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B REVE T d ' 1 N ¯y" Z, 11 T OH
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Perfectionnements aux surrGr,r ion:fllC:.S tiques, particulière- ment pour les corps animas d'un rlouve"'1.ent de rotation .
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'Messieurs Maurice 9rinçoin Alexandre JULIEN et Yves ROCAPD
Il est connu de suspendre élastiquement les objets suscep- tibles de vibrer qu'il est nécessaire de soustraire à des
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vibrations provenant du sJ!u'9'1)ort. Pour que les suspensions .soient efficaces,elles doivent satisfaire à certaines candi...
'tiens qûi,dans beaucoup de moteurs par exemple,ont pour but d'obtenir que les fréquences propres du corps oscillant sur 'ses supports tombent en dehors de la gamme de fréquences des phénomènes capables d'amorcer les vibrations . On citera à cet effet le brevet français N 830.396 du 22 Mars 1937 pour:
Perfectionnements aux transmissions de puissance et notamment aux groupes prppulseurs d'aviation",et le brevet français
N 831320 du 6 Avril 1937 pour :3Procédé pour éviter les vi- tesses critiques de vilebrequins et de transmissions et dis-
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positifs le raliSa11t" ,qui donnent de telles conditions .
La présente invention concerne au contraire la suspension de corps entièrement tournants,tels que les Il casseroles" d'hé- lices d'avions;les hélices elles-m8r.ies ou analogues , qu'il s'agit de fixer sur un axe qui les entraîne en rotation,et ,elle consiste à réaliser un isolement angulaire du corps tournant par rapport à des impulsions angulaires périodiques (ceci ayant déjà été réalisé,,par exemple pour les accouple-
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ments de moteurs dans le premier brevet frs.iic3.is cité) mais ...o malus
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par des moyens tels que le corps tournant garde également la possibilité de s'orienter à la demande des effets gyroscopi-
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ques.au C....6 d'un Chi:U.::;
o,1eIt d'orientation,ceci dans le but d'éviter les vibrations qui peuvent provenir d'un balourd dy- nique,ill60 si l' équilib¯re,ge statique est bien X4ÉX réali- sé. En conséquence l'invention prévoit des moyens pour que le corps tournait reste pivoté en un point de l'axe qui l'en- traîne,ce point étant avantageusement.mais non obligatoire-
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mont, le ceAre de i- ,rz,vit6 du corps tournant .
Il n'est pas z:écesfi.ire toutefois que ce pivotage soit obtenu par des orgenes de liaison rigides* Si les organes élastiques de suspension servant à remplir les autres buts de 1'invention sont également utilisés pour le centrage et le pivotage du corps tournant,et si ce cépage a lieu au centre de gravité du corps tournant de masse m,à la vitesse angulaires ,pour un déplacement radtal de ce point, il naît la force centrifuge m#2r.
Pour qu'on puisse considérer que. le corps reste pivoté, il faut que le rappel élastique radial Kr produit soit supé. rieur à m#2r. Donc la dureté radiale des mdyens 'employés
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doit être supérieure a m W 2 aveo tl1 la plus grande vitesse possible df-utilisation.Ceoi est la première condition de%pi.. votemer:t,çui caractérise la suspension selon l'invention.Elle exprime que la dureté radiale doit être au-dessus d'un cer- tain minimum .
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Pour mieux oomprandre les autres cararistiques de l'invention,on va décrire ci-après de façon détaillée une apr'licaticn ri.rticuliére :
La fig.l représente en coupe transversale'une "casserole" d'hélice suivait le terme courant de métier.L'expérience mon-
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tre que cet organe malgré sa légéreté,à cause de son grand porte-à-flaux ei, avant,joue À/r81e dans ,l'inertie tournante créée par l'hélice,et que sa présence peut'provoquer des vi- brations dangereuses de l'ensemble.L'invention consiste.ici
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à la suspendre élastiqueme4tpar rapport à l'hélice en pre- nant les précautions voulues pour que cette suspension soit efficace pour l'isolement vibratoire dans la, rotation même.
