FR3113887A1 - Rotary wing aircraft with blade tip motorization and variable pitch - Google Patents

Abstract

Aéronef à voilure tournante comprenant un rotor (20) muni d’un moyeu (23) qui reçoit au moins une pale (21) entrainée en rotation par une hélice (22) motorisée positionnée à une extrémité libre de la pale (21) et mettant le rotor (20) en rotation autour d’un axe. Selon l’invention, la pale (21) est montée en liaison pivot avec le moyeu (23) de sorte que le pas de la pale (21) est modifiable, et en ce qu’un moteur (30) électrique est assujetti, d’une part à la pale (21) et, d’autre part au moyeu (23), le moteur (30) électrique étant relié à une unité de commande apte à piloter le moteur (30) électrique pour faire pivoter la pale (21) en fonction d’une consigne de pilotage de l’aéronef. Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Rotary wing aircraft comprising a rotor (20) provided with a hub (23) which receives at least one blade (21) driven in rotation by a motorized propeller (22) positioned at a free end of the blade (21) and putting the rotor (20) rotating around an axis. According to the invention, the blade (21) is mounted in pivotal connection with the hub (23) so that the pitch of the blade (21) is modifiable, and in that an electric motor (30) is secured, d 'on the one hand to the blade (21) and, on the other hand to the hub (23), the electric motor (30) being connected to a control unit capable of controlling the electric motor (30) to rotate the blade (21 ) depending on a piloting instruction for the aircraft. Figure for abstract: Fig. 2

Description

Aéronef à voilure tournante avec motorisation en bout de pales et à pas modifiableRotary wing aircraft with blade tip motorization and variable pitch

La présente invention se rapporte au domaine technique des aéronefs à voilure tournante avec motorisation en bout de pales, et concerne plus particulièrement un tel aéronef comprenant un dispositif de contrôle du pas de la ou des pales.The present invention relates to the technical field of rotary-wing aircraft with motorization at the blade tips, and relates more particularly to such an aircraft comprising a device for controlling the pitch of the blade or blades.

L’invention trouve une application avantageuse dans le domaine des aéronefs sans pilote, communément appelé « drones ».The invention finds an advantageous application in the field of unmanned aircraft, commonly called “drones”.

Art antérieurPrior art

Sur un aéronef à voilure tournante, pour se mouvoir dans une direction ou tout simplement pour résister au vent, il faut pouvoir incliner cycliquement et/ou collectivement le ou les pales dans la direction voulue.On a rotary-wing aircraft, in order to move in one direction or quite simply to resist the wind, it is necessary to be able to tilt the blade or blades cyclically and/or collectively in the desired direction.

Pour ce faire, différents mécanismes existent, comme les plateaux cycliques utilisés pour les hélicoptères. Un plateau cyclique est très réactif car il permet l’inclinaison cyclique de chacune des pales mais a l’inconvénient d’être lourd, très cher à l’entretien et très compliqué.To do this, different mechanisms exist, such as the swashplates used for helicopters. A swashplate is very reactive because it allows the cyclic inclination of each of the blades but has the disadvantage of being heavy, very expensive to maintain and very complicated.

Le demandeur est titulaire du brevet FR3075758 décrivant un aéronef à voilure tournante avec motorisation en bout de pale, et utilisant un procédé permettant d’agir distinctement sur l’intensité des tourbillons marginaux générés aux extrémités des pales, pour ainsi aggraver ou contrecarrer sélectivement les effets des tourbillons marginaux et donc diminuer ou augmenter sélectivement la force de portance et/ou la traînée exercée aux extrémités des pales et provoquer un mouvement de basculement de l’aéronef.The applicant is the holder of patent FR3075758 describing a rotary-wing aircraft with motorization at the tip of the blade, and using a process making it possible to act distinctly on the intensity of the marginal vortices generated at the tips of the blades, in order to thus aggravate or selectively counteract the effects marginal vortices and therefore selectively decrease or increase the lift force and/or the drag exerted at the ends of the blades and cause a tilting movement of the aircraft.

Ce procédé donne entière satisfaction en termes de contrôle de l’aéronef, mais peut être amélioré en termes de réactivité et de puissance dans les manœuvres, ainsi qu’en termes de résistance à des vents puissants.This process is entirely satisfactory in terms of controlling the aircraft, but can be improved in terms of responsiveness and power in maneuvers, as well as in terms of resistance to strong winds.

Le but de l’invention est donc de fournir un aéronef à voilure tournante avec motorisation en bout de pales dont le contrôle est amélioré en termes de réactivité et de puissance dans les manœuvres, ainsi qu’en termes de résistance à des vents puissants.The object of the invention is therefore to provide a rotary-wing aircraft with blade tip motorization whose control is improved in terms of responsiveness and power in maneuvers, as well as in terms of resistance to powerful winds.

À cet effet, il a été mis au point un aéronef à voilure tournante comprenant au moins un rotor, et de préférence un stator, avec le rotor monté en liaison pivot sur le stator. Le rotor est muni d’un moyeu qui reçoit au moins une pale entraînée en rotation par une hélice motorisée positionnée à une extrémité libre de la pale et mettant le rotor en rotation autour d’un axe, et notamment par rapport au stator.For this purpose, a rotary-wing aircraft has been developed comprising at least one rotor, and preferably a stator, with the rotor mounted in pivot connection on the stator. The rotor is provided with a hub which receives at least one blade driven in rotation by a motorized propeller positioned at a free end of the blade and putting the rotor in rotation around an axis, and in particular with respect to the stator.

