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Hàlice à pas variable.
La présente invention concerne les hélices à, pas variable.
Flle a pour but de procurer une hélice dont l'o- rientation des pales peut être obtenue indifféremment par l'intervention du pilote ou automatiquement, l'action du pilote restant toujours indépendante de l'action automa- tique.
Dans ce but, l'hélice, objet de l'invention, est caractérisée en ce que ses pales sont montées de manière à pouvoir pivoter sur leur axe sous l'influence du dépla- cement axial d'un corps situé dans le moyeu de l'hélice et commandé dans le premier cas par un tringlage mu par le pilote et dans le second cas par un régulateur.
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En pratique, le déplacement axial du corps situé dans le moyeu de l'hélice, provoque le déplacement dans l'a- xe des pales d'une tige montée de telle sorte que son mouve- ment de déplacement longitudinal est transformé en un mouve- ment de rotation des pales autour de leur propre axe.
Cette transformation du mouvement longitudinal de la tige en un mouvement de pivotement des pales exige un mon- tage spécial de celles-ci sur le moyeu. Les pales présentent, à cet effet, extérieurement sur. leur extrémité cylindrique, une sorte de gaufrage réalisé par des rainures longitudina- les croisant d'autres rainures circulaires. Chaque pale est emboitée dans un manchon présentant intérieurement le même gaufrage et est fixée par des cales longitudinales après ro- tation du manchon d'une fraction de tour sur la pale. L'en- semble est alors placé sur un moyeu lisse formé pa.r l'accou- plement de deux pièces assemblées d'une manière analogue, l'u- ne de ces pièces étant le moyeu proprement dit faisant corps avec l'axe de l'hélice.
Le déplacement axial du corps annulaire commandant la rotation des pales est réalisé soit par une traction di- recte à l'aide d'un tringlage commandé par le pilote, soit par l'intermédiaire d'organes qui transforment le mouvement de rotation de tiges mues par un régulateur en un mouvement de translation du corps logé dans le moyeu de l'hélice, ces commandes étant cousues de manière à agir Indépendamment l'u- ne de l'autre sur l'orientation des pales.
Les dessins ci-joints montrent un exemple de réali- sation d'une hélice à pas variable construite suivant l'in- vention.
La figure 1 est une coupe de l'hélice à pas varia- ble pratiquée par un plan vertical passant par l'axe de ro- tation de l'hélice et par l'axe des pales.
La figure 2 représente une coupe horizontale faite par le plan 11-11 de la figure 1.
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La figure 3 montre à échelle agrandie en coupe hori- zontale, le dispositif de commande de l'orientation des pales.
La figure 4 représente une coupe verticale du régula- teur prise par le plan IV-IV de la figure 2.
La figure 5 représente dans sa demi partie inférieure, la position des organes de fixation des pales au cours de leur montage et dans sa demi partie supérieure, la position de ces mêmes organes après leur fixation à l'aide de clavettes ou ca- les, cette coupe étant prise par le plan V-V de la figure 1.
La figure 6 montre, à plus grande échelle, la disposi- tion des organes situés dans la région axiale des pales, à lien- droit de leur fixation au moyeu et tels que montrés schémati- quement par la figure 1.
Dans ces figures, 1, désigne l'arbre de l'hélice ter- miné par une partie filetée. Un manchon circulaire 2 entoure l'arbre 1 jusqu'à son extrémité filetée et porte, par vissage, un fort cylindre 3 comportant extérieurement deux gros moyeux 4 (fig. 1 & 5) placés diamétralement et présentant des rainu- res circulaires 5 et des cannelures longitudinales 6 qui s'en- trecoupant perpendiculairement, forment ainsi une série de glissières ou nervures 7 . Un bloc cylindrique évidé 8 présen- tant également, mais intérieurement des glissières 9 de mêmes section et profil, est glissé sur chacun des deux moyeux 4; ces glissières 9 sont obtenues comme les glissières 7 par des rainures et des cannelures qui sont taillées dans la matière et qui s'entrecoupent aussi à. angle droit.
Lorsque la pièce 8, glissée sur le moyeu 4, entoure complètement ce moyeu, un lé- ger mouvement de rotation, (fig. 5) permis par la similitude des rainures circulaires du moyeu et du bloc cylindrique, per- met d'emboîter les glissières 9 du bloc cylindrique 8 mobile, entre les glissières 7 du moyeu 4 fixe. Les cannelures longi- tudinales du bloc cylindrique 8 et du moyeu 4 sont alors com- plètement vides et les deux pièces 4 et 8 sont rendues soli- daires l'une de l'autre , dans cette position, en y enfonçant
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des clavettes ou cales verticales 9' (fig. 5) qui sont re- tenues dans leurs alvéoles respectives par une butée circu- laire 10 ( fig.l) vissée sur l'extrémité filetée du moyeu 4.
