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Hélice à pas automatiquement variable et compensation,différentielle.
La présente invention a pour objet une hélice dont le pas varie automatiquement de façon telle que l'inclinaison de ses pales soit optima pour toutes les vitesses de l'avion et du moteur.
Dans le cas d'une hélice à pas invariable,la puissance du moteur n'est pas utilisée de la manière optima. Lorsque l'avion est au-dessous de sa vitesse linéaire de régime,il faudrait que l'inclinaison des pales fut plus faible que lorsqu'il atteint la vitesse maxima que le moteur est susceptible de lui faire prendre. dans des conditions normales de marche.
Au moment où l'avion démarre,il est nécessaire que l'hélice ait un pas tel que, agissant sur de l'air immobile par rap- port à l'avion,elle exerce un effort de traction aussi élevé que possible. Au fur et à mesure que la /vitesse de l'avion aug-
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mente et que par conséquent l'avion se trouva agir sur de l'air qui a une vitesse relativement de plus en plus élevée par rap- port à l'avion, il faut, pour que l'utilisation du moteur soit la meilleure, que le pas de l'hélice aille en augmentant.
On a déjà cherché à résoudre la problème au moyen de différents systèmes employant la force. de eseorts antagonis- tes ou de masses centrifuges qui attaquent directement les pa- les de l'hélice pour'faire varier leurs pas en fonction de la résistance de l'air sur les pales ou de la vitesse de rotation, mais de tels dispositifs na donnent,, ainsi qu'on le sait, qu'u- ne solution imparfaite du problème.
La présente invention fournit, au contraire, une solu- tion qui ne laisse rien à désirer et qui, tout en assurant une variation automatique d'incidence des pales par rapport à l'axe du moteur dans les meilleures conditions, donne de plus à cha- ' que instant une grande souplesse dans l'entraînement de l'hélice.
La dispositif qui fait l'objet de l'invention est essen- tiellement caractérisé par le fait que les pales de l'hélice @ sont montées, de façon orientable, sur un support qui est en- traîné, non pasdirectement par l'arbre du moteur, mais par ;
l'intermédiaire d'un ou plusieurs organes mobiles soumis à l'a- tion antagoniste de masses centrifuges montées sur le support des pales, les variations angulaires de l'arbre du moteur par rapport aux réactions des masses centrifuges ou plus simple- ment par rapport au support, étant utilisées pour faire varier l'angle d'inclinaison des pales au moyen de liaisons appropriées les masses centrifuges et les différentes liaisons entre les organes mobiles du dispositif, étant dimensionnées et agencées' ' de telle manière que le couple résistant variable de l'hélice soit ramené à tout instant à une valeur ±gale et de sens contrai re au couple moteur.
Il résulte des dispositions définies ci-dessus que pour un moteur déterminé, ayant une puissance donnée sous une cer- taine vitesse de rotation, le système centrifuge fait naître
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une força antagoniste opposée et égale au couple du moteur et à la résistance de l'air sur les paies et que l'inclinasen des pales est optima pour toutes les vitesses de rotation du moteur, pour tous les couples moteurs développés par lui, et pour toutes les vitesses de l'avion,
L'invention est de plus caractérisée par la combinaison, avec un dispositif d'hélice à pas variable tel que défini ci- dessus, d'une part d'amortisseurs destinés à amortir les oscil- lations du système et d'autre part,
d'une liaison souplue entre l'arbre moteur et l'hélice de manière à permettre à cette der- nière de s'orienter convenablement par rapport au dit arbre en vue de réaliser une compensation différentielle équilibrant les poussées de chaque pale.
Enfin l'invention ast également caractérisée par la com- binaison avec un dispositif d'hélice à pas variable tel que dé- fini oi-dessus d'un système de butée à haute résistance, à bil- les, à galets ou à rouleaux, dans laquelle, les différents élé- monts sont constitués de telle sorte que lorsque l'élément rou- lant (billes, galets ou rouleaux) et les chemins da roulement sont soumis à un effort élevé, un deuxième élément, convenable- ment disposé, entra en jeu avant que la métal qui constitue les chemins de roulement ou les organes roulants, ait atteint sa li- mite d'élasticité,
de manière à tendre à maintenir sensiblement constant l'intervalle entre las deux chemins de roulement et par suite à empêcher que l'écrasement des éléments de roulement puisse augmenter. Il intervient en.outre pour augmenter les sur- faces de portage.
