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HELICE A REGLAGE AUTOMATIQUE DES PAIES.
Les systèmes d'hélices connus jusqu'ici pour maintenir automatique- ment le régime du moteur en vol sont conçus de manière telle que le pilote con- trôle l'organe de réglage changeant l'angle de calage des pales soit directe- ment soit par l'intermédiaire d'un servo-dispositif. Le dispositif de réglage peut être monté soit à part et disposé alors sur le moteur, soit immédiate- ment sur l'hélice. Pour l'ajustage de l'hélice dans sa position de résistan- ce minimum il est indispensable que le pilote actionne un mécanisme particu- lier plaçant les pales d'hélice en cette position et qu'il interrompe pour ce- la l'allumage du moteur.
Ce dispositif amenant les pales de l'hélice dans la position de résistance minimum constitue, de règle, un élément indépendant disposé, d'une part, à la portée du pilote dans l'avion et, d'autre part, sur le moteur à proximité de l'hélice. Il est évident que le dispositif sus- mentionné n'est pas de nature à donner entière satisfaction aux exigences modernes pour tous régimes de vol en tant que dépendant, à une mesure consi- dérable, de l'attention et de l'expérience du pilote.
La présente invention a pour objet une hélice susceptible de maintenir un régime constant du moteur de manière à ce que le nombre de tours corresponde toujours à la plus parfaite utilisation possible du moteur et soit altéré automatiquement à la suite de tout changement de rendement du moteur occasionné par un changement de l'admission de combustible ayant pour consé- quence un changement du moment de torsion, les pales de l'hélice assumant au- toinatiquement à l'interruption de l'allumage du moteur leur position de résis- tance minimum et inversement au démarrage du moteur se déplaçant hors de-cet- te position dans la position fondamentale respective.
Pour accomplir les fonctions sus-mentionnées il ne faut aucune commande ou force supplémentaire, les dites fonctions étant réalisées automa- tiquement avec un effort minimum de la part du pilote. Simultanément il est possible, avec un choix convenable de la position des pales d'hélice, à une
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admission minimum déterminée dé gaz, d'atteindre un effet de freinage requis de l'hélice/poussée négative/, ce qui est désirable au vol en piqué et au roulement à l'atterrissage.
La construction de l'hélice est conçue de manière à permettre l'u- sage de deux hélices à réglage automatique à¯sens inverses de rotation et placées sur un arbre commun.. Une telle disposition présente, comme il est bien connu, les avantages suivants:
Amélioration du rendement de l'hélice, élimination des moments gyroscopiques et du moment de réaction de l'hélice, élimination du tourbil- lon agissant sur les surfaces de queue et possibilité d'usage des unités mo- trices importantes même dans les avions monomoteurs.
La réalisation constructive d'une hélice à réglage automatique des pales est subdivisée, à titre d'en faciliter l'explication du fonctionnement, en trois parties principales-formant, cependant, une entité intégrale, soit:
1. un dispositif pour maintenir automatiquement constant le régi- me une fois choisi du moteur,
2. un dispositif d'ajustage automatique de la pale en position de résistance minimum en cas d'arrêt du moteur, et
3. un dispositif rendant possible le changement des tours de l'hé- lice conformément au'.changement de la puissance du moteur à la suite d'une admission variée du combustible au moteur.
Les dessins annexés illustrent dans les
Fig. 1 une disposition schématique de l'hélice susceptible de maintenir automatiquement pendant le vol un régime constant du moteur;
Fig. 2 un ressort télescopique du dispositif régleur de l'hélice;
Fig. 3 une disposition schématique de l'hélice susceptible de main- tenir au vol un régime constant du moteur et à son arrêt d'ajuster automati- quement les pales dans leur position de résistance minimum;
Fig. 4 les caractéristiques du dispositif de réglage de l'hélice au régime minimum de croisière et maximum du moteur ;
Fig. 5 un détail du dispositif causant l'ajustage des pales d'hé- lice dans la position de résistance minimum;
Fig. 6 les positions de la pale d'hélice au démarrage de l'avion, à la vitesse minimum. et en position de résistance minimum.