Selon l’invention, la pale est montée en liaison pivot avec le moyeu de sorte que le pas de la pale est modifiable, et en ce qu’un moteur électrique est assujetti d’une part à la pale et d’autre part au moyeu, le moteur électrique étant relié à une unité de commande, de préférence embarquée par le rotor, apte à piloter le moteur électrique pour faire pivoter la pale en fonction d’une consigne de pilotage de l’aéronef.According to the invention, the blade is mounted in pivot connection with the hub so that the pitch of the blade can be modified, and in that an electric motor is attached on the one hand to the blade and on the other hand to the hub , the electric motor being connected to a control unit, preferably onboard by the rotor, able to control the electric motor to cause the blade to pivot according to an aircraft control instruction.

De cette manière, il est possible de modifier le pas cyclique de chacune des pales exactement comme le ferait un plateau cyclique, et aussi efficacement. Ainsi, le contrôle de l’aéronef selon l’invention est réactif, puissant dans ses manœuvres, résistant à des vents puissants. Néanmoins, et de manière avantageuse la mécanique mise en œuvre est beaucoup plus simple puisque chaque pale dispose de son propre moteur électrique. La solution proposée est donc beaucoup plus légère, facile à mettre en œuvre et à entretenir.In this way, it is possible to modify the cyclic pitch of each of the blades exactly as a swashplate would, and just as efficiently. Thus, the control of the aircraft according to the invention is reactive, powerful in its maneuvers, resistant to strong winds. Nevertheless, and advantageously, the mechanics implemented are much simpler since each blade has its own electric motor. The proposed solution is therefore much lighter, easier to implement and maintain.

Selon une forme de réalisation particulière, le moteur électrique est assujetti à la pale et au moyeu par l’intermédiaire d’éléments de réduction cinématique, tels que des poulies ou des engrenages. Ainsi il est possible d’adapter les caractéristiques de vitesse et de couple du moteur aux besoins de l’application.According to a particular embodiment, the electric motor is secured to the blade and to the hub by means of kinematic reduction elements, such as pulleys or gears. Thus it is possible to adapt the speed and torque characteristics of the motor to the needs of the application.

De préférence, le moteur de l’hélice et la pale sont solidaires en pivotement lorsque le pas est modifié. Ainsi le montage du moteur et de son hélice à l’extrémité de la pale est également simplifié.Preferably, the motor of the propeller and the blade are integral in pivoting when the pitch is changed. Thus the assembly of the engine and its propeller at the end of the blade is also simplified.

Selon des formes de réalisation particulières, le moteur électrique est solidaire du moyeu ou de la pale et comprend un arbre de sortie équipé d’un pignon coopérant avec un pignon secondaire solidaire de la pale ou du moyeu. Cela permet de faciliter le montage de ces éléments.According to particular embodiments, the electric motor is fixed to the hub or to the blade and comprises an output shaft equipped with a pinion cooperating with a secondary pinion fixed to the blade or to the hub. This facilitates the assembly of these elements.

Dans cette forme de réalisation, le pignon secondaire solidaire de la pale se présente par exemple sous la forme d’une bague comprenant une portion annulaire dentée, fixée autour d’une extrémité d’un tube traversant et solidaire de la pale. De la sorte, le pignon peut être fixé par serrage sur le tube, évitant ainsi la fragilisation qu’auraient entraîné par exemple des perçages pour fixation par vis ou par goupille.In this embodiment, the secondary pinion secured to the blade is for example in the form of a ring comprising a toothed annular portion, fixed around one end of a through tube and secured to the blade. In this way, the pinion can be fixed by tightening on the tube, thus avoiding the embrittlement that would have caused, for example, holes for fixing by screw or pin.

Dans un mode de réalisation particulier, la bague comprend des portées de roulement et est reçue dans un boitier de roulement. Cela permet d’avoir une conception compacte et robuste, limitant le nombre de pièces mises en jeu.In a particular embodiment, the ring comprises bearing surfaces and is received in a bearing housing. This allows for a compact and robust design, limiting the number of parts involved.

Avantageusement, les portées de roulement sont positionnées de part et d’autre de la portion dentée et le boitier de roulement comprend une fenêtre latérale en communication avec la portion dentée dans laquelle s’engage le pignon de l’arbre de sortie du moteur. Cela augmente encore la robustesse de l’assemblage, car l’effort soumis par la roue dentée n’est pas en porte à faux par rapport au boîtier de roulement. La compacité est également améliorée car l’assemblage est moins long.Advantageously, the bearing seats are positioned on either side of the toothed portion and the bearing housing comprises a side window in communication with the toothed portion in which the pinion of the motor output shaft engages. This further increases the robustness of the assembly, as the force exerted by the gear wheel is not cantilevered from the bearing housing. Compactness is also improved because assembly takes less time.