Le deuxième élément sera par exemple constitué par la cage elle-même qui est habituellement interposée entre las élé- ments roulants pour les aspaoar convenablement ou, dans la oas spécial de galets ou de rouleaux, par un deuxième galet ou rou- leau disposé à l'intérieur de l'élément roulant qui aura été évidé à cet effet.
Le jeu entre l'élément auxiliaire qui vient renforcer
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.la résistance de la butéeet l'élément roulant normal sera fai- ble et dépendra- de la limite d'élasticité des métaux mis en jeu.
ion seulement l'élément roulant na verra pas son écrase- ment s'accroître grâce à l'intervention de l'élément auxiliaire Nais encore les chemins de roulement na verront pas leur travail augmentée ceci per suite de l'augmentation dessurfaces de con- tact résultant soit da la portée directe da l'élément auxiliai- re contre ces chemins de roulement, soit de la déformation pro- pre de l'élément roulant avant que cette déformation soit limi- tée par l'intervention de l'élément auxiliaire.
Au dessin ci-joint et à titre d'exemple:
Figure I est une vue schématique illustrant l'invention) Figure 2 représente an élévation avec coupe partielle un mode de construction d'une hélice à pas variable conforme à l'invention
Figure 3 est une vue en plan avec coupe partielle sui- vant C, 0, D de la figure 2 et avec arrachement)
Figure 4 est une vue de détail)
Figure 5 est une vue en plan d'une butée conforme à l'in- vention dont le chemin de roulement supérieur a été enlevé} Figure 0 est une coupe transversale par A-A de la figu- re 5 ; Figure 7 est une coupa circulaire développée) par B-B de la figure 5;
Figure 8 est uns vue analogue à la figure 5, d'une va- riante; Figure 9 est une coupe transversale par C-C de la figu- re 8)
Figure 10 est une coupe par D-D d'un élément'de roule- ment avec son élément renforçateur auxiliaire intérieur)
Figure II est une vue da l'élément roulant et de l'élé- ment auxiliaire sous charge élevée)
Figure 12 est une vue en plan analogue à a figure 5 d'u- ne autre variante}
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Figure 13 est une coupe par E-E de la figure 12,
Figure 14 est une vue de face partielle avec arrache- ment partiel d'une autre variante)
Figure 15 est une coupe par F-F;
Figure 16 est une coupe circulaire développée, par G-G de la figure 10, le roulement étant sous charge élevée}
Figure 17 est une vue en plan partielle d'une autre va- riante)
Figure 18 est une coupe par H-H de la figure 17
Figure 19, est une coupe transversale d'un rouleau ooni- que de la figura 17 souc charge normale)
Figure 20 en est une coupe analogue sous charge élevée.
Ainsi qu'on le voit aux figures.1 et 2, le dispositif comporte un support I, monté fou sur l'arbre 2 du moteur, et dans lequel les pales 3,3' da l'hélice (supposée ici à deux pales) peuvent tourner librement sans s'échapper.
Sur l'arbre du moteur est olaveté un entraîneur 4 relié aux bras de leviers 5,5' de deux massas centrifuges 6,6' sus- ceptibles de tourner librement dans le support par leurs axes 7-7'. La liaison entre l'entraîneur 4 et les bras de leviers
5,5' est telle que lorsque ces deux organes tournant autour de leurs axes il en résulte une variation de la direction d'ap- plication et une variation de longueur de l'attaque des dits organes.
Au dessin l'entraîneur 4 ports, à titre d'exemple, deux glissières 8,8' qui coopèrent avec deux doigts 9,9' por- tés par les bras de leviers 5,,51, L'entraîneur est relié aux pales 3,3' de telle façon que ses déplacements angulaires par rapport au support se traduisent par des déplacements angulai- res des pales. Ceci est obtenu au dessin par des bras I0,I0' agissant sur des bras II,II' fixés sur les axes des pales 3,31.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant:
Lorsque le moteur est rais en route, dans le sens de la flèche F, l'entraîneur 4 tourne avec lui, mais l'inertie du support I et des pales 3,3' fait que les bras 5,5' suivent le
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mouvement de 1'entraîneur et rapprochant tout d'abord les masses 6, 6' de l'axe 2, en même temps les bras I0, 10' font tourner les pales sur leur axe et les amenant à une incidence correspondant à celle d'une hélice à pales fixes, donc à l'incidence minima.,L'a- vion prenant son vol.
la poussée de l'hélice diminue de ce fait) il s'en suit un affaiblissement du couple résistant de l'hélice, les masses 6, 6' s'écartent du centre et l'entraîneur 4 prend un angle plus grand par rapport au support 1 ce qui a pour effet d'au gmenter 1'incidence des pales et par oonséquent de rétablir la va- leur de la poussée de l'hélice.
