemple voisin de 1 ou 2 mm. Le dispositif 20 illustré figure 8 comporte en outre un amortisseur 5 mécanique 35 qui comporte une partie 36 statorique reliée à la structure 25, ainsi qu'une partie 37 montée mobile et/ou flottante par rapport à la partie statorique. La partie 37 flottante de la figure 8 est en forme d'anneau entourant une zone de l'arbre 21 ; la partie 37 présente une face interne cylindrique 10 38 sensiblement coaxiale à l'arbre 21, et dont le diamètre détermine, avec le diamètre de l'arbre 21, un espacement radial 39 dont la valeur est inférieure à celle du jeu 33, par exemple voisine de la moitié du jeu 33. L'anneau 37 présente en outre une face plane 40 sensiblement perpendiculaire à l'axe de la face cylindrique 38 (et par conséquent à l'axe 15 22 de l'arbre 21). La partie statorique 36 comporte une face plane 41 entourant l'arbre 21 et en regard de laquelle s'étend la face 40 de l'anneau flottant 37. L'anneau 37 est maintenu en appui par sa face 40 sur la face 41 du support statorique 36 par un ressort 42.

20 Un jeu radial 99 supérieur à l'espacement radial 39 est prévu entre l'arbre 21 et le stator 36 de l'amortisseur 35. Ainsi, lorsque l'arbre 21 vient au contact de la face 38 de l'anneau 37 et déplace radialement cet anneau reposant contre la face d'appui 41, les forces de frottement s'opposant au déplacement mutuel des faces 40 et 41 25 en appui mutuel, amortissent le déplacement radial de l'arbre 21. Afin de faciliter l'engagement de l'anneau flottant autour de l'arbre de transmission, cet anneau peut être remplacé par la structure flottante 48 illustrée en éclaté figure 5.

2908736 7 Cette structure 48 comporte deux pièces 37a et 37b en forme générale de demi anneaux qui peuvent être identiques et solidarisées par l'intermédiaire notamment de deux douilles tubulaires 46 et 47. Chacune des pièces 37a et 37b comporte un corps 49 en forme 5 d'arceau terminé à chacune de ses deux extrémités par un patin 50 à 53 de forme annulaire. Chaque patin (tel que 50) est percé d'un alésage 54 d'axe 44 (ou 45) et comporte deux faces planes parallèles 55, 56 perpendiculaires à l'axe 44.

10 Pour la solidarisation des deux pièces 37a, 37b, ces pièces illustrées figure 5 sont rapprochées comme illustré par les flèches 57, 58, l'une de l'autre en faisant coïncider leurs axes 44, 45 qui sont parallèles à un axe 43 de symétrie de l'ensemble, chacune des douilles 46, 47 étant pour partie emmanchée dans les deux alésages alignés 54 correspondants.

15 Cette configuration d'assemblage est illustrée figures 1 et 2 notamment où l'on voit que les patins 50 à 53 présentent une épaisseur voisine de la moitié de celle du corps 49 des pièces 37a, 37b flottantes. On observe figures 1 et 2 que le stator de l'amortisseur magnétique incluant les inducteurs, comporte deux pièces 60, 61 en forme de coques 20 sensiblement identiques qui sont en contact mutuel sensiblement le long d'un plan diamétral 62 contenant l'axe 22 de l'arbre 21 ; ces deux pièces sont solidarisées par des organes de liaison démontable (non représentés) tels que des boulons, ce qui facilite le montage et le démontage du palier et/ou de l'amortisseur magnétique.

25 On observe également figures 1 et 2 que le système d'amortissement comporte deux amortisseurs 35 mécaniques (par frottement) identiques disposés de part et d'autre du stator 60, 61 de l'amortisseur magnétique. La partie statorique de chaque amortisseur 35 comporte deux paires de plaques 63 à 66 en forme de disque percé d'un évidemment central, 2908736 8 deux tiges 67, 68 d'axes respectifs 144, 145 parallèles à l'axe 21 et contenus dans un plan diamétral 69 orthogonal au plan 62 et contenant l'axe 21 ; les tiges 67, 68 sont respectivement fixées aux pièces 60, 61 du stator de l'amortisseur magnétique.

5 Cette partie statorique comporte en outre des rondelles élastiques 70 et un écrou 71 pour chaque tige 67, 68. Dans la variante illustrée figures 1 et 3, un ressort hélicoïdal 72 remplace les rondelles. Comme illustré figure 1 à 3, chaque tige s'étend successivement au travers d'une plaque 63, 65 appuyée contre le stator 60, 61, au travers 10 d'une des douilles 46, 47 de fixation coaxiale des patins flottants 50 à 53, au travers d'une seconde plaque 64, 66 ainsi que des rondelles 70 (du ressort 72). L'écrou 71 vissé à l'extrémité libre filetée de chaque tige appuie sur la plaque 64, 66 par l'intermédiaire du ressort ou des rondelles, les patins 15 (tels que 50 et 52) étant ainsi légèrement pincés entre les deux plaques (telles que 63 et 64). Les figures 3 et 5 illustrent en particulier la surface en forme de couronne 73 d'appui mutuel de chaque patin flottant sur la plaque statorique (63 à 66) correspondante.