1. Description. du dispositif de 1-'hélice--Pour maintenir automatiquement un régime constant du moteur (fig.1).
L'hélice consiste du moyeu 1 d'hélice fixé sur l'arbre du moteur entraînant la pale 2 d'hélice. La pale d'hélice est supportée de manière à pouvoir tourner autour de l'axe Y et est pourvue, à sa racine, d'une denture conique 3 et d'une bride 4 prenant appui des deux cotés aux roulements à bil- les. Le roulement à billes supérieur 16 est destiné à recevoir les forces centrifuges de la pale d'hélice ainsi que les moments de flexion et les ef- forts de cisaillement résultant sur la pale d'hélice par suite des forces aériennes. L'avantage de cet arrangement consiste, en dehors de la simplici- té de construction, dans le fait qu'un minimum relatif de résistance de frottement est obtenu lors de l'orientation de la pale d'hélice nécessitant donc un moindre effort de la part du dispositif de réglage.
A l'intérieur de la cavité de la partie inférieure de la pale d'hélice un poids 5 mobile est relié à la douille cylindrique 7 par l'inter- médiaire d'une bielle 6. La dite douille est tournable autour de l'axe X et entraîne l'engrenage conique 8 ainsi que l'engrenage 9 à denture droite.
L'engrenage 8 est en prise avec l'engrenage 3 conique de la pale d'hélice.
L'engrenage 9 est en prise avec le pignon 10 relié de manière fixe à l'une des extrémités du ressort 11 dont l'autre extrémité est reliée au pignon 12. Le pignon 12 est en prise avec le pignon 13 relié à l'une des extrémités
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d'une autre ressort 14 dont l'autre extrémité est fixée dans le moyeu 1.
La cavité du moyeu d'hélice est remplie d'huile servant d'une part au graissage des éléments mobiles et d'autre part en tant que remplissage de cataractes. A cet effet le poids 5 centrifuge est de forme cylindrique et se déplace avec un jeu peu important dans l'alésage prévu à la racine de la pale d'hélice, le dit,.Poids étant pourvu d'un passage 15 de dimensions adéquates pour faire passer l'huile. La fonction du cataracte ainsi formé sera expliquée ci-après plus en détail.
Dans la figo 1 les ressorts 11 et 14' sont illustrés en tant que ressorts plats, mais en réalité ces ressorts sont remplacés par des ressorts télescopiques illustrés en fig. 2. Ces ressorts comportent plusieurs éléments tubulaires insérés l'un dans l'autre et raccordés mutuellement aux extrémités de manière à transmettre le moment de torsion d'une partie de l'élément tubu- laire à l'autre.
Grâce à cette disposition il est possible d'obtenir une lon- gueur L de torsionnement très importante du ressort télescopique dans un es- pace compact, le longueur L égalant la somme des longueurs 1 des éléments in- dividuelso
Si l'hélice tourne autour de l'axe X de l'arbre moteur à une vi- tesse angulaire 0 1' une force centrifuge C1 = m.#1 R1 agit sur- le poids 5 (fig. 1), m étant la masse réduite du poids, R1 la distance du centre de gravité T du poids 5 de l'axe tournant Xo La force centrifuge C1 est en équi- libre avec la force P par laquelle le ressort agit sur les poids centrifuges.
Tant que l'avion est au repos, sa vitesse d'avancement V = 0, la vitesse angulaire de l'hélice tournante est W 1 et chaque porfile de l'hé- lice se déplace à une vitesse circonférentielle u 1 = # 1 r, avec un an- gle d'attaque correspondant, r étant la distance du profil respectif de,la pale de l'axe de rotation de l'héliceo Dans ce cas la puissance Nv absorbée de l'hélice est en équilibre avec la puissance Nm du moteuro
Au mouvement de l'avion la vitesse d'avancement s'additionne vec- toriellement à la vitesse circonférentielle des profiles individuels de l'hé- lice.
Ceci résulte en une diminution de l'angle d'attaque des profiles de l'hélice et par conséquent la résistance, la poussée de l'hélice et sa puis- sance absorbée N v étant moindres que celles de l'avion'au reposa Le nombre de tours du moteur ainsi déchargé s'augmente de n1 à n, de.sorte que la for- ce centrifuge C1 du poids 5 s'accroit à C2/ voir fig.4/. L'équilibre entre la force centrifuge C et la force du ressort télescopique P s'en trouvant troublé, la force résultante de déplacement S1 = C2-C1 amène le poids 5 en direction des forces centrifuges jusqu'à une distance R2 de l'axe tournant X.
