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" DISPOSITIF DE COMMANDE POUR APPAREILS PROPULSEURS "
Dans la demande de brevet déposée en Belgique le 15
Mars 1035, sous le n 318.752, pour:"Système de commande des évolutions d'un mobile dans un fluide ", au nom de la Société d'Inventions Aéronautiques et Mécaniques S.I.A.M.,- on a dé- crit, notamment, un système pour la commande du réglage des pales d'une hélice à pas variable, dans lequel l'effort,aéro- dynamique résistant qui s'exerce sur les pales est équilibré constamment et automatiquement par une contre-pression fournie
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par un dispositif fonctionnant,, par exemple, par voie cléo-pneumatique et dans lequel le pilote peut, à tout moment, faire varier la pression.
La présente invention, due à Monsieur René Lucien LEVY, repose sur un principe d'équilibrage analogue, mais, dans le but d'éliminer les flexions secondaires dues aux efforts centrifuge et de multiplier l'effort utile, le moment de la résistance aérodynamique R - qui s'exerce au centre de poussée C d'une pale P - est pris ( figure 1 du dessin annexé), non plus par rapport à l'axe X - Y autour duquel peut s'in cliner le pied de pale, mais par rapport à l'axe de rotation de l'ensemble de l'hélice, c'est-à-dire l'axe Z T du vilebrequin.
A cet effet, l'invention consiste essentiellement :
1 ) à entrainer l'hélice par l'arbre moteur, non pas directement, mais au moyen d'une liaison élastique, de sorte que si l'on considère, sur l'hélice et sur l'arbre moteur, deux plans passant par l'axe et coïncidant au. repos, il s'établisse entre eux, à chaque instant, pendant la rotation , un angle de décalage dont la valeur est fonction de la vitesse de l'arbre moteur, de la vitesse de l' appareil et de l'état( densité, viscosité, etc...) du milieu ambiant;
2 ) à faire cor-respondre, automatiquement, à chaque valeur de cet angle de décalage, une valeur déterminée de l'inclinaison des pales d'hélice sur leur axe longitudinal.
Un montage dthélice à, pas variable, répondant à ces caractéristiques, est représenté sur les figures 2 et 3 du dessin annexé, lesquelles sont données simplement à titre d'exemple de réalisation.
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Les pales d'hélice P sont toutes deux emmanchées dans un potte-pales commun A, dans lequel elles peuvent touril- lonner autour d'un axe X- Y passant par exècre par les centres de poussée aérodynamiques C (fig.3) de ces pales.
Le porte-pale est porté lui-même par un taux moyeu B sur lequel il peut tourillonner autour de l'axe Z - T de l'arbre 'moteur M, dans l'espèce le nez du vilebrequin sur lequel est claveté le faux moyeu B. Dans cet exemple, la liaison élastique entre le faux moyeu solidaire de l'arbre moteur et le porte. pales est réalisée au moyen d'un équipage H, constitué par des capacités aléo .. pneumatiques, solidaires du faux-moyeu B. Dans deux cylindres diamétralement'.opposés par rapport à l'axe moteur, sont montés des pistons 1 dont les tiges sont articulées en K sur le porte-pales. Les capacités H sont remplies de liquide en réservant toutefois un espace dans lequel de l'air comprimé se trouve introduit initialement.
On conçoit que, dans ces conditions, les cylindres oléo-pheumatiques stopposent élastiquement au couple aéro- dynamique demoment 2 x R x D ( figure 3).
Lorsque le moteur tourne dans le sens! (figures 3 et 3), le faux-moyeu B entraine le porte-pales A, par l'intermé- diaire des cylindres aléow pneumatiques, Sous l'action réais- tante du couple aérodynamique 2R x D, le porte-pales A s'in- cline d'un angle [alpha] (position décalée, X1- Y1, de l'axe X-Y) dans le sens rétrograde f1, jusqu'à ce que la pression de.l'air dans les cylindres équilibre le couple aérodynamique qui s'exerce aux centres de poussée C.
En prenant un " angle de retard " autour de l'axe moteur Z T, le porte.-pales A provoque la rotation des pales P autour de leur axe longitudinal X -Y. Date ce
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but, dans l'exemple représenté, le pied de chacune des pales porte un doigt ± qui, traversant une lumière 1 du porte-pales s'engage dans une fourchette t portée par le faux-moyeu B.
Dans le cas considéré, l'action de cette fourchet- te sur le doigt ± a pour effet de faire varier l'inclinaison des pales sur leur axe longitudinal X - Y, dans un sens qui correspoond à la diminution du pas de l'hélice. Par suite, l'effort aérodynamique B et le moment(2R x D) de cet- effort par rapport à l'axe moteur* diminuent. La vitesse du moteur aug mente donc jusqu'à ce que le couple aérodynamique reprenne la valeur pour laquelle il est équilibré par la pression de l'é. quipage oléo- pneumatique.