La distance des centres de gravité des masses 6, 6' par rap- port à l'axe 2 et les liaisons entre l'entraîneur 4 et ces massas sont dimensionnées de telle faqon que pour une vitesse donnée de rotation du moteur, les pales soient inclinées suivant l'inoiden- ce optima pour le régime de marche résultant et que le couple ré- sistant de l'hélice équilibre exactement le couple du moteur. La variation da longueur entre l'axe 2 et les doigts 9 d'une part, et la variation de direction de l'application des forces antagonistes, d'autre part, introduisent une progressivité dans l'action des mas ses 6., 6' sur les variations angulaires qui sa produisent entre le support 1 et l'entraîneur 4, de façon à compenser les variations de la composante de la force tangentielle des masses 6, 6' trans- mise à l'entraîneur 4.
Dans la forme de réalisation représentée aux figures 2, 3 et 4, le support est constitué par un moyeu dans lequel les pales 3,, 3' sont montées par leur axe tel que 12, au moyen de roulements à billes tels que 13, 14 et d'une butée à rouleaux telle que 15.
Ce noyau, ainsi qu'on la voit aux figures 2 et 3, est tra- versé par le nez du moteur qui porte un manchon 16. Entre le man- chon 16 et le moyeu 1 est interposée une fourrure plastique 17 for- mée par exemple par une bague de oaoutchouo ainsi que cela est in- diqué à la figure 3. Cette fourrure plastiqua isole au point de vue vibration le moyeu l, et par conséquent las pales de l'hélice, du nez 2 de l'arbre moteur. Elle permet en outre un centrage automa-
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tique des masses de l'hélioe, évitant ainsi les points oritiquas de rotation et assurant un équilibrage différentiel des'poussées et des mouvements de flexion des pales.
Sur l'extrémité du nez de l'arbre moteur 2 est fixé, sur le manchon d'entraînement 16, par exemple par'des canelures. l'entraîneur 4.
Cet entraîneur est muni de bras 18, 18' qui forment chape et maintiennent entre eux des axes tels que 19 sur lesquels peu- vent pivoter des dés tels que 20 qui peuvent glisser dans des coulisses telles que 21 portées par les bras 5, 5' pivotés sur les axes 7, 7' des deux masses centrifuges 6, 6'. Les axes 7, 7' sont montés, au moyen de roulements à billes tels que 22, dans des boîtes 23, 23' fixées sur le moyeu 1.
Ce système d'entraînement pourrait évidemment être rempla- oé par une oame réversible ou par des engrenages à rayon varia- ble donnant la même variation de bras de leviers et de'direction d'application des forces que le dispositif qui vient d'êre dé- orit.
On voit aux figures 2 et 4 les bras 10, 10' de l'entraîneur
Ces bras agissent par le moyen de doigts à rotule 24, 24' sur les bras Ils II' fixés sur les axes 12, 12' des pales 3, 3' de l'hélice.
Le fonctionnement de l'hélice ainsi construite est le mê- me que celui du dispositif schématique représenté à la figurel.
L'ensemble des pales 3, 3', du moyeu l, des boites 23-23' des axes .7, 7: et des masses centrifuges 6m 6' se oentrent automati- quement pendant la rotation sur le nez de l'arbre moteur 2 grâ- ce au manchon élastique 17. L'application du couple moteur à l'hélice se fait sur les bras 5 des massas centrifuges) par l'in termédiaire des axes 9, 9' et des dés 20, La bras de levier des glissières du système centrifuge par rapport au point d'applioa- tion de la force motrice sur les axes 9, 9' varie au fur et à mesure que l'angle que fait l'entraîneur 4 par rapport au moyeu l augmente, cet angle allant par exemple jus qu'à la position X-X'
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de la figure 2.' Cette variation de longueur du bras de levier du système centrifuge 5, 6 et la variation de l'application des forces antagonistes,
ont pour effet de compenser la varia tion de la composante (de la force tangentielle des masses cen trifuges) qui agit sur 1'entraîneur, au fur et à mesura qu'el- les s'écartent de l'axe A.O.B.
Dans la forme de réalisation représentée aux figures 2 et 3, les massas oentrifugas sont pourvues de dispositifs amor tisseurs à liquide qui s'opposent aux mouvements rapides (re- tour, variations de régime) du mécanisme.