Dans ce mode de réalisation, le boitier se présente par exemple sous la forme de deux demi-boîtiers, dont un premier demi-boîtier est fixé au moyeu par l’intermédiaire d’une platine et un deuxième demi-boîtier reçoit le moteur. Cela permet un montage et un entretien du boîtier et des composants facilités.In this embodiment, the housing is for example in the form of two half-housings, of which a first half-housing is fixed to the hub by means of a plate and a second half-housing receives the motor. This allows easy assembly and maintenance of the housing and components.

Avantageusement, des connectiques d’alimentation et de pilotage des hélices traversent la pale à l’intérieur du tube. Les connectiques d’alimentation et de pilotage sont ainsi protégées.Advantageously, propeller power and control connectors pass through the blade inside the tube. The power supply and control connectors are thus protected.

Dans un mode de réalisation particulier, l’aéronef comprend au moins un rotor secondaire monté en liaison pivot sur le rotor, le rotor secondaire étant muni d’au moins une pale entrainée en rotation par une hélice positionnée à une extrémité libre de la pale. Cette construction permet notamment de maximiser la portance de l’aéronef sans augmenter son diamètre.In a particular embodiment, the aircraft comprises at least one secondary rotor mounted in pivot connection on the rotor, the secondary rotor being provided with at least one blade driven in rotation by a propeller positioned at a free end of the blade. This construction makes it possible in particular to maximize the lift of the aircraft without increasing its diameter.

la figure 1 est une vue d’ensemble en perspective d’un aéronef selon l’invention. FIG. 1 is an overall perspective view of an aircraft according to the invention.

la figure 2 et une vue de détail en perspective d’un premier mode de réalisation de la liaison pivot entre la pale et le moyeu, et montrant le moteur électrique. FIG. 2 is a perspective detail view of a first embodiment of the pivot connection between the blade and the hub, and showing the electric motor.

La figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 2, montrant que la pale a pivoté par rapport à une position nominale. Figure 3 is a view similar to that of Figure 2, showing that the blade has pivoted relative to a nominal position.

La figure 4 est une vue de détail en perspective d’un autre mode de réalisation de la liaison pivot entre la pale et le moyeu, et montrant un moteur électrique. Figure 4 is a perspective detail view of another embodiment of the pivot connection between the blade and the hub, and showing an electric motor.

La figure 5 est une vue similaire à la figure 4 en coupe partielle. Figure 5 is a view similar to Figure 4 in partial section.

La figure 6 est une vue d’ensemble en perspective d’un mode de réalisation particulier d’un aéronef selon l’invention comprenant deux rotors. FIG. 6 is an overall perspective view of a particular embodiment of an aircraft according to the invention comprising two rotors.

Description détaillée de l’inventionDetailed description of the invention

La figure 1 décrit un aéronef comprenant un stator (10) et un rotor (20). Le stator (10) permet à l’aéronef de se poser sur le sol, au moyen de pieds. Le nombre de pied peut être variable mais dans un mode de réalisation préféré il y en a trois. Le stator (10) peut également servir à embarquer des équipements non représentés, qui peuvent être par exemple une caméra, un appareil photo, un radar ou tout autre équipement pouvant servir par exemple à faire de l’acquisition de données. Il peut également s’agir d’un objet que l’aéronef doit transporter d’un premier lieu vers un deuxième lieu. D’autre charges à transporter peuvent être envisagées sans que cela ne sorte du cadre de l’invention.Figure 1 describes an aircraft comprising a stator (10) and a rotor (20). The stator (10) allows the aircraft to land on the ground, by means of feet. The number of feet can be variable but in a preferred embodiment there are three. The stator (10) can also be used to embed equipment not shown, which can be for example a camera, a camera, a radar or any other equipment that can be used for example to acquire data. It can also be an object that the aircraft must transport from a first place to a second place. Other loads to be transported can be envisaged without departing from the scope of the invention.

Le rotor (20) est monté en liaison pivot sur le stator (10), c’est-à-dire qu’il tourne autour d’un axe vertical. Dans un mode de réalisation préféré cette liaison pivot est réalisée selon des moyens connus tels que des roulements à billes ou des paliers lisses par exemple, et le rotor (20) tourne librement par rapport au stator (10).The rotor (20) is pivotally mounted on the stator (10), i.e. it rotates around a vertical axis. In a preferred embodiment, this pivot connection is made using known means such as ball bearings or plain bearings, for example, and the rotor (20) rotates freely relative to the stator (10).

Le rotor (20) est muni d’un moyeu (23) qui reçoit au moins une pale (21), et dans un mode de réalisation préféré trois pales (21). Chacune des pales (21) comporte à son extrémité libre un moteur non légendé qui entraîne une hélice (22).The rotor (20) is provided with a hub (23) which receives at least one blade (21), and in a preferred embodiment three blades (21). Each of the blades (21) has at its free end an unlabeled motor which drives a propeller (22).

C’est la rotation de cette hélice (22) qui met la pale (21) en mouvement et fait donc tourner le rotor (20). Lorsque la vitesse de rotation du rotor (20) est suffisante, la portance conférée par chacune des pales (21) permet alors à l’aéronef de décoller et d’entamer son vol. La vitesse de rotation du rotor (20) de l’aéronef selon l’invention est généralement de l’ordre de 2 à 4 tours par seconde. Bien entendu, étant donné que la rotation du rotor (20) est réalisée par l’intermédiaire de l’hélice (22), la présence du stator (10) n’est pas essentielle.It is the rotation of this propeller (22) which sets the blade (21) in motion and therefore turns the rotor (20). When the speed of rotation of the rotor (20) is sufficient, the lift conferred by each of the blades (21) then allows the aircraft to take off and begin its flight. The speed of rotation of the rotor (20) of the aircraft according to the invention is generally of the order of 2 to 4 revolutions per second. Of course, given that the rotation of the rotor (20) is carried out by means of the propeller (22), the presence of the stator (10) is not essential.