. Le système ainsi constitué est donc tel qu'à toute valeur du couple moteur correspond à une position d'équili- bre de l'ensemble des pales et du porte-pales,d'une part, et des cylindres oléo-pneumatiques, d'autre part, cette position pouvant être définie par l'angle de retarda du porte-pales.
Si, le couple motaur. étant élevé, la vitesse de l'avion est nulle, 1'angle [alpha] est maximum et, par suite, le pas de l'hélice est minimum. Si, le couple moteur demeurant élevé, la vitesse de l'avion augmente* l'angle [alpha] diminue, et, par suite le pas augmente.
Si, le couple moteur demeurant constant, la densité de l'air diminue, l'angle [alpha] diminue et le pas augmente?
Si,enfin, le couple moteur,la vitesse de l'avion, et la densité de l'air varient simultanément, l'angle [alpha] , et par suite l'inclinaison des pales sur leur axe X - Y , varient en même temps jusqu'à prendre la position d'équilibre qui assurera au pas de.l'hélice la meilleure valeur compati- ble avec les nouvelles conditions de fonctionnement.
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Une hélice à pas variable, possédant les deux caractéristiques fondamentales définies ci-dessus, permet donc une adaptation automatique du pas dans les meilleures conditions, quels que soient les régimes, les vitesses ou les altitudes auxquelles s'exécutent les vols de l'avion.
Son emploi sur les moteurs à compresseurs paratt particulièrement indiqué.
Il est à remarquer que, sana sortir du cadre de l'in- vention, les cylindres oléo-pneumatiques peuvent être rempla- cés par d'autres dispositifs élastiques, tels que ressorts, sandows, etc...
Toutefois, les cylindres oléo-pneumatiques présentent plusieurs avantages importants ;
En premier lieu, ils donnent la possibilité d'agir sur deux variables, à savoir la pression initiale de l'air et l'espace nuisible (par adjonction d'huile).
L'hélice étant réglée au pas maximum, on règle ini- tialement la'pression d'air dans l'équipage H, pour que l'hé- lice prenne, au point fixe, le pas minimum désiré.
Si, au cours d'un vol, le moteur emballe, le pilote introduira de l'huile dans l'équipage H, afin de réduire l'espace nuisi- ble, tout en conservant la même pression initiale de gonflage.
En second lieu, les cylindres oléo-pneumatiques per- mettent.d'assurer un freinage hydraulique des vibrations et des chocs qui pourraient être occasionnés à l'hélice, par suite des changements de régime. A cet effet, on a représenté sur le dessin (figure 2), deux diaphragmes J, percés d'orifices de section étroite ,qui, selon un mode connu, assurent le freinage des déplacements des pistons 1.
Enfin, ces dispositifs oléo-pneumatiques rendent
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possible une adaptation automatique du. pas de l'hélice à l'altitude, étant donné qu'au fur et à mesure que l'avion s'élève l'air comprimé dans l'équipage H conserve sa pression initiale, tandis que la réaction aérodynamique sur les pales diminue, avec, comme conséquence finale, l'augmentation du pas de l'hélice.
Afin d'éviter les chocs, en cas de baisse plus ou moins brusque du régime du moteur, l'espace!., en arrière des pistons.' 1, pourra être utilisé comme dash-pot (fig.5); la tige de piston, traversant alors une garniture 1 . s'articule sur l'axe K au moyen d'une boutonnière n ou de toute autre liaison réservant une pareille liberté de mouvement. '
Il est à remarquer également que la liaison entre le pied des pales et le faux-moyen peut être réalisée par divers moyens autres que le dispositif par doigt et fourchette décrit-ci-dessus, par exemple par l'intermédiaire de deux engrenages coniques, solidaires, l'un du pied de la pâle, l'autre du faux-moyeu.
Bien entendu, le système à réglage auto matique qui vient d'être décrit peut être appliqué à tout dispositif propulaeur pour avions ou autres, comportant une hélice à pas variable.
L'invention comprend également un dispositif simple pour assurer constamment le graissage des surfaces en contact dans les pieds de pales d'hélices à pas variable, que celles-ci appartiennent au système 'décrit ou à tous autres.
Il existe divers dispositifs tels que butées-lisses, butées à billes, rampe hélicoïdale, etc... permettant aux pa. les d'hélice de prendre une inclinaison variable par rap- port à leur axe longitudinal x- Y passant par le moyeu de libellée.