Chacun de ces amortisseurs à liquide comporte, en oombi-- naison avec la boîte 23 formant cylindre,, une sorte de came 25 olavetée sur l'axe 7, cette came étant susceptible de ooulis- ser à frottement doux sur le dit axe et dans le cylindre 23.
La came, ainsi qu'on le voit pour la came 25' de la figure 3, porte des rampes hélicoïdales telles que 27'., 28', qui, lors- que l'axe 7 tourne, se vissent en quelque sorte sur des rampas 29 30', portées par des pièces fixes 31, 31'- 32, 32'. Lors- que, pour la figure 3, les axes 7, 7' tournent dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, les cames 25, 25' tendent à se déplacer vers la fond du cylindre et inversement. L'axe 7 est percé de canaux., 33,, 34, 35 qui font communiquer les deux faces de la oame 25.
Lorsque l'axe 7 tend à tourner, du liqui- de, par exemplede l'huile, qui remplit toutes les cavités libres à l'intérieur des ohambres .26, est foroé de passer de la faoe ' arrière à la face avant des cames 25, 25' et inversement, en traversant les oanaux 33, 34, 35. Ces canaux étant petits, le liquide ne peut se déplacer qu'avec une vitesse réduite ce qui freine les déplacements des cames 25m 25' et par conséquent des axas 7, 7'. La limite de variation des cames 25, 25' et par oon séquent des axes 7, 7' est atteinte lorsque les oames 25, 25' butent à fond en avant ou en arrière. Cette limitation de posi- tion angulaire des axas 7, 7' détermine l'angle maximum dont l'entraîneur 4 est susceptible de se déplacer p r rapport au moyeu 1.
C'est cet angle Maximum de déplacement qui est indi-
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qué par la ligne X-X' de la figure 2,
Afin d'éviter tout contact brutal des cames 25, 25' à fond de ourse, les canaux 33 et 35 sa trouvent obturés progressive- ment à fin de course par les oames 25, 25'; la section libre des canaux 33 et 35 diminue donc à ce moment pour finir par devenir nulle.
L'étanohéité de l'amortisseur est assurée à l'arrière par un bouchon 36 et à l'avant par un cuir embouti 37 mis en charge initialement par le ressort 38 et que la pression du liquide dans l'amortisseur tend à appliquer toujours davantage contre les axes 7, 7' et contre les oames 32, 32'.
Aux figures 25, 6, 7, 8, 9, 10, II, 12, 13., 14, 15, 16, 17,
18, 19. et 20 est représenté le type particulier de butée utili- sée, de préférence, en combinaison avec l'hélice déorite oi-des- sus.
Dans sa forme d'exécution représentée aux figures 5 à 7 la butée comporte des chemins de roulement ICI et 102 et des galets cylindriques tels que 103 interposés entre ces deux chemins de roulement. Une cage 104 comporte des évidements cylindriques dans lequels les galets sont enfilés) elle est pourvue d'une ba- gue extérieure 105 qui ferme ces évidements et enferme les ga- lets.
La cage 104 et sa bague extérieure 105 ayant une hauteur inférieure au diamètre des galets 103, ces galets font saillie à la partie supérieure et à la partie inférieure de la cage à travers des fenêtres telles que 100,
Le jeu antre la cage 104 et les chemins de roulement 101 at 102 est oaloulé de telle faqon étant donné la limite d'élas- tioité des métaux qui composent ces chemins de roulement et les galets 103 que, en cas de charge élevée;, les chemins de roule- ment viennent s'appuyer contre la cage 104 avant que le mental des galets et des chemins de roulement ait dépassé sa limite d'élasticité.
On conçoit que, grâce à ce dispositif, la limite d'élasti- cité du métal des galets 103 ne sera jamais dépassée et que lors
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qu'interviendra une charge qui aurait été assez forte, sans ce dispositif, pour que les déformations permanentes des galets 103 et des chemins de roulement 104 se produisent, la force s'exerçant sur la butée sera supportée à la fois par les galets 103 et par la cage 104, cette dernière se posant à toute dimi- nution plus forte du diamètre des galets. Le frottement s'exer- cera à la fois sous forme de frottement de roulement contre les galets et sous forme de frottement de glissement contre la cage, la force étant supportée par ces deux catégories d'élé- ments.