Le déplacement du poids 5 dans la position R2 est lie par l'intermédiai- re de la bielle 6, douille 7,engrenages,8 et 3 à la pale d'hélice et cause ainsi un agrandissement de son angle de calageo L'agrandissement de l'angle de calage résulte aussi dans un accroissement de l'angle d'attaque et par- tant de la puissance absorbée par l'héliceo En conséquence, le nombre de tours du moteur s'abaisse de n2 à n1 et la vitesse angulaire de 1 'hélice de #2 à #1 Maintenant, à une vitesse V2 d'avancement de l'avion et à un nombre de tours n1 le poids 5 occupe une nouvelle position R2' dans laquel- le le dispositif de réglage de l'hélice doit se trouver en équilibre.
Afin d'assurer que le nombre de tours de l'hélice à la position nouvelle d'équili- bre du dispositif de réglage correspondant au régime modifié du vol reste constant, il faut que l'attitude de la force centrifuge C du poids 5 en fonction du rayon R soit identique avec l'attitude de la force de chargement des ressorts.
Cela signifie que pour une caractéristique choisie des ressorts
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du'dispositif de réglage seulement un régime prédéterminé de l'hélice peut être considéré,,,auquel la force centrifuge du poids 5 est à chaque position de celui-ci déterminé par sa distance R de l'axe tournant X en équilibre avec la force résultante P des ressorts télescopiques.
Lorsque l'avion passe du vol en palier à la montée, sa vitesse d'avance V2 diminue à la valeur V3' l'angle d'attaque des pales d'hélice s'accroît ce qui cause la résistance de l'hélice à monter et le nombre de tours du moteur tournant à plus haute charge de diminuer de n1 à n3' la for- ce centrifuge du poids 5 s'en diminue à la valeur C3/voir fig.4/ et la for- ce de déplacement S2 = C1 - C3 en résultant commence à déplacer le dit poids en direction vers l'axe de rotation X de l'hélice.
Le déplacement du poids s'effectuant actuellement sous l'influence de l'énergie potentielle des res- sorts tendus continue jusqu'à ce que le poids occupe sa position R3 La nou- velle position R3 du poids est celle à laquelle l'angle d'attaque de la pale d'hélice se réduit de manière à réaliser un abaissement de la puissance ab- sorbée par l'hélice, le nombre de tours du moteur s'en trouvant augmenté de n3 au nombre préalable de n1 Il ressort donc de la description précédente du fonctionnement du dispositif pour maintenir constant le régime choisi du moteur que ce dispositif est en principe un régleur indifférent à action di- recte.
Le poids centrifuge 5 du régleur aménagé au pied de la pale d'hé- lice sert en même temps en tant que cataracte, ayant pour effet de contribuer à l'amortissement des vibrations de torsion de la pale d'hélice résultant des influences perturbantes, par exemple sous l'influence du changement du moment de torsion du moteur au cours d'un tour ou lors des changements soudains du régime de vol.
2o Description du dispositif d'ajustage automatique de la pale d'hélice en position de résistance minimum à l'arrêt du moteur.
Ce dispositif se rattache immédiatement au dispositif précédent de maintien automatique d'un régime constant du moteure Pour les deux dispo- sitifs le moyeu d'hélice est disposé de manière à se composer essentielle- ment de deux parties, soit la partie extérieure 1 et la partie intérieure 17,/voir fig.3/. Dans la partie extérieure sont montées les pales 2 d'hélice ainsi que des parties du dispositif précédemment décrit pour maintenir con- stant le régime choisi du moteur. Les parties intérieures 17 sont consti- tuées par un cylindre creux à 7.'intérieur duquel sont prévues des rainures et surfaces coniques de fixage de l'hélice sur l'arbre moteur.
Le dit cy- lindre creux est muni à l'extérieur de deux faces de guidage, soit d'une face avant 18 et d'une face arrière 19La face arrière est disposée sur la bride 20 saillant hors de la partie arrière du dit cylindreo Un engrenage cylindrique 21 est prévu sur la bride 20 ainsi qu'un pivot 22 se déplaçant dans une rainure 23 disposée dans la partie extérieure du moyeu d'hélice.
Le dit pivot 22 se déplace alternativement vers les deux extrémités de la rainure 23, ces extrémités étant marquées a et bo/voir fig. 5/. L'engrenage cylindrique 21 se trouve en prise avec le pignon 24 attaché de manière fixe à l'une des extrémités du ressort 14.