Chacune des pales (21) est montée en liaison pivot avec le moyeu (23) de sorte que le pas de la pale (21) est modifiable. En d’autres termes, chaque pale (21) peut pivoter autour de son axe longitudinal. Chacune des pales (21) possède un pas qui lui confère des caractéristiques aérodynamiques. Afin de piloter l’aéronef lors de son vol, il est intéressant de pouvoir modifier le pas des pales. Cette modification peut être constante sur tout le cycle de rotation de la pale autour de l’axe pivot du rotor et on parle alors de pas collectif, ou alors cette modification peut être fonction de la position angulaire de la pale et on parle alors de pas cyclique.Each of the blades (21) is mounted in pivot connection with the hub (23) so that the pitch of the blade (21) can be modified. In other words, each blade (21) can pivot around its longitudinal axis. Each of the blades (21) has a pitch which gives it aerodynamic characteristics. In order to pilot the aircraft during its flight, it is interesting to be able to modify the pitch of the blades. This modification can be constant over the entire rotation cycle of the blade around the pivot axis of the rotor and we then speak of collective pitch, or this modification can be a function of the angular position of the blade and we then speak of pitch. cyclic.

La modification du pas collectif permet de faire monter ou descendre l’aéronef sans modifier la vitesse de rotation du rotor (20).The modification of the collective pitch makes it possible to make the aircraft climb or descend without modifying the speed of rotation of the rotor (20).

La modification du pas cyclique permet de faire basculer et translater horizontalement l’aéronef, ou de garder sa position stable par rapport au sol s’il y a un vent horizontal. Le pas est dit cyclique dans la mesure où le pas est modifié au cours du cycle de rotation de la pale (21) : la valeur du pas est fonction de la position angulaire de la pale (21) par rapport au stator (10). Il est évident que le mécanisme de gestion du pas cyclique doit être suffisamment réactif pour pivoter la pale (21) et régler son pas à une cadence au moins égale à la vitesse de rotation du rotor (20).Changing the cyclic pitch allows the aircraft to tilt and translate horizontally, or to keep its position stable relative to the ground if there is a horizontal wind. The pitch is said to be cyclic insofar as the pitch is modified during the rotation cycle of the blade (21): the value of the pitch is a function of the angular position of the blade (21) with respect to the stator (10). It is obvious that the cyclic pitch management mechanism must be sufficiently responsive to pivot the blade (21) and adjust its pitch at a rate at least equal to the speed of rotation of the rotor (20).

La faible vitesse de rotation du rotor (20) de l’aéronef selon l’invention par rapport à l’art antérieur permet d’envisager l’utilisation d’un moteur (30) électrique pour assurer la fonction de réglage du pas de la pale (21). Ce moteur (30) électrique est assujetti, d’une part à la pale (21) et, d’autre part au moyeu (23) et peut par exemple être un servomoteur ou un moteur sans balai dit « brushless » en anglais.The low speed of rotation of the rotor (20) of the aircraft according to the invention compared to the prior art makes it possible to envisage the use of an electric motor (30) to ensure the function of adjusting the pitch of the blade (21). This electric motor (30) is subject, on the one hand to the blade (21) and, on the other hand to the hub (23) and can for example be a servomotor or a brushless motor called “brushless” in English.

Ce moteur (30) est relié à, et piloté par, une unité de commande qui est de préférence embarquée par le rotor (20). Cette unité utilise notamment des informations issues de moyens de calcul de la vitesse de rotation du rotor (20), des moyens de détermination de la position instantanée du stator (10). Si cette unité n’est pas en mesure de faire ces calculs elle-même, ces moyens peuvent être des capteurs embarqués par l’aéronef, par exemple des accéléromètres, des gyromètres, des magnétomètres, des capteurs GPS, des capteurs de position angulaire optiques ou magnétiques dits codeurs.This motor (30) is connected to, and driven by, a control unit which is preferably on board the rotor (20). This unit notably uses information from means for calculating the speed of rotation of the rotor (20), means for determining the instantaneous position of the stator (10). If this unit is unable to perform these calculations itself, these means may be sensors on board the aircraft, for example accelerometers, gyrometers, magnetometers, GPS sensors, optical angular position sensors or magnetic encoders.

Dans un mode de réalisation préféré, les accéléromètres, gyromètres et magnétomètres sont réunis au sein d’une centrale inertielle. Ces capteurs sont disposés à différents endroits de l’aéronef afin de pouvoir connaître entre autres la vitesse de rotation exacte du rotor (20) par rapport à un référentiel terrestre et par rapport au stator (10), le cap du stator (10).In a preferred embodiment, the accelerometers, gyrometers and magnetometers are combined within an inertial unit. These sensors are arranged at different locations in the aircraft in order to be able to know, among other things, the exact rotational speed of the rotor (20) relative to a terrestrial reference and relative to the stator (10), the heading of the stator (10).