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Sur cette figure on voit en 1 la casserole,en 2 une rotu- le qui fixe son point A'sur l'axe AG qui est l'axe de rota-
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tion 'de l'hélice $. G est le ceee de grsAté de la cassero- le seulement en position de repos,en l'absence de vibrations; 4 est le moyeu de l'hélice et 3 et 3' sont des supports élas-
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tiques,par exemple en caoutchouc adhérent,axialogues va ceux décrits dans le brevet belge déposé le 16 Mars 1937 N 420357 pdur "Perfectionnements aux dispositifs de fixation des mo- teurs à explosion et arialogues"
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Sdielit t et 9 les distances marquées sur la figure ; 1* le moment d'inertie de la casserole tournant autour de l'axe AG ou Ox ; 11 son moment d'inertie autour d'un axe quelcon- que passant par G et perpendiculaire à AG ;
et # représen- tant les angles-caractérisait l'oscillation de la casserole
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suivant les axes Ox et Oy (fig.1t). les ouations qui régis- sent"les petits mouvements de vibration d3±Éasserole(en 10ab- seonôe-de pe/turbations extérieures) sont ma 2)40 dt2 -1 .d ' + d 2 ..: ma2 W 2) - dt <ici+ mA?>±li + Io .--- <kid2 - ma?w 2>y Ih' 2 rl(--¯.
I + i g d2 . ma2 GU Z ) p =0 dt2 dt 3 est la dureté radiale de l'ensemble des supports élasti- ques 3 et 3'; ces équations supposent essentiellement le corps pivoté en A et elles permettent de déduire les pulsa-
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tions propres u11 et tu de la casserole.Ces pulsations pro- pres,à cause des termes gyroscopiques, qui sont :
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0(o dans la nremiere équation et dt + I@#d# dans la seconde équation, dépendent
0 dt
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de la vitesse de rotatîon,almro que dans les problèmes de suspension traités jusqu'à présent, cela n'avait pas lieu .
Pour #1 et #2 .on trouve ;
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Toutes les fois que lv , et 2 sont différents de il z'y a pas de résonuiCQ à ci,3,lndre qui vienne entre tenir les V4brz7.tions. LI coza 4:-te donc a déterminer l'arrange- ment géométrique Ue la suspension et egalonent la dureté K
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de naniere qu'aucune résoz.wr.ce n' interc3enra dans le. gamme des valeurs CIO CO du domaine d'utilisation "du moteur .
En écrivsL1..t que w ; I,^r trouve la conditior4 p ,2 Yd 22 - I 1 + 2rla +1 0
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cc qui définit une certaine résonance basse,de pulsation soit
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w ' . 2n écrivait que == W on trouve ; 2 zip 2ina 1 ' ce qui définit une résor.attce élevée,soit W En outre la stabilité du montage sous l'action de la for- ce Celtri±-"U,;e exige que : ###2 ma même ,a rlus gr.z.des vitesses de rotation .
Soit' alors la. plue faible vitesse ariffulaire de l'hélice et Co 1 lus
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invertioi, consiste alors à réaliser une suspension avec KI et d suivait trois solutions à choisir .Dans la prie- mière on a : jazz Kd2 II + ¯2ma2 . +1 Kd2 m 2 I- 1 + 2ma - z0
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, 2 ##3- > w 2 (3) ma2 m Daxls la seconde on a :
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, : ". 'd2 il.+ 2m a2 m2 Dans la troisième , on a :
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:',,Kd.,.*.: . , , d2 .r-.. < 2.
"-I+2ma -*I- r 2 ,, , .. 2 -+" W ma 111
La troisième solution est presque imnossible à réaliser vu l'écart ' pratiquement important qui existe entre #r et ± ' m
La deuxième solution conduit à exiger des raideurs très
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grandes des supports élastiques et pa.r oonséquer-t aussi une construction de la easserole très rigide , pesante,etc, de
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.sorte qu'elle n'est pas très intsrespar.te comme prix de re- vient .
