FR2627149A1 - PROPELLER BLADE, WHOSE STEP IS VARIABLE THROUGH A SELF-DEFORMABLE LINK - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une pale fixée à l'axe tournant par un dispositif auto-déformable. Cette pale est montée avec un angle de traînée tel, que la force de torsion produite (en rotation) est d'une amplitude convenable - ici est proposé un angle de 18 degrés. La souplesse de ce montage auto-déformable 10 est maîtrisée principalement par le choix des plaques demi-haltère 14, 28 fabriquées avec des différents matériaux composites et facilement modifiable en longueur et en largeur. La mise au point de cette maîtrise de flexibilité des plaques se poursuit avec l'utilisation d'un maillon de serrage amovible 24 ou/et par un changement de l'angle de traînée 18, 20 de la pale 12. L'invention peut être utilisée comme une hélice d'aviation d'une forme bipale classique, mais des applications dans le champ varié des dynamiques des fluides, pourront être utilisées ou pour les pompages, ou pour l'extraction de l'énergie, des écoulements des fluides.The invention relates to a blade fixed to the rotating axis by a self-deforming device. This blade is mounted with a drag angle such that the torsional force produced (in rotation) is of a suitable amplitude - here an angle of 18 degrees is proposed. The flexibility of this self-deforming assembly 10 is controlled mainly by the choice of half-dumbbell plates 14, 28 made with different composite materials and easily modifiable in length and width. The development of this flexibility control of the plates continues with the use of a removable tightening link 24 or / and by a change in the angle of drag 18, 20 of the blade 12. The invention can be used as an aviation propeller of a conventional two-bladed shape, but applications in the varied field of fluid dynamics, could be used either for pumping, or for extracting energy from fluid flows.
Description
- Paze 1. -- Paze 1. -
Pale d'Hélice avec Pas-Variable d'une Action Propeller Blade with No-Variable of an Action
à un Lien Auto-Deformable.to an Auto-Deformable Link.
La présente invent:ion concerne les rotors mais pas uniquement The present invention: ion relates to rotors but not only
ceux utilisés dans l'aviation.those used in aviation.
Il est bien connu que le rendement des hélices, notamment dans l'aviation légère, est très mauvais. Une hélice classique, bi-pale et de pas fixe, n'a un rendement que de 60 %, couplé avec un rendement de 25 à 30 % pour les moteurs à explosion utilisés, et il n'y a donc It is well known that the performance of propellers, especially in light aviation, is very bad. A conventional propeller, two-blade and fixed pitch, has a yield of only 60%, coupled with a yield of 25 to 30% for the combustion engines used, and so there is
qu'environ 15 % de la puissance de l'énergie qui sont alors utilisés. about 15% of the power of energy that is then used.
Une amélioration est obtenue en utilisant des hélices & pas-variable, pour obtenir une meilleure accélération au décollage et une économie An improvement is achieved by using propellers & non-variable, to obtain a better acceleration at takeoff and a saving
de carburant en vitesse de croisière. Il y a deux moyens connus au- fuel in cruising speed. There are two known ways
Jourd'hui pour l'utilisation de ce changement de pas. Today for the use of this change of pace.
La première méthode est l'électro-hydraulique qui ajuste l'angle d'incidence des pales en vol. Ce système n'est pas utilisable dans les avions de petite et moyenne taille, compte tenu de son c5ut et de sa complexité, sans parler de son poids inutile. Or 95 % des avions sont The first method is the electro-hydraulic which adjusts the angle of incidence of the blades in flight. This system is not usable in small and medium size aircraft, given its importance and complexity, not to mention its useless weight. 95% of the planes are
de petite taille, et par conséquent, ns sont pas équipés d'un tel sys- small, and therefore, are not equipped with such a system.
tème. La seconde méthode connue provient des effets avantageux obtenus tem. The second known method comes from the advantageous effects obtained
avec des pales incurvées, et en flèche, vers l'arrière de la rotation. with curved blades, and swept, towards the rear of the rotation.
Comparaisons avec les sabres incurvés des Turques, ces hélices sont connues sous l'appelation cimeterre. La construction toutefois de ces hélices est complexe et délicate. Elles requièrent donc beaucoup de Comparisons with Turks' curved sabers, these propellers are known as scimitars. The construction however of these propellers is complex and delicate. They therefore require a lot of
temps, et la maitrise de son degré de flexibilité, liée à des équili- time, and the mastery of its degree of flexibility, linked to
brages répétitifs avant chaque vol, fait que cette technique est tom- repetitive crashes before each flight, makes this technique fall
bée en désuétude.stuck in disuse.