Dans un mode de réalisation préféré, cette unité envoie au moteur (30) ses commandes selon une technique de modulation de largeur d'impulsions, mais tout autre moyen adapté peut être utilisé, comme par exemple des commandes sur bus dédié type bus CAN (Controller Area Network - en anglais).In a preferred embodiment, this unit sends its commands to the motor (30) using a pulse width modulation technique, but any other suitable means can be used, such as for example commands on a dedicated CAN bus type bus (Controller Area Network - in English).

L’unité de commande est également apte à recevoir des consignes issues par exemple d’un automate programmable pour lequel un itinéraire à suivre par l’aéronef aurait été programmé, ou encore par un opérateur à distance pilotant l’aéronef. Dans ce cas la communication entre une télécommande manipulée par l’opérateur et l’aéronef se fait par radiofréquences, par Bluetooth, par wifi ou par tout autre moyen de communication et de fréquence adapté.The control unit is also capable of receiving instructions from, for example, a programmable automaton for which a route to be followed by the aircraft has been programmed, or even by a remote operator piloting the aircraft. In this case, the communication between a remote control manipulated by the operator and the aircraft is done by radio frequencies, by Bluetooth, by wifi or by any other suitable means of communication and frequency.

La figure 2 illustre la liaison entre la pale (21) et le moyeu (23) selon un premier mode de réalisation. Cette liaison pivot peut être réalisée à l’aide de tout moyen adapté comme des roulements, des bagues ou des paliers. Au niveau de cette liaison se trouve le moteur (30) électrique, qui est assujetti d’une part à la pale (21) et, d’autre part au moyeu (23). Dans le mode de réalisation illustré, la partie fixe du moteur (30) est montée sur le moyeu (23), et l’arbre de sortie du moteur (30) entraîne un pignon (31). Ce pignon (31) engrène avec un pignon secondaire (26) qui solidaire de la pale (21). Sans sortir du cadre de l’invention, il est envisageable de monter le moteur (30) sur la pale (21) de sorte que le pignon (31) engrène avec un pignon secondaire (26) qui serait solidaire du moyeu (23).Figure 2 illustrates the connection between the blade (21) and the hub (23) according to a first embodiment. This pivot connection can be made using any suitable means such as bearings, rings or bearings. At this connection is the electric motor (30), which is attached on the one hand to the blade (21) and, on the other hand to the hub (23). In the illustrated embodiment, the fixed part of the motor (30) is mounted on the hub (23), and the output shaft of the motor (30) drives a pinion (31). This pinion (31) meshes with a secondary pinion (26) which is integral with the blade (21). Without departing from the scope of the invention, it is possible to mount the motor (30) on the blade (21) so that the pinion (31) meshes with a secondary pinion (26) which would be integral with the hub (23).

En lieu et place des pignons (26, 31), le concepteur peut choisir d’utiliser d’autres moyens de transmission tels que des poulies par exemple ou un système à courroie. Il peut également adapter les moyens de transmission afin de disposer d’une réduction cinématique, et ainsi adapter les caractéristiques de couple et vitesses disponibles en sortie du moteur (30) aux efforts et accélérations nécessaires pour actionner la pale (21). Cela permet également de choisir ou d’adapter le moteur (30) à monter sur l’aéronef.Instead of sprockets (26, 31), the designer can choose to use other means of transmission such as pulleys for example or a belt system. It can also adapt the means of transmission in order to have a kinematic reduction, and thus adapt the characteristics of torque and speeds available at the output of the motor (30) to the forces and accelerations necessary to actuate the blade (21). This also makes it possible to choose or adapt the engine (30) to be mounted on the aircraft.

Le concepteur peut également choisir de monter le moteur (30) en prise directe avec la pale (21), c’est-à-dire sans utiliser de moyens de transmission tels que des pignons ou des courroies. L’économie de pièces réalisées se fait par contre au détriment de la liberté de choix du moteur (30).The designer can also choose to mount the motor (30) in direct contact with the blade (21), that is to say without using transmission means such as sprockets or belts. On the other hand, the saving in parts produced is to the detriment of the freedom of choice of the motor (30).

Sur cette figure 2, la pale (21) est dans une position nominale permettant à l’aéronef d’avoir un vol stationnaire par vent nul.In this figure 2, the blade (21) is in a nominal position allowing the aircraft to hover in zero wind.

La figure 3 montre la pale (21) dont le pas a été augmenté par la rotation du moteur (30). Si le pas de toutes les pales (21) est ainsi augmenté collectivement, alors l’aéronef monte. Si le pas des pales (21) est ainsi augmenté de façon cyclique, par exemple sur le côté droit de l’aéronef, alors la portance du rotor (20) est plus grande sur le côté droit de l’aéronef. L’aéronef n’est plus horizontal : il bascule vers la gauche et entame une translation.Figure 3 shows the blade (21) whose pitch has been increased by the rotation of the motor (30). If the pitch of all the blades (21) is thus increased collectively, then the aircraft climbs. If the pitch of the blades (21) is thus increased cyclically, for example on the right side of the aircraft, then the lift of the rotor (20) is greater on the right side of the aircraft. The aircraft is no longer horizontal: it tilts to the left and begins a translation.