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Quel que soit le système utiliser il est indispensa- ble d'assurer un bon graissage des surfaces en contact,afin que l'hélice puisse, sous l'action des efforts qui la solli- oitent, prendre le pas correspondant au meilleur rendement du système propulseur.
Un procédé de graissage particulièrement avantageux consiste, conformément à l'invention , à utiliser l'action de la force centrifuge pour créer une pression de graissage suffisante pour assurer la lubrification des rampes ou patins.
Dansune forme d'exécution représentée sur la figure 6, dans le cas d'un pivotement des pales sur rampe hélicoïda- le, un cylindre 1, logé dans le pied de pale ± et dont l'axe est, de préférence , confondu avec l'axe de pivotement X-Y de la pale, renferme un piston 2 pourvu d'une .garniture 3, et constamment sous l'action d'un ressort'4 qui tend à le re- pousser vexa le moyeu. Ce piston est constitué par un métal dense. par .exemple sous la forme d'une masselotte en plomb.
Le compartiment supérieur 5 du cylindre 1 communiqua par l'intermédiaire de canaux 6, avec divers points de la rampe hélicoïdale 7, et peut également communiquer avec les divers organes du moyeu qu'il est intéressant dé graisser, en particulier les doigts de commande de mouvement des pales.
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"CONTROL DEVICE FOR PROPELLERS"
In the patent application filed in Belgium on 15
March 1035, under number 318.752, for: "System for controlling the evolutions of a mobile in a fluid", on behalf of the Société d'Inventions Aéronautiques et Mécaniques SIAM, - a system has been described in particular for control of the blade adjustment of a variable-pitch propeller, in which the force, aerodynamic resistant exerted on the blades is constantly and automatically balanced by a supplied back pressure
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by a device operating, for example, by a cleo-pneumatic means and in which the pilot can, at any time, vary the pressure.
The present invention, due to Mr. René Lucien LEVY, is based on a similar balancing principle, but, in order to eliminate secondary flexions due to centrifugal forces and to multiply the useful force, the moment of the aerodynamic resistance R - which is exerted at the center of thrust C of a blade P - is taken (figure 1 of the appended drawing), no longer with respect to the X - Y axis around which the blade root can tilt, but relative to the axis of rotation of the entire propeller, that is to say the ZT axis of the crankshaft.
To this end, the invention essentially consists of:
1) to drive the propeller by the motor shaft, not directly, but by means of an elastic connection, so that if we consider, on the propeller and on the motor shaft, two planes passing through axis and coinciding with. rest, an offset angle is established between them, at each instant, during rotation, the value of which depends on the speed of the motor shaft, the speed of the device and the state (density, viscosity, etc.) of the ambient medium;
2) to make correspond, automatically, to each value of this offset angle, a determined value of the inclination of the propeller blades on their longitudinal axis.
A variable pitch propeller assembly meeting these characteristics is shown in Figures 2 and 3 of the accompanying drawing, which are given simply by way of exemplary embodiment.
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The propeller blades P are both fitted in a common blade post A, in which they can rotate about an X-Y axis passing by excess through the aerodynamic thrust centers C (fig. 3) of these blades.
The blade holder is itself carried by a hub rate B on which it can journal around the axis Z - T of the engine shaft M, in this case the nose of the crankshaft on which the false hub is keyed. B. In this example, the elastic connection between the false hub secured to the motor shaft and the carrier. blades is produced by means of a crew H, consisting of random ... pneumatic capacities, integral with the sub-hub B. In two cylinders diametrically '. opposed with respect to the motor axis, are mounted pistons 1 whose rods are articulated in K on the blade holder. The capacities H are filled with liquid, however reserving a space in which compressed air is initially introduced.
It can be seen that, under these conditions, the oleo-pheumatic cylinders elastically stop the aerodynamic torque demoment 2 x R x D (FIG. 3).
When the motor turns in the direction! (figures 3 and 3), the sub-hub B drives the blade holder A, through the intermediary of the alow pneumatic cylinders, Under the reactive action of the aerodynamic torque 2R x D, the blade holder A s 'inclines at an angle [alpha] (offset position, X1- Y1, from the XY axis) in the retrograde direction f1, until the air pressure in the cylinders balances the aerodynamic torque which is exerted at the centers of pressure C.
By taking a "lag angle" around the motor axis Z T, the blade holder A causes the blades P to rotate around their longitudinal axis X -Y. Date this
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But, in the example shown, the foot of each of the blades carries a finger ± which, passing through a slot 1 of the blade holder, engages in a fork t carried by the sub-hub B.