- 2.- 2627149- 2.- 2627149
La présente invention comprend un rotor équipé de pales desti- The present invention comprises a rotor equipped with blades
nées à produire un écoulement de fluide ou à être entraînées par un fluide. Chaque pale est reliée à l'arbre d'hélice par un lien flexible to produce a fluid flow or to be driven by a fluid. Each blade is connected to the propeller shaft by a flexible link
qui comprend une ou plusieurs plaques montées perpendiculaires à l'a- which includes one or more plates mounted perpendicular to the
xe de l'arbre. Elles facilitent ainsi un mouvement de torsion limité des pales autour de leurs axes longitudinaux, en réponse aux forces xe of the tree. They thus facilitate a limited twisting movement of the blades around their longitudinal axes, in response to the forces
de torsion produites suivant l'interaction des pales avec le fluide. of torsion produced following the interaction of the blades with the fluid.
Le lien flexible comprend une ou plusieurs plaques montées on sand- The flexible link comprises one or more plates mounted on
wich avec des couches de matériaux non-compressibles. Afin d'optimi- wich with layers of non-compressible materials. In order to optimize
ser la déformation des plaques, un maillon peut être fixé pour serrer l'ensemble à une distance choisie de l'arbre. Puisque les pales sont If the plates are deformed, a link may be attached to tighten the assembly at a selected distance from the shaft. Since the blades are
rigides, en utilisant ce dispositif le degré de flexibilité des pla- using this device the degree of flexibility of the
ques varie, s'adaptant ainsi à toutes configurations de vol. Les pales sont reliées de façon à avoir un angle de trainée par rapport à la ligne radiale perpendiculaire à l'arbre. L'utilisation des fentes pour les boulons du moyeu, rend réglable la position des plaques. Chaque pale est équipée de son propre jeu de plaques. Une fois montées sur l'arbre d'hélice, ces plaques sont interposées de façon à ce que chaque pale soit décallées d'au moins liépaisseur d'une plaque. L'utilisation de ce montage permet d'utiliser plusieurs pales identiques. De telles pales, sortant d'un même moule évitent des varies, adapting to all flight configurations. The blades are connected so as to have a drag angle with respect to the radial line perpendicular to the shaft. The use of the slots for the hub bolts makes the position of the plates adjustable. Each blade is equipped with its own set of plates. Once mounted on the propeller shaft, these plates are interposed so that each blade is decalled by at least the thickness of a plate. The use of this assembly makes it possible to use several identical blades. Such blades coming out of the same mold avoid
équilibrages répétés.repeated balancing.
D'autres avantages de l'invention ressortiront de la description, Other advantages of the invention will emerge from the description,
qui va suivre, en prenant pour exemple une hélice bipale d'aviation. which will follow, taking as an example a two-blade aviation propeller.
Se référer au dessin joint sur lequel: La figure 1. montre les 18 environ entre les axes de la pale et Refer to the attached drawing in which: Figure 1. shows the approximately 18 between the axes of the blade and
ceux des plaques.those of the plates.
La figure 2. montre en coupe longitudinale, le détail du lien déformable. Pour des raisons de clarté 4 des b boulons du moyeu ont été omis. Fig. 1: 85 % d'une pale (12) classique, rigide et sans Figure 2. shows in longitudinal section, the detail of the deformable link. For reasons of clarity, 4 hub bolts have been omitted. Fig. 1: 85% of a blade (12) classic, rigid and without
moyeu, sont représentés. Ce lien étant le dispositif auto-aéfor- hub, are represented. This link is the auto-afor-
mable aécrit en Fig. 2 (10). Ces plaques 14,28) d'une forme demi- Mable writes in FIG. 2 (10). These plates 14, 28) of a half-form
haltère représentent i5 p de la distance entre l'axe (10) et l'extré- dumbbell represent i5 p of the distance between the axis (10) and the end
mité de la pale (12). La liaison pale (12)/plaques (14,28) est assu- of the blade (12). The blade (12) / plates (14,28) connection is
rée par 5 boulons (22). La pale est construite aussi rigide que pos- 5 bolts (22). The blade is constructed as rigid as pos-
sible et il n'est plus nécessaire de décrire la courbe traditionnelle and it is no longer necessary to describe the traditional curve
d'une hélice cimeterre - donc encore un des problèmes résolus. L'an- of a scimitar propeller - so again one of the problems solved. The an-
gle de trainée proposé est d'environ 18 degrés, et une augmentation The proposed drag gap is approximately 18 degrees, and an increase
de cet angle accroissera les forces de torsion dans la plaque défor- this angle will increase torsional forces in the deformed plate.