Si l’aéronef est soumis à un vent horizontal, une telle manœuvre lui permet de résister au vent et de maintenir sa position stationnaire en vol.If the aircraft is subjected to a horizontal wind, such a maneuver allows it to resist the wind and maintain its stationary position in flight.

De façon analogue, le moteur (30) peut tourner dans l’autre sens et diminuer le pas de la pale (21) par rapport à sa position nominale.Similarly, the motor (30) can rotate in the other direction and reduce the pitch of the blade (21) relative to its nominal position.

Dans tous les cas, le moteur (30), piloté par l’unité de commande, est capable de modifier le pas de la pale (21) et de le ramener ensuite à sa position nominale en cohérence avec la vitesse de rotation du rotor (20).In all cases, the motor (30), controlled by the control unit, is able to modify the pitch of the blade (21) and then bring it back to its nominal position in coherence with the speed of rotation of the rotor ( 20).

Les figures 4 et 5 illustrent un deuxième mode de réalisation dans lequel la liaison pivot entre la pale (21) et le moyeu (23) se fait au moyen d’un boîtier de roulements constitué par deux demi-boîtiers (27, 28).Figures 4 and 5 illustrate a second embodiment in which the pivot connection between the blade (21) and the hub (23) is made by means of a bearing housing consisting of two half-housings (27, 28).

Dans ce mode de réalisation, le pignon secondaire (26) de la pale (21) prend la forme d’une bague munie d’une portion annulaire dentée (261), et présentant à ses extrémités des portées de roulements. De préférence, ce pignon (26) est alors fixé à un tube (25) qui est solidaire de la pale (21), et qui forme donc l’axe de pivotement de la pale (21). Par tube, on entend tout type d’élément s’étendant longitudinalement et à section creuse. Il pourrait notamment être utilisé un rail à section en « U » sans sortir du cadre de l’invention.In this embodiment, the secondary pinion (26) of the blade (21) takes the form of a ring provided with a toothed annular portion (261), and having bearing surfaces at its ends. Preferably, this pinion (26) is then fixed to a tube (25) which is integral with the blade (21), and which therefore forms the pivot axis of the blade (21). By tube, we mean any type of element extending longitudinally and having a hollow section. It could in particular be used a section rail in "U" without departing from the scope of the invention.

Cette fixation se fait par serrage au moyen d’un collier (262) par exemple, d’au moins une vis de pression, ou d’un secteur fendu à l’instar d’une bague d’arrêt fendue. Il est par ailleurs envisageable de le fixer au moyen d’une goupille, par exemple élastique traversant de part en part le tube (25) et le pignon (26) mais cela pourrait fragiliser le tube (25).This fixing is done by tightening by means of a collar (262) for example, of at least one pressure screw, or of a split sector like a split stop ring. It is also possible to fix it by means of a pin, for example elastic crossing right through the tube (25) and the pinion (26) but this could weaken the tube (25).

Des roulements (29) sont montés sur les portées adéquates du pignon (26) et coopèrent en rotation avec les demi-boîtiers (27, 28). Un tel assemblage permet d’avoir un boîtier facile à monter et à démonter, notamment pour la maintenance.Bearings (29) are mounted on the appropriate bearing surfaces of the pinion (26) and cooperate in rotation with the half-housings (27, 28). Such an assembly makes it possible to have a housing that is easy to assemble and disassemble, especially for maintenance.

Avantageusement, la portion annulaire dentée (261) est située entre les deux portées des roulements (29). Un des deux demis-boîtiers, ici le demi-boîtier (28), est alors pourvu d’une fenêtre latérale (281) en regard de la portion dentée (261), de façon à ce qu’il soit traversé par le pignon (31) et que celui-ci puisse coopérer avec la portion (261).Advantageously, the toothed annular portion (261) is located between the two bearing surfaces (29). One of the two half-housings, here the half-housing (28), is then provided with a side window (281) facing the toothed portion (261), so that it is crossed by the pinion ( 31) and that it can cooperate with the portion (261).

Le boitier ainsi obtenu est particulièrement compact et robuste, l’effort transmis par le pignon (31) n’étant plus en porte-à-faux par rapport aux roulements (29). L’encombrement axial ainsi que la masse de l’assemblage sont également optimisés.The box thus obtained is particularly compact and robust, the force transmitted by the pinion (31) no longer being cantilevered with respect to the bearings (29). The axial size as well as the mass of the assembly are also optimized.

Dans ce mode de réalisation, le premier demi-boîtier (27) est fixé sur une platine (24) destinée à être montée sur le moyeu (23). Le deuxième demi-boîtier (28) reçoit quant à lui le moteur (30), fixé par exemple au moyen de vis. La conception de la platine (24) permet son montage et son démontage aisé du moyeu (23), cette platine (24) présentant à sa base des formes géométriques telles que des encoches guidant son montage sur le moyeu (23). Il peut également être envisagé ainsi une fixation par encliquetage de la platine (24) sur le moyeu (23).In this embodiment, the first half-housing (27) is fixed on a plate (24) intended to be mounted on the hub (23). The second half-housing (28) for its part receives the motor (30), fixed for example by means of screws. The design of the plate (24) allows its easy mounting and dismounting from the hub (23), this plate (24) having at its base geometric shapes such as notches guiding its mounting on the hub (23). It can also be envisaged thus a fixing by snap-fastening of the plate (24) on the hub (23).