Un écrou de sûreté 11 permet d'obtenir une immobilité abso- lue de ces pièces l'une par rapport à l'autre. Les pales 12 de l'hélice sont fixées d'une manière analogue. Un boitier extérieur 13 possédant un fond perforé 13' destiné à. laisser passer le moyeu 4, est mis en place ava.nt la. fixation du bloc cylindrique 8 ainsi qu'un roulement-butée à billes 14 de dia- mètre approprié qui supporte l'effort de traction provenant de la force centrifuge à laquelle est soumise la pale en ro- tation. Ce boîtier 13 comporte intérieurement des glissières 15, tandis que l'extrémité inférieure de la pale est aussi munie de glissières 16, identiques à celles du boîtier ex- térieur 13.
La. fixation de la pale 12 au boîtier extérieur 13 est semblable à celle du bloc 8 sur le moyeu 4. La pale 12 pénètre dans le boîtier 13 par coulissage et un léger Douve- ment de rotation du boitier, (fig.5) qui peut tourner autour de son axe qui n'est autre que celui du moyeu 4, permet d'em- boiter les glissières 16 de la pale 12 entre les glissières du boitier 13 qui tourne sur son axe. Le mouvement de rota- tion du boitier a pour résultat de "vider" les cannelures verticales du boîtier ainsi que celles de l'extrémité infé- rieure de la pale 12.
Comme dans le cas précédent, on immo- bilise alors les deux pièces 12 et 13 l'une par rapport à l'autre en introduisant dans les intervalles vides des canne- lures longitudinales, des clavettes ou cales verticales 17 (fig.5) de même section que ces dernières. Ces clavettes ver- ticales 17 immobilisent ainsi la pale 12 dans le boitier 13.
Toutefois, comme ces clavettes 17, sous la poussée centrifu- ge provenant de l'hélice en rotation, tendront à quitter leurs alvéoles respectives, un collier de serrage 18 fait de deux demi-bagues 19 et 20 (fig.l) fixéespar deux boulons 20', est placé autour (l'une nervure circulaire 21 qu'elles enser- rent fortement et qui est prévue sur la pale 12. L'effort
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d'arrachement auquel sont soumises les clavettes 17 est toutefois assez fortement diminué par le fait que l'effet Ratier bien connu, qui soumet la pale 12 à un couple de tor- sion, imprime une poussée latérale aux clavettes 17 rédui- sant ainsi de beaucoup l'effort qu'a à supporter le collier de serrage 18.
La pale 12 ainsi ancrée au 'bottier 13 peut tourner autour de son axe constitué par le moyeu 4. Sa rotation n' est toutefois pas libre, mais dépend d'un dispositif de com- mande agissant automatiquement ou sous l'impulsion du pilote, et qui est constitué de la manière suivante.
Le cylindre 3 fixé sur le manchon 2 forme une cham- bre annulaire 21 (fig.1-2&3) fermée par un plateau 22 ve- nant se visser sur l'extrémité filetée de l'arbre 1 de l'hé- lice. Cette chambre annulaire 21 contient un corps annulai- re 23 qu'un ressort 24', prenant appui contre le cylindre3, repousse contre le plateau 22 (position indiquée dans la figure 1).
L'orientation des pales de l'hélice à pas variable est obtenue par la transformation , en un mouvement de ro- tation, du mouvement alternatif dont peut être animé ce corps 23 qui peut coulisser dans la chambre cylindrique 21.
A cet effet, le corps 23 comporte deux rainures inclinées 24 en forme de T renversé ( fig.6) dans lesquelles coulis- sent deux galets 26 qui terminent une tige 25 traversant tout le moyeu 4 . Cette tige 25 est entourée d'un manchon cylindrique 27 qui porte des filets hélicoïdaux réversibles 28 prenant dans des filets correspondants du moyeu 4. De cette manière, le mouvement horizontal du corps 23 est transformé, grâce à la rainure inclinée 24 et aux deux ga- lets 26, en un mouvement vertical de la tige 25 et, par sui- te du manchon 27, retenu entre deux roulements-butées à bille.s 27' , (fig.6) en un mouvement circulaire de ce manchon.