La première solution estau contraire tout à fait dans
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l'esprit de l' invehtionr et permet de tirer le maximum de pro- fit de'l'emploi de supports élastiques . Il est à remarquer qu'en pratique il est aisé d'obtenir que 11et 10 soient du même ordre de grandeur. Dans cee conditions il est aisé de satisfaire aux trois relations (1) (2) et (3) de la crémière
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solution en faisant ma2 petit ou i;ul (point de 'Oivotemer.t rapproché du centre de gratte),auquel cas les deux conditions (2) et (3) sont satisfaites d'un bloc et il suffira .'ensuite
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de choisir la raideur K assez fqible pour que la condition ( I ait lieu , Dans ces conditions , sous sa forme préférée,l'in- vention est caractérisée par les trois points principaux :
(a)le corps tournant est pivoté près de son centre de gravité
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(b)le dessin géométrique de la c,àcserolo est tel que les deux moments d'inertie xI 1 et 10 soient à peu près égaux ,cette condition pouvant notamment a'tre satisfaite à l'aide de cyon- trepoids judicieusement ,l!:l.c(3s .
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te) la dureté des Po1 élastiques est choisie assez bas- se pour que la plus- ">asse fréquence des fréquences propres du SY3-;;,.1C eli rotation t(:"ùe att-dessous du ra1el,ti pratique de l' arbre entraîneur .
Le pivotement prévu on A ou en G peut être réalisé par des moyens.connus quelconques,des rotules notamment.Les sup-
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ports é1âs:.iQues 3 sont également de type quelconque et par exemple , de celui (..écrit dans le brevet belge 420357 déjà cite.Ils seront désignés par exemple sur la fig.l" en 31 32
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33 . " .3é .
L'analyse qui -orge montre que les conditions à rem-olir pont d'autant plus faciles à réaliser que le pivotement a lieu plus près du centre de gravité.Pour les corps à grande
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ir.ertie toi.rr,a:.te,cels que les hélices d'avions,ceci impose d'une façon presque ...'tsolue le pivotement au centre de gra- vité lui-même.L'invention vise alors des moyens perfectionnés consistant da-r,s 1'emnioi d'organes uniques pour assurer à la fois le pivotement et l'élasticité permettant les déplace- ments angulaires du corps 1 tourr.ùrt , l...
Î'ii.2 montre une disposition où une casserole d'hélice I est suspendue en son centre de gravité G,ce dernier réglé
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au moyen du contrepoids I!,grâce à une seule rotule 6 consti.- tuée par du caoutchouc adhérent entre deux armatures sphéri- ques.Ainsi les mouvsfments a1.,gulaires ,suivw,t q' sur la fie;.2 sont très aisés ,et les mouvements rectilignes suivait z z' deviennent très difficiles du fait de la grande raideur à l'écrasement du montage en caoutchouc employé .
La fig.3 montre une disposition analogue,mais appliquée
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à une hélice 5 dont le centre de gravité est en G,entrairée par ur. moteur '7,avec la même rotule en caoutchouc adhérent 6 que dan3 la fi.".2.Cette rotule travaillant suivar.t les dépla- cenents linéaires de G parallèles à Oy,oZ est soufttlse à la condition déjà énoncée d'une raideur capable de s'opposer à la force centrifuge sur l'héHco er:tiére à toutes les vitesses.
Suivant les replacements Il,culireq etf, pl1i' est soumi- se aux conditions exprimées par les formules (1) et (2) données plus haut .
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LL coivïerdra de choisir la valeur du rappel élastique de façon telle que la fréquence propre d'oscillation angu- laire suivant ces deux directions,soit suffisamment basse pour remplir la condition de. "bouchon" par rapport à la plus basse fréquence qui puisse exciter ou provoquer le change- ment de plan de l'hélice,celle par exemple due au passage des pales en face d'un obstacle,tel que :un bord d'attaque d'ai-
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le,un mât,etc,la dite fréquence étant par conséquent égale au produit du nombre de tours minimum au ralenti de l'hélice par le nombre de pales .
Mais si l'on envisage la rotation ,proprement dite qui entraîne l'hélice autour de l'axe Ox,cet-
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te rotation comporte des pulsations dues r..otamment à 1' irrê- gularité du couple moteur,auquel cas on doit exiger que la rotule de caoutchouc,considérée comme accouplement élastique
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d'entraînement entre le moteur et 1",olicEN, ,ait également des propriétés de "bouchon" pour les vibrations qui l'obligent à satisfaire aux conditions énoncées précisément dans le brevet cité en premier lieu .
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On notera encore que l'hélice,si elle est bips.le,au lieu d'un simple moment d'inertie I aura deux moments d'inertie différente Il 1 et 1"1 autour d'axes tels que Oy , Oz tour-
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nuant avec l'hélice , cyÉui complique,dans le cas d'une telle. hélice fl'analyse donnée pour le cas de la casserole d'hélice.