20 Chaque ensemble flottant d'un amortisseur 35 est mis en faible appui sur les plaques statoriques par quatre surfaces 73 de frottement, par réglage de la position de l'écrou 71 de précontrainte sur la tige 67, 68 correspondante. Cet appui de faible intensité permet le glissement - avec frottement - 25 des patins 50 à 53 sur les plaques 63 à 66, notamment selon les mouvements de translation (dans un plan radial) représentés par les flèches 74 et 75 figure 6. Un tel déplacement des patins par rapport aux plaques est provoqué par appui de l'arbre 21 contre la face cylindrique interne 38, 38a, 38b des 2908736 9 arceaux flottants 37a, 37b. Ce déplacement est rendu possible par le jeu entre le diamètre interne des douilles 46, 47 et le diamètre externe des tiges 67, 68. Ce déplacement peut faire passer les patins de la position initiale 5 centrée illustrée figure 7, dans laquelle l'axe 44 des patins est confondu avec l'axe 144 de la tige (repérée 67 ou 68, figure 2), à une position décentrée illustrée figure 6 où ces deux axes ne sont pas confondus. On comprend que la constitution de l'élément flottant de 10 l'amortisseur mécanique en au moins deux parties facilite le montage et le démontage de l'amortisseur 35 et/ou de l'arbre 21. La figure 4 illustre une variante de réalisation de cet amortisseur dans laquelle les deux arceaux ou demi colliers flottants 80 et 81 sont réunis d'une part par un boulon 82 et d'autre part par une douille 15 d'assemblage de leurs patins 50, 52 superposés selon l'axe 44. Dans cette configuration, un des patins (tel que 50) est en appui sur une plaque 83 solidaire de la structure du giravion, tandis qu'un autre patin 85 solidaire de l'arceau 80 est en appui selon un axe 45 sur une seconde plaque 84 également fixée à la structure du giravion. On observe 20 que contrairement aux modes de réalisation des figures 1, 2, 5, les patins de frottement 50, 52, 85 ne sont pas diamétralement opposés.

Claims (17)

REVENDICATIONS

1. Système de transmission d'un giravion qui comporte un arbre (21) de transmission, des inducteurs (30, 31) électromagnétiques d'un amortisseur magnétique actif qui s'étendent autour de l'arbre et déterminent avec celui-ci un jeu radial (33), caractérisé en ce qu'il comporte en outre un amortisseur radial non magnétique (35) s'étendant autour de l'arbre avec un espacement radial (39) inférieur au jeu radial, de sorte qu'en cas de défaillance de l'amortisseur magnétique actif, l'amortissement des déplacements radiaux de l'arbre par rapport à son axe (22) est en partie au moins assuré par l'amortisseur radial non magnétique, et l'endommagement des inducteurs est limité ou évité.

2. Système selon la revendication 1 dans lequel l'amortisseur radial non magnétique comporte une partie statorique (36) agencée pour être fixée à la structure (25) du giravion, une partie flottante (37) déplaçable radialement par rapport à la partie statorique et qui entoure l'arbre selon ledit espacement radial, ainsi qu'un dispositif d'amortissement par frottement qui relie ces deux parties et amortit leurs déplacements relatifs mutuels.

3. Système selon la revendication 2 dans lequel l'amortissement par le dispositif d'amortissement résulte d'un frottement entre des surfaces (40, 41, 73) de pièces (50 à 54, 63 à 66) respectivement liées ou intégrées aux deux parties (36, 37) de l'amortisseur radial non magnétique.

4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans 2.5 lequel le coefficient d'amortissement de l'amortisseur radial non magnétique est du même ordre de grandeur que le coefficient d'amortissement de l'amortisseur magnétique. 2908736 11

5. Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 dans lequel la partie flottante présente une forme générale de bague ou d'anneau.

6. Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 5 dans 5 lequel la partie flottante comporte plusieurs pièces (37a, 37b) reliées par des organes (46, 47) de liaison.

7. Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 6 dans lequel l'amortissement par le dispositif d'amortissement résulte d'un frottement entre des surfaces (40, 73) annulaires de patins (50 à 54) liés 10 ou intégrés à la partie flottante (37), et des surfaces (41) de disques (63 à 66) liés ou intégrés à la partie statorique.

8. Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 7 dans lequel la partie statorique de l'amortisseur non magnétique est prévue pour être fixée à la structure du giravion par l'intermédiaire de la partie 15 statorique de l'amortisseur magnétique actif.

9. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel le stator de l'amortisseur magnétique incluant les inducteurs, comporte au moins deux pièces (60, 61) en forme de coques solidarisées par des organes de liaison démontable. 20

10. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 dans lequel une surface ou partie externe de l'arbre (21) est réalisée dans un matériau ferromagnétique.

11. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 dans lequel l'arbre comporte un élément ferromagnétique se présentant sous forme d'une bague (32) cerclant la partie de l'arbre s'étendant en regard des inducteurs.

12. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 dans lequel la valeur du coefficient d'amortissement du dispositif 2908736 12 d'amortissement non magnétique est située dans une plage allant de 100 Nsm environ à 5000 Nsm environ.

13. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 dans lequel la valeur du coefficient d'amortissement de l'amortisseur 5 magnétique est située dans une plage allant de 100 Nsm ' environ à 1000 Nsm ' environ.

14. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 dans lequel la valeur du rapport du coefficient d'amortissement (en Nsm-') de l'amortisseur magnétique à la raideur (en Newton par mètre) de cet 10 amortisseur magnétique, est située dans une plage allant de 10-3 seconde environ à 10 2 seconde environ.

15. Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 14 dans lequel la raideur radiale du dispositif d'amortissement par frottement est suffisante pour supporter le poids de la partie flottante. 15

16. Giravion comportant un système selon l'une quelconque des revendications 1 à 15.

17. Giravion selon la revendication 16 dans lequel l'arbre (21) est monté rotatif par rapport au giravion par l'intermédiaire d'accouplements (26, 27) et de paliers non magnétiques.