Un plateau 29 (fig.l) fixé à l'extrémité du manchon 27 et
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qui tourne donc avec ce dernier, comporte des divisions ou dents 30 qui coulissent par suite du mouvement vertical de la tige 25, dans des cannelures verticales 31 prévues à l'in- térieur de la pale 12, et comme, de plus, ce même plateau est animé du mouvement de rotation du manchon 27, il s'en- suit que ce dernier mouvement imprime aussi une rotation à la pale 12 présentant ces cannelures 31.
C'est la raison pour laquelle, lors de la. mise en place de la pale 12 dans le boitier 13, la. rotation, qui doit déterminer l'emboîtement des glissières de l'une da.ns celles de l'autre, est effectuée par le boitier 13 et non par la pale 12, étant donné que le dispositif de transmis- sion du mouvement du corps annulaire 23 à la roue ou plateau 29 est déjà en place à ce moment et que, par suite de l'ir- réversibilité de ce dispositif, la pale 12 ne peut pas ef- fectuer de mouvement de rotation qui ne proviendrait pas du dispositif de commande.
En effet, l'effet Ratier tend à déplacer le plan moyen des palmes dans le plan de rotation de libellée m- me, mais la pente de la rainure 24 est telle qu'un renver- sement des fonctions de la tige 25 est impossible. Si le movement alternatif horizontal du corps 23 provoque la mon- tée ou la descente de la tige 25, en faisant tourner le man- chon 27, l'effet Ratier qui tend faire tourner ce même man- chon 27 en sens contraire, c'est à dire à faire descendre la tige 25, est annulé par le fait même que cette dernière, par suite de l'inclinaison de la rainure 24, ne peut transformer son mouvement vertical en mouvement alternatif horizontal du corps 23.
Ce n'est donc que par les mouvements alternatifs horizontaux du corps 23 qu'il est possible de commander l'o- rientation des pales 12 de l'hélice à pas variable.
La commande des pales de l'nélice à, pas variable peut comme déjà dit s'effectuer soit par le pilote, soit au- tomatiquement et cela à l'aide du dispositif ci-après.
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Le corps annulaire 23 qui présente extérieurement un rebord 32 qui sert de base à l'action du ressort 24', présente, en deux endroits diamétralement opposés, (fig.2) un évidement taraudé dans lequel est fixée une vis hélicoï- dale creuse 33 qui se prolonge au travers du plateau 22 fer- mant la chambre 21 . Cette vis hélicoïdale présente inté- rieurement des cannelures longitudinales 34 et contient un cylindre allongé ou tige 35 terminé par une extrémité de section carrée ou polygonale 35' engagée dans un logement correspondant prévu à l'extrémité d'une tige 36 évidée in- térieurement. Les deux tiges 36 sont raccordées à un régu- lateur 37 et peuvent éventuellement tourner sur elles-mêmes sous l'action de ce dernier.
Le cylindre ou tige 35 est prolongé, d'autre part, par une tige 38 entourée d'un ressort 39. La tige 38 traver- se toute la chambre 21 ainsi que le cylindre 3 et termine dans une ornière ou gorge 41 d'un anneau 40 dans laquelle elle s'élargit sous la forme d'une butée 42 qui lui permet de tourner éventuellement autour de son axe propre. L'anneau 40 est commandé par un coulisseau 43 qui est manoeuvré par un levier à la portée de la main du pilote.
D'autre part, la vis hélicoïdale creuse 33 présente ses filets extérieurs 44 suffisamment inclinés (la fig. 3 montre une vis à double entrée) pour la rendre réversible.
Elle ne peut, toutefois, pas suivre les mouvements alterna- tifs du corps annulaire- 23 par suite de l'existence d'un collier 44' (fig.3) placé à l'extérieur du plateau 22 et qui est fixé sur elle, de telle sorte qu'elle ne peut effec- tuer qu'un mouvement de rotation sur elle même.
Les deux tiges 36 placées de chaque côté de l'axe 1 de l'hélice peuvent être mises en rotation par des vis 45 et 46 (fig. 2 et 4) à filets hélicoïdaux 47 sur les quels se déplacent les masses d'un régulateur 37. Ces vis 45 et 46 peuvent tourner sur elles-mêmes autour de leur axe communes,
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attendu que les masses du régulateur 37 se déplaçant le long de rails 49, (fig.4) ne peuvent être mises en rotation. Le déplacement longitudinal des masses, lorsqu'elles s'écartent l'une de l'autre à une certaine vitesse, est donc transfor- méen un mouvement de rotation des vis 45 et 46 qui, par les roues dentées 50 & 51, transmettent leur rotation aux deux tiges 36.