Un de ces moments I' i sera très sensibleme égal a 10 et l'au tre Ilt1 sera négligeable devo,rvt le premier.La condition (i) pour une hélice bipale deviendra alors sensiblement : d,2 fCm. 2 ###w : z0 K1d2 représente la dureté angulaire de la rotule élastique et sera alors notablement plus difficile à satisfaire,surtout si l'on tient compte de la condition de stabilité : @KI/m > #m2 est cette fois la dureté de la rotule pour un déplacement linéaire de G suivant Oy Oz . Pour toutes ces raisons,les héli-
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ces tribales pour lesquelles 71 1" = ,16 ' * 1", * ¯¯¯ 2
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doivent être nettement préférées au point de vue de l'isole- ment vibratoire .
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La discussion cui précède montre que les organes d'aocou- ^'.^r,.¯t concc;.tràs on ui-e porte de rotule d'après l'invention doivent satisfaire à des conditions très différentes de dure.. té pour les déplacements linéaires Oy Oz sans parler des dé- placements Ox ,et pour les déplacements angulaires 'autour de Oy Oz par rapport aux déplacements de rotation autour de Ox.
C'est pourquoi l'invention prévoit toute une série de moyens afin de doser ces curetés d'une façon indépendante.Les fig.
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4 lx 12 mortrei,t des exe.arnles de réalisation .
Soit C1la dureté angulaire pour une rotation telle que
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autour de 3 nv Oz et t Cola dureté angulaire pour la rctatior. autour de 1.'xie d'entraînement Ox ; la fig.4 montre ane disposition vue eu coupe transversale dans le plan zOx où par suite des formes avec rebords données aux armatures
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..1! ""lliqueE 8,9 la. mwsse hachurée 10 représentant le caout- Cl? UC> est rendu plus graz.d nettement que 0 .
La fig.5 représente au contraire une disposition vue cet-
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tc fois en coupe euivatle plan yOz perpendiculaires l'axe de rotation,où C0 est nettement plus grand que C1 la masse de caoutchouc ayant la forme d'une courbe polaire dentelée .
La fig.6 montre une disposition analogue à celle de la fig.5 où l'emploi de billes 11 ou de cales donne une raideur
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infinie â l'entraînement autour de7ox (a0 infini) .
La fig.7 représente une disposition en coupe z0x,où un feuilletage avec des plaques métalliques 12 rend la rotule très rigide pour des déplacements linéaires suivant Oz Oy
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Sf..J,S changer les valeurs de' Ca et CI , Dans toutes ces àispositions±,toute liaison rigide entre le moyeu et les pales d'hC"Licog est rendue impo3Sible . L'in- vontion prévoit; alors des variantes d'application qui permet.. ter,t de conserver le moyeu disponible pour divers mécanismes tels que celui des hélice? pas variable,par exemple .
La fig. 8 montre une réalisation qui reprend celle de la fig.l avec une rotule 13 en G et les supports élastiques mon- tés sur une zone spgérique latérale ,
La fig.9 montre une réalisation déduite de,la fig.8 par
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le remplacement de la rotule' par un guidage sphérique laté-
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ral 14 doué'des"n8meyÉropriétés géométriques .
Les fig.10 et 11 donnent des moyens 'beaucoup plus sim-
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ples^d'obtenir ce guidage soit d'une façon approximative (fig.10) en raidissant par de^ feuilletages 15 le support é.. lastique en caoutchouc,soit d'une façon l'igoureuse(fig.11) en immergeant dans le caoutchouc des billes 11 venanten con- tact avec les armatures et empêchant notamment l'écrasement du caoutchouc 10 sous l'action de la traînée de l'hélice.
Les dispositions décrites fig.4,5 et 6 pour doser la va- leur relative des raideurs C0, ci ) etc,s'appliquent natu- rellement aussi au cas des dispositifs a rotule excentrée tels que fig.8 ,.9 10 et 11 .
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La fig.12 donne une disposition,a titre d'exemple,dont il n'est pas nécessaire d'exposer à nouveau le fonctionnement; c'est l'application du dispositif de la fig.4 . rotule excen- trée .