mable (14 et 28). Une telle pale entraînera un angle d'incidence mable (14 and 28). Such a blade will result in an angle of incidence
moins grand, efficace pour décoller et accélérer avec un taux de mon- less, efficient to take off and accelerate with a rate of
tée optimal, mais dont l'économie de carburant et la vitesse en vol diminueront. Voir fig. 1: les fente 1&20) pour cette augmentation d'angle. La plaque (14) est attachée aux autres, et à l'arbre du moteur par les 6 boulons (16,18) du moyeu dans le montage classique. Les troLs1%)les plaques (14,28) travers lesquels 5 des 6 boulons passent, sont des fentes haricot 120). Le trou du 6eme boulon (16), optimum fuel economy and in-flight speed will decrease. See fig. 1: Slots 1 & 20) for this angle increase. The plate (14) is attached to the others, and to the motor shaft by the 6 bolts (16,18) of the hub in the conventional mounting. The plates (14,28) through which 6 bolts pass are bean slots 120). The hole of the 6th bolt (16),
situé le plus près de la pale, restera circulaire, sans modification. located closest to the blade, will remain circular, without modification.
Ce boulon (16) est dit: boulon-maitre de la pale choisie. Déserrant les 6 boulons (16,18), le Jeu de plaques (10) pourra être déplacé en rotation, autour du boulon-maitre, pour une augmentation de l'angle 0 de traînée d'environ 8 degrés. La pale travaille donc avec un nouvel This bolt (16) is said: bolt-master of the chosen blade. Loosening the 6 bolts (16, 18), the Plate Set (10) can be rotated around the master bolt for an increase in the drag angle 0 of about 8 degrees. The blade therefore works with a new
angle de 26 degrés, si besoin est.26 degree angle, if needed.
Aprés les essais en vol, et la mise au point de l'hélice, ces fentes doivent être bouchées par un matériau dur, pour assurer un After the flight tests, and the development of the propeller, these slots must be plugged with a hard material, to ensure
angle de trainée invariable après un choc (oiseau ou autre obstacle. invariable drag angle after impact (bird or other obstacle.
et5 utilisant cette nouveauté comme moyeu, de 1 à 6 pales identiques pourront Stre choisies pour l'hélice; toutefois l'utilisation de i ou 5 pales nécessitera un équilibrage. Chacune des pales (12) est équipée d'un Jeu de plaques (10) en forme de demi-haltère. Ces jeux, auto-déformables, sont montés interposés et échelonnés sur l'arbre (32) avec le tassement (34) coupé au fur à mesure. Donc chaque pale and, using this novelty as the hub, from 1 to 6 identical blades may be selected for the propeller; however, the use of 1 or 5 blades will require balancing. Each of the blades (12) is equipped with a set of plates (10) in the form of a half-dumbbell. These games, self-deformable, are mounted interposed and staggered on the shaft (32) with the settlement (34) cut as the measure. So every blade
est déplacée vers l'arrière par l'épaisseur d'au moins une seule pla- is moved backwards by the thickness of at least one
que: - Un déplacement d'environ 3 mm. voir jeu (36) sur la figure 2 that: - A displacement of about 3 mm. see game (36) in Figure 2
qui représente la pale (omise) opposée. Bien entendu, chaque jeu- which represents the opposite (omitted) blade. Of course, each game
moyeu aura besoin de son propre boulon-maitre (16). hub will need its own master bolt (16).
Les couches des plaques et des tassements forment'le moyeu, et sont tenues en sandwich entre le disque de montage du vilebrequin The layers of the plates and settlements form the hub, and are sandwiched between the crankshaft mounting disk
(32) et le disque du couple de traction(30). (32) and the traction torque disk (30).
4Auour de la saillJ en couches, entre le moyeu l10) et l'atta- 4For the projection in layers, between the hub l10) and the
chement de la pale (12), un maillon de serrage (-4) est installé, et the blade (12), a clamping link (-4) is installed, and
tenu, par 2 boulons (26). En serrant les couches ensemble, la sou- held by 2 bolts (26). By squeezing the layers together, the
plesse est effectivement limitée aux parties extérieures du maillon. plesse is actually limited to the outer parts of the link.
Déplacer le maillon (24) vers l'intérieur augmentera la flexibi- Moving the link (24) inward will increase the flexibility
lité. Dès que le maillon (24) est à proximité du moyeu (10), il de- ity. As soon as the link (24) is near the hub (10), it
vient inutile, et peut être enlevé. Pendant les essais, les dents sur comes useless, and can be removed. During the tests, the teeth on
la surface glissante de ce maillon (24), doivent bloquer sa position. the slippery surface of this link (24) must block its position.