Celles-ci possèdent, chacune, à l'intérieur de leur évidement, un ressort 52 qui repousse un petit tube cylindro- conique 53 qui, de son côté , peut repousser, par son dépla- cement, deux petites butées 54 dans des alvéoles 55 (fig.3) prévues dans le collier 44' qui est solidaire de la vis hé- licoidale creuse 33 par des boulons 56 dont l'extrémité infé- rieure est engagée dans une gorge circulaire prévue à l'ex- trémité de la vis hélicoïdale 33.
Les butées 54 sont normalement appuyées contre le tube cylindro-conique 53 par de petits ressorts à lame 57.
Enfin, il y lieu de remarquer que la longueur du cylindre allongé ou tige 35 est légèrement inférieure à cel- le de l'évidement cylindrique de la vis hélicoïdale 33 et que ce cylindre 35, lorsqu'il est déplacé le long des can- nelures 34, peut venir buter contre un rebord 58. Cette dif- férence de longueur correspond à la longueur de 1'extrémité 35' du cylindre allongé ou tige 35.
L'hélice ainsi construite fonctionne de la manière suivante.
Le pilote,grâce à un levier, placé à la portée de sa main, agit directement sur le coulisseau 43 qui provoque l'entraînement de l'anneau 40. Par ce fait, la tige 38 et la tige 35 sont entrainées jusqu'au moment où l'extrémité de la tige 35 vient en contact avec le rebord 58 (fig.3).
Par suite de ce déplacement l'extrémité opposée 35' de la ti- ge 35 quitte progressivement le logement de l'extrémité de
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la tige 36 dans laquelle elle est emboîtée. Or, pendant que ces opérations s'effectuent à l'intervention du pilote, l'hé- lice tourne et les masses 37 durégulateur tendent à s'éloi- gner du centre et à agir sur l'orientation des pales ainsi que cela sera expliqué plus loin. A ce moment, toutefois, le ressort 24', qui est toujours bandé, retient le corps 23 con- tre la paroi 22 et l'empêche de se déplacer sous l'effet de la rotation des tiges 36, si ces tiges tendent à tourner sous l'action du régulateur.
La poussée centrifuge des mas- ses 37 du régulateur est par conséquent momentanément con- trebalancée par la résistance du ressort 24'. Si le pilote continue à agir sur le levier de commande du coulisseau 43, la tige 35 quitte finalement la tige 36 et comme la longueur de l'extrémité 35' est égale à la distance qui sépare l'au- tre extrémité 35 du rebord 58, il s'ensuit que les tiges 36, sous l'action des deux masses 37 du régulateur peuvent tour- ner le cas échéant en laissant aux masses la liberté de s'é- carter du centre du régulateur vers la périphérie.
Mais pen- dant que s'effectue le débrayage entre les extrémités des tiges 35 & 36, le recul de l'extrémité 35' permet au ressort 52 de se détendre progressivement en repoussant ainsi devant lui, le petit tube cylindro-conique 53 ce qui provoque aussi- tôt la levée des deux butées 54 qui pénétrant dans les alvéo- les 55, bloquent ainsi la tige 36 sur le collier 44' qui est fixe, et cela avant que l'extrémité 35' a complètement quitté l'extrémité de la tige 36. De cette façon, les deux masses 37 du régulateur sont encore immobilisées et cela tant que l'action du pilote sur le dispositif de commande de l'orien- tation des pales de l'hélice à pas variable se fait sentir.
En d'autres termes, tant que le pilote agit sur les pales par le levier placé à portée de sa main, le disposi- tif de commande automatique est immobilisé.
L'extrémité de la tige 35 arrivant en contact avec le rebord 58 du corps 23, entralne ce dernier dans son mou-
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vement de déplacement. La, vis 33 retenue par le collier 44' tourne sur elle-même en ze dévissant, et le mouvement de ro- tation est communiqué naturellement à la tige 35, grâce au système des glissières et des cannelures 34. Cette tige 35 tourne donc aussi mais ce mouvement de rotation est sans im- portance. Par contre, le mouvement longitudinal du corps 23 est transmis à la tige 25 dont le déplacement est transformé en un mouvement de rotation qui est finalement utilisé pour faire tourner la pale 12 d'un angle voulu.
Quand le pilote veut effectuer la manoeuvre inverse, il laisse aller progressivément le coulisseau 43, et le res- sort 24' repousse progressivement le corps 23 contre la pa- roi 22 en contrebalançant la résistance opposée par le pi- lote, tandis que le petit ressort 39 repousse la tige cen- trale 35. L'extrémité 35' pénètre dans la cavité terminant la tige 36 et repousse progressivement le petit tube eylin- dro-conique 53,de telle sorte que les deux petites butées sous l'appel des ressorts lamellaires 58, quittent les alvéoles 55, libérant ainsi la tige 36.