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Une 'El.]:plication particulière de l'invention a tratr aux avions multimoteurs'et notamment bi- et quadrimoteurs.Si l'on considère un avion 'bimoteur,par exemple,dont les hélices sont suspendues selon l'invention,il en résultera qu'au cours d'un virage,le plan des hélices va s'incliner à la demande des
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forces gyroscop1ques--st que par conséquent la direction de trayon va,pour chaque hélice ;
l1lo!.ter ou baisser suivait le sens de rotation de l'hélice.Il y a intérêt à profiter de cet effet pour faire incliner l'avion au cours du virage pour éviter le dérapage dû à la force centrifuge.il suffit de donner aux deux hélices 16 et 17,de part ot d'autre de la car-
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lingue 18,un sens de rotation oppos'é,qui soit celui des flè- ches sur la fig.13 pour l'avion vu de l'avant.Ceci permet de demander moins de gauchissement au cours d'un virago,sinon de supprimer entièrement ledit gauchissement.
REVENDICATIONS.
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1 ..Suspensionn élastiques de (,,orns animés d'un mouvement . de rotation,tels que des casseroles d'hélices d'avions des hélices elles-mêmes ou analogues,caractérisées par un isole-
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ment' angulaire du corps tournant nar rapport à des iJ':1ulAios' ar.gulaires pér.iod7.ÇUPC:
Lu cor Ûl. rojéàt,,- de'
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s'd-rie.fer la enunaf 9 effets gyroscopiqueS"',a..1.1. cas d'un changement d'orientation,dans le but d'éviter des vibrations..
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pouvajit provenir d'w. balourd statique ou dynamique,cet iso..
lement étant obtenu par deamoyens maintenant le corps tour- nant pivote en un ppint de l'axe d'entraînement,ce point étar.t de ")référer.ce identique au centre de gratte du corps tournait ou voisin de co centre , 20-Mode de réalisation des moyens permettant l'isolement
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angulaire du corps tournant par rapport â de5'ÎmpU1Sions a.n- gulaires suivant 1 revendication 1 ,caractérisé en ce que cesmoyens présentent la forme d'une rotule ou d'un organe analogue permettant.audit corps de pivoter autour de ladite ,rotule en un point de l'axe d'entraînement qui est de préfé.. renée la centre de gravisé dudit corps .
3 -Mode de réalisation de suspensions élastiques'-suivant
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la revendication 1 càractérisé en ce que 1eyÉôrganes élasti- nues de sup'!')e".S1)n servant t a. remplir d'autres buts sont égale- @
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utilisés pour 10 ce±rg6 et le pivotage du corps tour- :.x:.t,àe préférei.ce a son centre de grqLté,en choisissant la dureté radiale élastique de ces organes de suspension supé- , rieure à la force centrifuge développée pour la plus grande vitesse d'utilisation possible .
4 -Application d'une suspension élastique suivant les re-
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vendicationa 1 â 3, à une casserole d'hélice suspendue élas:- tique;ne]t par ra.^or4 à. 1'iiélice,caractérisée en ce qu'un joint à rotule,dont le point de pivotement est situé sur l'axe de rotation de l'hélice,relie cet axe avec la casserole.
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.5 -Sus?ei.sion él .^,;.;ue d'une casserole d'hélice suivant la r,3vd"ication 4" , caractérisée en ce que le corps tournant est pivote prés de s'en centre de gratti'é.
6 -Susoei:sior, élastique suivalt la revendication 40,,qu- ractérisée en ce que la durpto des supports élastiques est choisie assez basse pour que la plus basse des fréquences propres du système en rotation tombe au-dessous du ralenti
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oratiç.-1e de l'arbre er.tr4.ir.eur , 7'- Suspeneion élastique suivant la revendication 4,oJca... ractérisée en ce que la forme de la casserole est choisie
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telle 'que son moment d'inertie pour sa rotation autour de l'a' xe d'entraînement,ainsi que son moment d'inertie autour d'un
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axe.quelconque"passait par le centre de grattié 'et Derpondiou- laire , 1 axe d'entratnemaiit to 3ert sensiiàement égaux cil uti. lis&1' par exemple des coptrepoids judicieusemet placés.