L’utilisateur obtient ainsi un ensemble platine (24), boîtier (27, 28), moteur (30) et pale (21) facilement démontable du moyeu (23), ce qui permet non seulement un transport aisé de l’aéronef avec ses pales (21) démontées, mais également un dépannage facilité sur le site d’utilisation de l’aéronef. En effet, en cas de défaillance d’un des éléments, un ensemble de rechange comprenant entre autres les pièces (21, 24, 27, 28, 30) prêt à l’emploi peut remplacer l’ensemble défectueux en attente de sa réparation ultérieure.The user thus obtains a plate (24), housing (27, 28), motor (30) and blade (21) assembly which can be easily removed from the hub (23), which not only allows easy transport of the aircraft with its blades (21) removed, but also easier troubleshooting on the site of use of the aircraft. Indeed, in the event of failure of one of the elements, a spare assembly comprising, among other things, the parts (21, 24, 27, 28, 30) ready for use can replace the defective assembly pending its subsequent repair. .

Bien entendu un connecteur rapide est disposé à cet effet sur la connectique afin de pouvoir débrancher facilement les câbles d’alimentation et de pilotage reliant notamment l’hélice (22) et le moteur (30) à l’unité de commande ainsi qu’au stockage d’énergie placés sur le moyeu (23).Of course, a quick connector is arranged for this purpose on the connectors in order to be able to easily disconnect the power and control cables connecting in particular the propeller (22) and the motor (30) to the control unit as well as to the energy storage placed on the hub (23).

Dans un but de simplification, l’hélice (22) est solidaire de la pale (21) à son extrémité libre, de sorte que lorsque le pas de la pale (21) est modifié, l’hélice (22) pivote avec la pale (21). Cette construction est bien sûr économe en pièces et est donc légère et peu onéreuse.For the purpose of simplification, the propeller (22) is integral with the blade (21) at its free end, so that when the pitch of the blade (21) is modified, the propeller (22) pivots with the blade. (21). This construction is of course economical in parts and is therefore light and inexpensive.

Cependant le concepteur peut regretter que l’axe de l’hélice (22) n’est alors plus parfaitement orthogonal à l’axe du pivot entre le rotor (20) et le stator (10), ce qui fait donc perdre à l’hélice (22) de sa performance pour entraîner le rotor (20). De façon non représentée, ce gaspillage d’énergie peut être évité en rajoutant des pièces nécessaires fixées sur la platine (24) et traversant par exemple le tube (25). De cette façon l’hélice (22) serait fixe par rapport à la platine (24) et resterait en permanence orthogonale à l’axe pivot entre le rotor (20 et le stator (10), alors que la pale (21) serait, elle, orientable par l’intermédiaire du tube (25).However, the designer may regret that the axis of the propeller (22) is then no longer perfectly orthogonal to the axis of the pivot between the rotor (20) and the stator (10), which therefore causes the propeller (22) of its performance to drive the rotor (20). In a manner not shown, this waste of energy can be avoided by adding the necessary parts fixed on the plate (24) and crossing for example the tube (25). In this way the propeller (22) would be fixed relative to the plate (24) and would remain permanently orthogonal to the pivot axis between the rotor (20 and the stator (10), while the blade (21) would be, it, adjustable via the tube (25).

Avantageusement, le tube (25) permet de faire passer les connectiques nécessaires à l’alimentation et au pilotage de l’hélice (22) de sorte que celles-ci soient protégées.Advantageously, the tube (25) makes it possible to pass the connectors necessary for the supply and control of the propeller (22) so that these are protected.

La figure 6 illustre un mode de réalisation particulier, où l’aéronef comprend un rotor secondaire (20a) à l’instar du rotor (20). Ce rotor secondaire (20a) est monté en liaison pivot avec le rotor (20). Cette construction permet de maximiser la portance de l’aéronef sans augmenter son diamètre. Ceci peut être nécessaire lorsqu’il s’agit d’embarquer des charges lourdes ou de résister à des vents importants. De manière avantageuse ce rotor secondaire (20a) tourne en sens opposé au rotor (20), de façon à ce que les couples de frottements résiduels des rotors (20, 20a) induits au stator (10) soient opposés.FIG. 6 illustrates a particular embodiment, where the aircraft comprises a secondary rotor (20a) like the rotor (20). This secondary rotor (20a) is mounted in pivot connection with the rotor (20). This construction maximizes the lift of the aircraft without increasing its diameter. This may be necessary when it comes to carrying heavy loads or resisting high winds. Advantageously, this secondary rotor (20a) rotates in the opposite direction to the rotor (20), so that the residual friction couples of the rotors (20, 20a) induced on the stator (10) are opposite.

Par ailleurs, l’aéronef peut être conformé différemment des figures 1 à 6 sans sortir du cadre de l’invention, qui est défini par les revendications.Furthermore, the aircraft can be configured differently from FIGS. 1 to 6 without departing from the scope of the invention, which is defined by the claims.

En outre, les caractéristiques techniques des différents modes de réalisation et variantes mentionnés ci-dessus peuvent être, en totalité ou pour certaines d’entre elles, combinées entre elles. Ainsi, l’aéronef peut être adapté en termes de coût, de fonctionnalités et de performance.In addition, the technical characteristics of the various embodiments and variants mentioned above can be, in whole or for some of them, combined with each other. Thus, the aircraft can be adapted in terms of cost, functionality and performance.