L'action automatique par le-régulateur se fait, d'au- tre part, de la manière suivante.
L'air s'étant raréfié par exemple, l'hélice solidai- re de l'arbre du moteur de l'avion, moteur qui est à puis- 3ance constante, tend à s'emballer par suite de la diminu- tion de la résistance de l'air contre les pales 12. Le res- sort 24', qui est suffisamment bandé pour résister à la le- vée des deux masses 37 du régulateur avant qu'un certain ré- gime donné soit atteint (par exemple I800 tours m.) suppose à la poussée centrifuge à laquelle sont soumises les deux masses 37, tant que cette limite fixée au préalable n'est pas dépassée.
Mais des que cette limite est atteinte, les ruasses 37 surmontant la résistance du ressort 24', s'écar- tent du centre et font tourner sur elles-mêmes les deux vis hélicoïdales 45 & 46 qui transforment le mouvement linéaire.
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des masses en un mouvement de rotation, grâce à leurs filets hélicoïdaux 47; les rails 49 s'opposent,en effet, à la rota- tion des masses mêmes du régulateur.
L'écartement des masses 37 est aussitôt transmis au corps 23 ; eneffet, les vis 45 & 46 en tournant, provoquent la rotation des roues coniques 50 qui entraînent les roues den- tées 51, fixées à l'extrémité des tiges 36. Le mouvement de rotation, les deux tiges 35 & 36 étant solidaires par l'ex- trémité 35', est communiqué par les glissières coulissant dans les cannelures 34 aux deux vis Hélicoïdales 33 qui, en se vissant ou en se dévissant, suivant que les masses 37 s'é- loignent ou se rapprochent du centre du régulateur, mettent en mouvement le corps 23 qui agit sur les pales de l'hélice de la façon déjà indiquée.
Ce dispositif à double commande pour l'orientation des pales, présente de grands avantages. Ainsi, au moment du décollage d'un avion par exemple, alors que la vitesse de translation, de l'appareil est continuellement variable ainsi. que le régime du moteur, le pilote, par une simple traction sur un levier, peut donner à l'hélice le pas qui convient le mieux et augmenter ainsi son rendement en tenant compte de la vitesse de translation, du nombre de tours par minute du moteur et de la densité de l'air.
Mais des que l'a- vion atteint sa vitesse de translation, dite de croisière, c'est à dire une vitesse sensiblement uniforme et que le ré- gime du moteur atteint le nombre de tours normal, il lui suf- fit de relâcher son levier et de laisser au dispositif auto- matique.le soin de régler l'orientation des pales de l'hélice pour obtenir le pas nécessaire et le plus convenable.
Le régulateur est établi en supposant que l'hélice est mue par un moteur à puissance constante. Si, par suite de la raréfaction de l'air, l'hélice tend à s'emballer, ce qui est incompatible avec la résistance même du moteur, le régulateur intervient aussitôt en donnant aux pales l'in-
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clinaison nécessaire, ce qui reporte le régime du Moteur à sa valeur normale tout en augmentant le rendement même de l'hélice.
De même, si par suite d'une avarie du régulateur, le fonctionnement automatique des pales de l'hélice n'est pas satisfaisant, le pilote peut à tout instant intervenir, le débrayage immédiat du dispositif à double commande laissant toujours la commande des pales sous le contrôle total du pi- lote.
Le remplacement des pales de l'hélice est exssive- ment simple . Il suffit d'ôter le collier de serrage 19-20 qui retient les clavettes 17 et qui termine chaque boitier pour enlever ces clavettes d'immobilisation. Il ne reste plus qu'à faire tourner un peu.le boitier extérieur pour en- lever la pale par coulissage. Pour remettre la pale en pla- ce, il suffit d'effectuer la même opération en sens inverse comme indiqué plus haut.
Il est évident que l'hélice à pas variable ci-dessus décrite peut tout aussi bien comporter trois et même quatre pales, le principe de la commande des pales, soit par le pi- lote, soit par le dispositif automatique, restant en prin- cipe le même.
Les pales peuvent être aussi bien en métal qu'en bois. Dans ce dernier cas, l'extrémité de la pale devra au préa- lable être vissée (toujours de façon à ce que l'effet Ratier tende à la visser) à un culot ou manchon qui comportera lui- même le gaufrage extérieur nécessaire à sa fixation au boi- tier extérieur.