815-Suspension élastique suivant la. revendication 1 ap- pliquée à des corps à gr.ande inertie de rotation,tels que des hélices d'avion ou analogues,caractérisée en ce qu'un organe unique assure à la fois le pivotement et l'élasticité permet- tant des déplacements angulaires du corps tournant .
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9"'-Suspension élastique suivant la revendication 8 ap- pliquée à une casserole d'hélice,caractérisée en ce que -cette casserole est suspendue en son centre de grattée"grâce â une seule rotule en caoutchouc adhérettbentre deux armatures sphé- riques,un oontrepoids étant prélj6pour équilibrer la cassero- le de manière à faire coïncider le centre de gravité de cel- le-ci et le centre de suspension .
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10 -Suspexsion élastique suivant la revendication 8 ap- pliquée à une hélice d' avion,caractérisée en ce que cette hé- lice est montée sur l'axe d'entraînement par une rotule en caoutchouc adhérent entre deux armatures,l'ensemble jouant
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le r.8::1;,e d' 6'1c'cGl1lplemer.t élastique "bouchon" pour les pulsa- tions 'du couple' moteur .
11 .Susper3sions élastiques suivant les revendications 8 â liDX caractérisées en ce que les armatures métalliques en- tre lesquelles est disposé le caoutchouc adhérerit,ont dei re- bords donnant une plus grande dureté angulaire autour de directions perpendiculaires a, l'axe de rotation ,1' orboJ.e d' c,c- souplement concentré sous forme de rotule présente des coridi- tiens de dureté différentes suivant les diverses directions de déplacements angulaires ou linéaires .
12 Suspensions élastiques suivait l'une des revendica- tions 8 à 10,caractérisées en ce que la masse de caoutchouc
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(quand on la, voit dans le 1-: perpendiculaire à 1' xi= de ro- tation) a la formé d'une courbe polaire dentelée,de aorte que
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la dureté angulaire pour la rotation autour dé l'axe d, e;,tj,;,t, nemen est nettement plur- grjnde vue la. dureté w,ul8.ire tour une rotation autour de direo'.ioi;r perpendiculaires h l' :
c
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,e rot4tiOY4 ,
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13 -Suapez.eiais élastiques EuivUJ.t la revendication 80 caractérisées en ce que des 'billes ou des, cales-glissières sont disposées en divers points des armatures donnait une rai-
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deur infinie z, l' en tr. aize.ez.t autour de l'axe de rotation.
14"-Suspens ion élastique ouivar.t la revendication 8 ,ca.. ractérisée en ce que la musse élastique de, la rotule est feuilletée par interposition de plaques métalliques,ce qui a Tour effet de rendre la rotule très rigide pour les déplace- ments linéaires suivit une ou plusieurs directions,sans
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C'l".<',J.Cer les v[',le'J.:::
'F1 des duretés angulaires 13 -suspei.sioi, élastique suivant la revendication 1 tca- racé-riséa ei, ce que la liaison élastique est déportée par rapport au ce*tre de gravité , 15 -S1.1.s'PeLsio!. élastique suivait la revexiation 16 ca- ractérisée par une rotule disposée au centre de gravité et des supports élastiques montés dans une zône sphérique laté.. rale, ur. guidage sphérique latéral pd@want être combiné avec les supports latéraux,et ceux-ci pouvant être munis d'un feuil- letage de raidissement'.
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17 e..Suspey,sion élastique suivant la revendication 1150 caractérisés par des supports élastiques sphériques latéraux- contenant des 'billes ou cles noyées dans la caoutchouc,venant en contact des armatures et empêchant l'écrasement du caout- chouc sous.l'action de la traînée de l'hélice ,
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180-Suer,ersior, élastique suivatt'la revendication 1 ou .... ;c ''I:...'\.\ ........ l'une des re-,endicztiors suivantes,appliquée à uu avion à eux hélices et caractérsée en ce que ,pour faire, incliner . l'avion au cours d'un virage,pour éviter le dérapage dû à la
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f o- ce cei-trifuE;
681es deux hélices de part et d'autre de la ca@ingue sont ises en rotation opposée,ce''qui permet de ré- @
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duite oonsidérablenent la gauchissement ou-de le supprimer entièrement,puisque ces hélices,du fait de leur suspension et lastique ,inclÚ101.t leur p1à1; au cours du Virage à la demande des forces gyroecopiques .