Claims (10)

Aéronef à voilure tournante comprenant au moins un rotor (20) muni d’un moyeu (23) qui reçoit au moins une pale (21) entrainée en rotation par une hélice (22) motorisée positionnée à une extrémité libre de la pale (21) et mettant le rotor (20) en rotation autour d’un axe, caractérisé en ce que la pale (21) est montée en liaison pivot avec le moyeu (23) de sorte que le pas de la pale (21) est modifiable, et en ce qu’un moteur (30) électrique est assujetti, d’une part à la pale (21) et, d’autre part au moyeu (23), le moteur (30) électrique étant relié à une unité de commande apte à piloter le moteur (30) électrique pour faire pivoter la pale (21) en fonction d’une consigne de pilotage de l’aéronef.Rotary-wing aircraft comprising at least one rotor (20) provided with a hub (23) which receives at least one blade (21) driven in rotation by a motorized propeller (22) positioned at a free end of the blade (21) and putting the rotor (20) in rotation about an axis, characterized in that the blade (21) is mounted in pivot connection with the hub (23) so that the pitch of the blade (21) can be modified, and in that an electric motor (30) is fastened, on the one hand to the blade (21) and, on the other hand to the hub (23), the electric motor (30) being connected to a control unit capable of controlling the electric motor (30) to cause the blade (21) to pivot according to an instruction for piloting the aircraft. Aéronef selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moteur (30) électrique est assujetti à la pale (21) et au moyeu (23) par l’intermédiaire d’éléments de réduction cinématique, tels que des poulies ou des engrenages.Aircraft according to Claim 1, characterized in that the electric motor (30) is secured to the blade (21) and to the hub (23) by means of kinematic reduction elements, such as pulleys or gears. Aéronef selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que l’hélice (22) et la pale (21) sont solidaires en pivotement lorsque le pas est modifié.Aircraft according to one of the preceding claims, characterized in that the propeller (22) and the blade (21) are integral in pivoting when the pitch is modified. Aéronef selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que le moteur (30) électrique est solidaire du moyeu (23) ou de la pale (21) et comprend un arbre de sortie équipé d’un pignon (31) coopérant avec un pignon secondaire (26) solidaire de la pale (21) ou du moyeu (23).Aircraft according to one of the preceding claims, characterized in that the electric motor (30) is integral with the hub (23) or with the blade (21) and comprises an output shaft equipped with a pinion (31) cooperating with a pinion secondary (26) integral with the blade (21) or the hub (23). Aéronef selon la revendication 4 caractérisé en ce que le pignon secondaire (26) solidaire de la pale (21) se présente sous la forme d’une bague comprenant une portion annulaire dentée (261), fixée autour d’une extrémité d’un tube (25) traversant et solidaire de la pale (21).Aircraft according to Claim 4, characterized in that the secondary pinion (26) integral with the blade (21) is in the form of a ring comprising a toothed annular portion (261), fixed around one end of a tube (25) crossing and integral with the blade (21). Aéronef selon la revendication 5 caractérisé en ce que la bague (26) comprend des portées de roulement et est reçue dans un boitier de roulement (27, 28).Aircraft according to Claim 5, characterized in that the ring (26) comprises bearing surfaces and is received in a bearing housing (27, 28). Aéronef selon la revendication 6 caractérisé en ce que les portées de roulement sont positionnées de part et d’autre de la portion dentée (261) et le boitier de roulement (27, 28) comprend une fenêtre latérale (281) en communication avec la portion dentée (261) dans laquelle s’engage le pignon (31) de l’arbre de sortie du moteur (30).Aircraft according to Claim 6, characterized in that the bearing seats are positioned on either side of the toothed portion (261) and the bearing housing (27, 28) comprises a side window (281) in communication with the toothed portion gear (261) in which the pinion (31) of the motor output shaft (30) engages. Aéronef selon la revendication 6 caractérisé en ce que le boitier (27, 28) se présente sous la forme de deux demi-boîtiers, dont un premier demi-boîtier (27) est fixé au moyeu (23) par l’intermédiaire d’une platine (24) et un deuxième demi-boîtier (28) reçoit le moteur (30).Aircraft according to Claim 6, characterized in that the box (27, 28) is in the form of two half-boxes, of which a first half-box (27) is fixed to the hub (23) by means of a plate (24) and a second half-housing (28) receives the motor (30). Aéronef selon la revendication 5 caractérisé en ce que des connectiques d’alimentation et de pilotage des hélices (22) traversent la pale (21) à l’intérieur du tube (25).Aircraft according to Claim 5, characterized in that connectors for supplying and controlling the propellers (22) pass through the blade (21) inside the tube (25). Aéronef selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il comprend au moins un rotor secondaire (20a) monté en liaison pivot sur le rotor (20), le rotor secondaire (20a) étant muni d’au moins une pale (21a) entrainée en rotation par une hélice (22a) positionnée à une extrémité libre de la pale (21a).Aircraft according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises at least one secondary rotor (20a) mounted in pivot connection on the rotor (20), the secondary rotor (20a) being provided with at least one blade (21a ) driven in rotation by a propeller (22a) positioned at a free end of the blade (21a).