In the case considered, the action of this fork on the finger ± has the effect of varying the inclination of the blades on their longitudinal axis X - Y, in a direction which corresponds to the decrease in the pitch of the propeller. . As a result, the aerodynamic force B and the moment (2R x D) of this force with respect to the engine axis * decrease. The speed of the engine therefore increases until the aerodynamic torque returns to the value for which it is balanced by the pressure of the e. oleo-pneumatic crew.
. The system thus formed is therefore such that at any value of the engine torque corresponds to a position of equilibrium of all the blades and the blade holder, on the one hand, and of the oleo-pneumatic cylinders, on the one hand. on the other hand, this position can be defined by the angle of delay of the blade holder.
Yes, the motaur couple. being high, the speed of the airplane is zero, the angle [alpha] is maximum and, therefore, the pitch of the propeller is minimum. If, the engine torque remaining high, the speed of the airplane increases * the angle [alpha] decreases, and, consequently, the pitch increases.
If, with the engine torque remaining constant, the air density decreases, the angle [alpha] decreases and the pitch increases?
If, finally, the engine torque, the speed of the airplane, and the density of the air vary simultaneously, the angle [alpha], and consequently the inclination of the blades on their axis X - Y, vary at the same time. time until taking the equilibrium position which will ensure the propeller pitch at the best value compatible with the new operating conditions.
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A variable-pitch propeller, having the two fundamental characteristics defined above, therefore allows automatic adaptation of the pitch under the best conditions, whatever the modes, speeds or altitudes at which the flights of the airplane are carried out.
Its use on compressor engines seems particularly indicated.
It should be noted that, without departing from the scope of the invention, the oleo-pneumatic cylinders can be replaced by other elastic devices, such as springs, bungee cords, etc.
However, oleo-pneumatic cylinders have several important advantages;
Firstly, they give the possibility of acting on two variables, namely the initial air pressure and the harmful space (by adding oil).
The propeller being adjusted to the maximum pitch, the air pressure in the crew H is initially adjusted so that the propeller takes, at the fixed point, the desired minimum pitch.
If, during a flight, the engine races, the pilot will introduce oil into the H crew, in order to reduce the nuisance space, while maintaining the same initial inflation pressure.
Secondly, the oleo-pneumatic cylinders allow hydraulic braking of the vibrations and shocks which could be caused to the propeller as a result of changes in speed. To this end, there is shown in the drawing (FIG. 2), two diaphragms J, pierced with orifices of narrow section, which, according to a known embodiment, ensure the braking of the movements of the pistons 1.
Finally, these oleo-pneumatic devices make
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possible automatic adaptation of. propeller pitch at altitude, given that as the airplane rises the compressed air in crew H retains its initial pressure, while the aerodynamic reaction on the blades decreases, with, as a final consequence, the increase of the pitch of the propeller.
In order to avoid shocks, in the event of a more or less sudden drop in engine speed, space!., Behind the pistons. ' 1, can be used as a dash-pot (fig. 5); the piston rod, then passing through a seal 1. is articulated on the axis K by means of a buttonhole n or any other connection reserving such freedom of movement. '
It should also be noted that the connection between the root of the blades and the false-means can be achieved by various means other than the device by finger and fork described above, for example by means of two bevel gears, integral , one from the foot of the blade, the other from the sub-hub.
Of course, the automatic adjustment system which has just been described can be applied to any propeller device for airplanes or others, comprising a variable-pitch propeller.
The invention also comprises a simple device for constantly lubricating the surfaces in contact in the roots of variable-pitch propeller blades, whether these belong to the system described or to any other.
There are various devices such as smooth stops, ball bearings, helical ramp, etc ... allowing pa. the propeller to take a variable inclination with respect to their longitudinal axis x-Y passing through the labeling hub.
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Whatever system is used, it is essential to ensure good lubrication of the surfaces in contact, so that the propeller can, under the action of the forces which solicit it, take the pitch corresponding to the best efficiency of the system. thruster.
A particularly advantageous lubrication method consists, in accordance with the invention, in using the action of centrifugal force to create sufficient lubrication pressure to ensure the lubrication of the ramps or pads.
In an embodiment shown in Figure 6, in the case of a pivoting of the blades on a helical ramp, a cylinder 1, housed in the blade root ± and whose axis is, preferably, coincident with the 'XY pivot axis of the blade, contains a piston 2 provided with a .garniture 3, and constantly under the action of a spring'4 which tends to push it back against the hub. This piston is made of a dense metal. for example in the form of a lead weight.
The upper compartment 5 of the cylinder 1 communicated by means of channels 6, with various points of the helical ramp 7, and can also communicate with the various organs of the hub that it is interesting to ungrease, in particular the control fingers of blade movement.
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