Lorsque l'avion repose sur le sol avec moteur arrêté la pale d'hé- lice est en position de résistance minimum, soit en position I/voir fig.6/ et le pivot 22 se trouve appuyé en position a à l'extrémité de la rainureo Lorsque l'arbre moteur se met à tourner,, la partie intérieure 17 du moyeu d'hélice y fixée en est entraînée simultanément, tandis que la partie exté- rieure 1 est au début de ce mouvement immobile sous l'influence des forces d'inertie. Ce déplacement angulaire relatif de la partie intérieure du moyeu d'hélice par rapport à sa partie extérieure résulte en un mouvement rotatif du pignon 24 se trouvant en prise avec l'engrenage cylindrique 21.
A partir du pignon 24 fixé à l'une des extrémités du ressort 14, le mouvement rotatif est transmis, par l'intermédiaire du dit ressort 14, des pignons 13, 12 et
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du ressort 11 au pignon 10 en prise avec l'engrenage cylindrique 9. L'engre- nage cylindrique 9 est relié à la douille 7 d'entraînement de l'engrenage co- nique 8 et de la suspension de la bielle 25.
Le déplacement de la douille 7 et de l'engrenage conique 8 se trou- vant en prise avec la denture conique de la pale d'hélice 2 a pour effet le calage des pales d'hélice de la position I en position II /voir fig.6/ et le déplacement du poids 5 en direction vers l'axe de rotation X.
Le déplacement relatif de la partie intérieure du moyeu d'hélice par rapport à sa partie extérieure persiste jusqu'à ce que le pivot 22 arrive à la position marquée par l'autre extrémité b de la rainure 23.A cette posi- tion correspond la position actuelle II des pales d'hélice, c'est-à-dire la position dans laquelle la pale d'hélice est sous le moindre angle d'ajustage par rapport au plan de rotation de l'hélice. Les poids centrifuges 5 occupent dans ce cas une position, où le centre de gravité du poids se trouve le plus rapproché de l'axe de rotation, de manière à réduire la force centrifuge au minimum.
Lorsque le pivot 22 à l'intérieur de la rainure arrive à l'extrémi- té b de celle-ci, le mouvement relatif de la partie intérieure 17 du moyeu d'hélice par rapport à sa partie extérieure 1 se trouve terminé et toutes les deux parties continuent à tourner ensemble avec l'arbre moteur comme s'ils formaient une unité intégrale. Par le mouvement du pivot d'une extrémité de la rainure à l'autre et le déplacement des pales d'hélice de la position I dans la position II s'achève une des fonctions du dispositif de l'hélice pour le vol à résistance minimumo Le mouvement en palier ultérieur de l'avion et la marche du moteur actionnent le dispositif de l'hélice pour le maintien d'un régime constant du moteur comme décrit ci-dessus.
En position II des pales d'hélice la force résultante d'un ressort télescopique éventuellement prévu P11 se trouve en équilibre avec la force centrifuge C11 Au fur et à mesure de l'augmentation de la vitesse d'avance de l'avion l'angle d'attaque des pales d'hélice diminue amenant ainsi le nom- bre de tours du moteur à monter et la force centrifuge du poids 5 à augmenter.
La force de déplacement en résultant, soit S = C - C11 compense progressive- ment le nombre de tours du moteur en déplaçant angulairement les pales d'hé- lice, c'est-à-dire en agrandissant l'angle de calage jusqu'en position III correspondant à la vitesse maximum de l'avion/voir figo 6/.'L'autre fonc- tion du dispositif de l'hélice pour l'ajustage de la résistance minimun, soit le déplacement des pales d'hélice de la position III respectivement position II dans la position I s'effectue automatiquement dès l'arrêt du moteuro
Dès que le moteur de l'avion s'arrête soit sur le sol soit au vol, la partie moyenne du moyeu d'hélice s'arrête simultanément;
,, la dite partie étant fixée sur l'arbre moteur, tandis que la partie extérieure du moyeu d'hé- lice continue le mouvement sous l'influence des forces d'inertieo Le mouve - ment de la partie extérieure du moyeu d'hélice persiste jusqu'à ce que le pi- vot 22 arrive à l'autre extrémité à l'intérieur de la rainure. Ce mouvement relatif de la partie extérieure du moyeu d'hélice par rapport à sa partie in- térieure cause le pignon 24, ressort 14, pignons 13, 12, ressort 11, engrena- ges 10, 9, douille 7 avec engrenage conique 8 et la denture conique prévue sur la pale d'hélice à tourner et partant un calage des pales d'hélice d'une position quelconque dans la position I voir fig.6/.