Dans le mode d'exécution, de l'invention représentée aux figures 8, 9, 10 et II, les galets 103 sont évidés intérieure- mant etcontiennent des galets plus petits 103'. La.différence de diamètre entre l'évidement des galets 103 et les galets 103' est en principe plus petite que la jeu qui existe entre les chemins de roulement et la cage 104 de manière que, lorsque la fores qui s'exerce sur la butée est suffisante pour que les ga- lets 103 se déforment jusqu'à réduire àzéro le jeu entre l'é- videment intérieur et ces galets 103 et l'élément auxiliaire 103', comme cela est représenté à la figure II,
les chemins de roulement ne portent pas sur les faces de la cage 104 Dans ce cas les galets 103 sa déforment comme cala est indiqué à la figure II et viennent s'appuyer sur l'élément auxiliaire 103' qui les empêche de continuar à sedéformer. Par suite de la dé- sur formatio des galets 103 la face de contact entre cas galets et les chemins de roulement IOI et 102 augmenta et empêche les déformations permanentes de ces chemins de roulement. La défor- mantion des galets 103 sera d'autant plus facile que la diffé- rence autre leur diamètre intérieur et extérieur sera plus fai- ble.
A titre da variante on pourrait déterminer les interval- les compris entre la caga 104 et les chemins de roulement de telle manière que si, sous l'effet de très forte charges, l'é- lément auxiliaire 103' tendait à se déformer d'une quantité
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telle que la limite élastique du métal qui la compose soit sur le point d'être atteinte, l'intervalle en question s'annule et que les chemins da roulement viennent porter, comme dans l'exem ple des figures 5, 6 et 7 sur les faces supérieures et inférieu res de la cage de manière à s'opposer à tout rapprochement ul- térieur des deux chemins de roulement et par suite à tout écra- sement consécutif ultérieur des galets 103 et des noyaux inté- rieurs 103'.
Au lieu de donner aux chemins de roulement une forme plane, on pourrait leur donner une forme en gradins annulaires. les galets ayant des diamètres correspondants.
L'exemple de réalisation représenté aux figures 12 à
14 est en principe le morne que celui des figuras 8, 9, 10 et II sauf qu'au lieu da galets cylindriques, il conforte des galets coniques. Les mêmes pièces sont représentées avec les marnes in- dices suivis de la lettre a.
Les galets coniques sont enfilés sur des axas 106 tenus à leurs extrémités dans le cas 104a et dans la bague extérieu- re 105a.
Dans la variante représentée aux figures 14, 15 et 16 la butée, avant dépassement de la limite d'élasticité du métal, est obtenue' comme dans la forme de réalisation des figures 5 à 7 par l'anneau 104 qui entoure les rouleaux oôniques 103b au oontaot de laquelle viennent sous charge élevée', les bords 101b et I02b des boîtes 101 et 102 qui contiennent les chemins de roulement IOI et 102. Ces chemins de roulement sont ici constituée par des anneaux de faible épaisseur susceptibles de se déformer sinusoïdalement par le fait que des lames annulai- res 106 et 107 en caoutchouc ou matière analogue sont interpo- sées entre eux et les boîtes 101 , 102 Cotte déformation don- ne une surface de oontaot augmentée entre les galets et les chemins de roulement et diminue la fatigue du métal.
Dans l'autre variante représentée aux figures 17 à 20 les rouleaux côniques creux 103 sont remplis ou presque remplis
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de caoutchouc 103', Sous charge élevée les rouleaux 103 s'ap- platissent mais, le caoutchouc étant incompressible, ils ne peuvent se déformer au delà d'une certaine limite. Cette limi- te peut être prise très large oar l'épaisseur de la paroi des rouleaux peut être réalisée très mince, le métal cessant de travailler à la flexion à partir du moment où le caoutchouc a étémis ken ccrfiprossion. La surface portante auguste par suite de cette déformation.
La cage 104 intervient alors pour limiter le rapproche- ment des chemins de roulement IOI et 102, et empocher que l'é- crasement des rouleaux se poursuive.
REVENDICATIONS: - - - - - - - - - - - - - -
I) Hélice a pas variable à pales orientables par rapport à un moyeu, caractérisée en ce que les pales de l'hélice sont montées orientables sur un support qui est entraîné non pas directement par l'arbre du moteur mais par l'intermédiaire d'un ou plusieurs organes mobiles soumis à l'action antagoniste de masses centrifuges montées sur la support des pales, les varia- tions angulaires de l'arbre du moteur par rapport aux réactions des masses centrifuges et par conséquente par rapport au sup- port, ,tant utilisées pour faire varier l'angle d'inclinaison des pales au moyen de liaisons appropriées,
les masses centri- fages et les différentes liaisons entre les organes mobiles du dispositif étant dimensionnées et agencées de telle façon que le couple résistant variable de l'hélice soit à tout instant ramené à une valeur égala et de sens contraire au couple mo- teur.
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