Une fois la bonne position acquise, un troisième uoulon, de petite dimension, doit tre installé pour perforer le maillon-y-compris le jeu. Mais le moyen principal pour maitriser la flexibilité des ces Jeux déformables réside dans le choix des plaques. Interchangeables, plates et faciles à couper, ces plaques peuvent être en matériau composite, ajustables en longueur, épaisseur et largeur. Les plaques étant positionnées prés de l'axe de rotation, les erreurs de coupe et les équilibrages seront facilement rectifies. Apres ce travail d'installation dans le hangar, les modifications de la souplesse sont Once the good position is acquired, a third uoulon, of small size, must be installed to perforate the link-including the game. But the main way to master the flexibility of these deformable games lies in the choice of plates. Interchangeable, flat and easy to cut, these plates can be made of composite material, adjustable in length, thickness and width. Since the plates are positioned near the axis of rotation, cutting errors and balancing will be easily rectified. After this installation work in the hangar, the modifications of the flexibility are
toujours possibles dans le champ d'envol, par aJustement de la posi- always possible in the flight field, by adjusting the posi-
tion du maillon ou de l'angle de trainée variable. tion of the link or the variable drag angle.
bien visible lors du départ d'un hélicoptère, l'effet du cone sur le disque d'une hélice est très important pour la compréhension du principe décrit ci-dessous: clearly visible during the departure of a helicopter, the effect of the cone on the disk of a propeller is very important for understanding the principle described below:
Pour l'accélération au sol et le décollage, il n'y a que très. For ground acceleration and takeoff, there is only very much.
peu d'écoulement d'air. Le couple, à son maximum, fourni par le mo- little airflow. The couple, at its maximum, provided by the
teur, produit sur les extrémités des pales, un effet de "cone-age" tor, produces on the ends of the blades, a "cone-age" effect
vers l'avant. Ce faisant, l'angle d'incidence de la pale décroit. forward. In doing so, the angle of incidence of the blade decreases.
Mais, en vitesse de croisière, lorsque le moteur est réduit vers la moitié de son régime, l'opposé est à remarquer. ce "'cone-age"' est alors vers l'arrière de l'avion, poussé en effet par l'écoulement puissant de l'air. Ce mouvement vers l'arrière des bouts de pales, But at cruising speed, when the engine is reduced to half of its speed, the opposite is to be noticed. this "cone-age" is then towards the rear of the plane, pushed indeed by the powerful flow of the air. This movement towards the back of the blade tips,
se traduit par un plus grand angle d'incidence établi par la pale. results in a larger angle of incidence established by the blade.
Donc les pales fournissent une traction plus élevée pour un régime So the blades provide higher traction for a diet
du moteur.of the motor.
Dans un avion équipé d'un tel dispositif, le pilote a à sa dis- In an airplane equipped with such a device, the pilot has
position deux moyens pour changer l'angle d'incidence. Un changement position two means to change the angle of incidence. A change
immédiat peut être obtenu en modifiant le régime du moteur. Un chan- Immediate can be obtained by changing the engine speed. A change
gement légèrement retardé est obtenu par le contrMle de la vitesse: suivant un changement d'altitude rapide. De cette mLanière, les pales slightly delayed is achieved by speed control: following a rapid altitude change. In this way, the blades
s'ajustent automatiquement vers i'angle d incidence optimum, permet- automatically adjust to the optimum angle of incidence,
zant une meilleure efficacité, une économie non-nAgliieable et une vitesse de déplacement pus mportante. Cec_ correspond exactement aux avantages existants depuis un siècle, offert par une boite de vitesse d'automobile. En plus, cette percée technique introduit 3 it is more efficient, has a lower economy and a faster travel speed. This exactly matches the advantages that have existed for a century, offered by an automobile gearbox. In addition, this technical breakthrough introduces 3
avantages: boite de vitesse, boite de vitesse automatique pour ré- Advantages: gearbox, automatic gearbox to re-
suter sur une boite de vitesse à réglage variable: "variomatique'". S'adressant a la dynamique des fluides en général, ce mécanisme sweat on a variable speed gearbox: "variomatic '". Addressing fluid dynamics in general, this mechanism
dé'ormable pour les systèmes à rozor, a ce nombreuses autres applica- deformable for rozor systems, has many other applications
tions possibles, telles que 'a propulsion marine, les moteurs à reac- possible, such as marine propulsion, jet engines
teon ou les hélices motorisées par raction (prcp-ans). I1 et va de m me pour le pompage des gaz et des iiqu-des. A l'nverse, il est également possible d'utiliser cette invention dans la production teon or motor propellers by reaction (prcp-years). It is the same for the pumping of gases and liquids. On the other hand, it is also possible to use this invention in the production
d'énergie par le vent ou par l'eau. of energy by wind or water.
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1988
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- 1988-07-22 FR FR8810100A patent/FR2627149A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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