Le déplacement des pales d'hélice des positions II ou III en position I achève l'autre fonction du dispositif de l'hélice pour l'ajustage des pales dans la position de résis- tance minimum. Le dispositif décrit ci-dessus fonctionne automatiquement et opère seulement au démarrage ou à l'arrêt du moteur. Durant le vol normal ce dispositif est hors d'action, le dispositif pour le maintien d'un régime constant du moteur restant toutefois en action.
3. Dispositif pour le changement automatique du nombre de tours du moteur conformément au changement du rendement du moteur parsuite d'une admission différente de combustible.
Le changement de l'admission du combustible au moteur amène un
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changement correspondant de la pression moyenne indiquée dans les cylindres et partant un changement de la puissance et du moment de rotation du moteur.
Le moment du moteur Mk est transmis de la partie intérieure du moyeu d'hé- lice à sa partie extérieure par l'intermédiaire du pivot 22 (voir le dispo- sitif décrit au chapitre 2). La force Pm avec laquelle le pivot opère au point de contact change en conformité avec la pression moyenne Indiquée dans les cylindres et donc aussi selon l'admission du combustible.
Le principe du dispositif changeant automatiquement le nombre de tours du moteur selon l'admission du combustible consiste en ce qu'un membre élastique 26 est interposé entre le pivot et la paroi de la rainure, le dit membre transmettant la force Pm du pivot à la paroi de la rainure et donc le couple du moteur de la partie intérieure à la partie extérieure du moyeu d'hélice. La force Pm au pivot 22 se trouve en proportion directe avec le couple Mk du moteur et à la compression du membre élastique 26.
Aux compres- sions différentes du membre élastique ou, en d'autres termes, à chaque posi- tion du dit pivot correspond la caractéristique respective du dispositif ré-=
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glet ","AÙ..régi-.6t:;.1L..la7.;p 'CÔ\11'à.:de¯'1a force C en "fonction 'de "la distance entre le centre de gravité du poids et l'axe de rotation, est linéai- re, c'est-à-dire déterminé par la formule:
C = K.R, K étant une constante dont la valeur change en fonction du nombre de tours et R étant la distance du centre de gravité du poids de l'axe de rotation o
La caractéristique du dispositif régleur sera choisie de telle façon à ce que à la vitesse de croisière (tours de croisière) le parcours de la force avec laquelle le ressort télescopique agit sur le poids soit identique avec le parcours de la force centrifuge;, c'est-à-dire que la for- ce de chargement des ressorts change en fonction du rayon R linéairement.
Le dispositif régleur est donc indifférent.
La fig. 4 fait ressortir les caractéristiques du dispositif ré- gleur aux régimes maximum, de croisième et minimum. Afin de réaliser une attitude indifférente de la caractéristique du dispositif régleur aux dif- férents nombres de tours, il faut que le parcours de la force de chargement du ressort change toujours avec le nombre de tours. A cet effet il faut ou bien changer convenablement la caractéristique des ressorts télescopiques ou bien poùvoir à une transmission de la force de chargement des ressorts ou bien par l'une et l'autre mesure. Le nombre de tours nouveau est alors automatiquement maintenu par le dispositif régleur de l'hélice sous tous régimes de vol tant qu'un changement du rendement du moteur ne se présente sous l'influence d'un changement d'admission de combustible.
Le changement du nombre de tours de l'hélice se fait automatiquement au changement de l'admission de combustible au moteur et dépend de la caractéristique du mo- teur de manière à assurer sa meilleure utilisation.
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REVENDI CATI ONS a
1. Hélice à réglage automatique des pales9 caractérisée par le fait qu'à l'effet du changement de 1?ajustage des pales (2) un régleur à action directe est prévu, consistant des poids centrifuges (5) se déplaçant
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à la partie inférieure des pales et reliés par 1-lintermédiaîre d'une trans- mission convenable., par exemple moyennant des bielles (6), engrenages (3,8,
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9 à 7.l.,21,2/) et ressorts (119 14) aux pieds des pales d'hélice de manière