Dispositif d'hélices sustentatrices, propulsives, stabilisatrices et parachutes, pour appa reils volants du type hélicoptère, à direction, propulsion et stabilisation, par inclinaison clans tous les sens. On peut considérer comme la solution la plus simple du problème général de la direc tion, propulsion et stabilisation des machines volantes du genre hélicoptère l'emploi d'un dispositif comportant deux hélices, tournant en sens inverses et que l'on puisse incliner par rapport à la verticale dans tous les sens.
L'emploi de deux hélices tournant en sens inverses a pour objet de s'opposer au mouvement de rotation sur lui-même, que prendrait l'appareil, sous l'influence de la réaction d'une hélice unique. On comprend, cependant, que ce dispositif ne suffit pas à lui seul, pour assurer la stabilité de l'orien tation. Il est évident; en effet, que les hélices ne peuvent être construites avec une perfec tion rigoureuse. et que, par conséquent, de petites différences dans leurs angles d'atta que peuvent subsister. Ces différences, entre les deux hélices tournant en sens inverses, entraînent forcément une rotation plus ou moins rapide de l'appareil sur lui-même.
D'autre part, pour effectuer les virages, l'ap- pareil. doit changer son orientation et il sera alors nécessaire de lui communiquer, à l'aide d'une commande spéciale, ce mouvement de pivotement.
Le dispositif d'hélices pour appareils du type hélicoptère, qui fait l'objet du présent brevet est destiné à résoudre pratiquement par sa seule action, les problèmes de: - Direction - Propulsion -- Stabilisation - Descente lente sans dépense de force motrice - Freinage du mouvement de descente à l'atterrissage - Stabilité d'orientation en employant pour obtenir ces effets respec tivement = Le décentrement de la poussée des hélices = La diminution ou augmentation simul tanée et dans le même sens du pas dans les deux hélices. - La vairiation des pas des hélices en sens contraires par gauchissement des pales de celles-ci.
D'une façon générale, nous entendons par gauchissement des pales d'une hélice, une action mécanique qui consiste à faire varier l'angle d'attaque des surfaces qui constituent les pales, de telle manière que cette varia tion affecte seulement une partie plus ou moins étendue de la surface totale desdites pales.
Nous appelons hélices à pas variable, des hélices construites de telle manière que l'on puisse diminuer ou augmenter leuës pas pen dant le vol, la variation réalisée à un mo ment donné, étant égale pour toutes les pales de l'hélice considérée.
Enfin; le gauchissement peut être fait de manière à avoir des effets inverses dans les hélices du système si, en même temps que l'on augmente par voie de gauchissement (c'est-à-dire partiellement) les angles d'atta que dans toutes les pales d'une hélice, on diminue de la même manière ces mêmes an gles dans l'autre hélice du système.
Le gauchissement effectué en faisant va rier en sens contraires la valeur du pas des pales de chaque hélice dans des régions oppo sées de celles-ci, permet d'excentrer la pous sée donnée par les hélices et, par conséquent, de faire naître un couple capable d'incliner l'appareil. De cette inclinaison résulte la naissance d'une composante horizontale de la poussée qui donne lieu à une translation dans un sens déterminé. Le problème de la pro pulsion et de la direction est donc résolu de cette manière.
Le problème de la stabilisation ne peut être résolu que par l'intervention d'un couple antagoniste qui s'oppose aux couples pertur bateurs dûs à toute action atmosphérique. Le gauchissement résout aussi, par conséquent, ce problème puisqu'il permet de faire appa raître le couple redresseur nécessaire.
La diminution, pouvant aller jusqu'au changement de sens, du pas des hélices, per met d'obtenir la descente lente sans dépense de force motrice, c'est-à-dire et) vol plané par rotation des pales en sens normal.
Pour que l'auto-rotation des hélices soit efficace, il faut qu'elle s'effectue suivant un régime correspondant à un angle d'attaque tel. que la relation entre la résistance à la rotation et la poussée axiale soit minimum, ou voisine du minimum, que l'on peut obte nir avec le profil adopté pour les pales. Pour que ce régime puisse s'établir on doit con server aux pales leur vitesse de rotation nor male, en diminuant instantanément leur angle d'attaque, et même en le renversant, avant que la vitesse de chute ne soit trop accélérée.
Cette diminution du pas dans toutes les pales permet donc bien d'obtenir le vol plané de l'appareil. Une augmentation brusque in verse permettra de freiner le mouvement de descente au moment de l'atterrissage.
Enfin, s'il existe une différence entre les angles d'attaque desdites hélices, il sera facile de la corriger cri augmentant le pas de l'Hé lice qui offre la moindre résistance à tourner et en le diminuant dans celle qui présente la résistance la plus grande. D'une manière analogue, il est évident que cette même ma- noeuvre peut donner naissance à une inéga lité qui permet de changer l'orientation de l'appareil dans les virages.
Ceci posé, nous allons indiquer, à titre d'exemple, une réalisation pratique de telles hélices. Le dessin ci-joint représente une coupe verticale de l'ensemble dans la partie centrale des hélices.
Le tube central 1, sert d'axe commun aux deux hélices 2 et 3, dont les moyeux 4 et 5 sont tourillonnés sur ce tube au moyen de roulements à billes G, 7, 8, 9. Le tube central est construit en deux pièces réunies par la pièce intermédiaire 10, qui sert en même temps de support aux pignons coni ques 11. Ces pignons invertissent le mouve ment de l'hélice 3, en le transmettant à l'hé lice 2 par l'intermédiaire des couronnes den tées 12 et 13.
Pour plus de clarté nous diviserons notre description de manière à indiquer séparément les organes qui commandent 1 L'excentrement de la poussée.
2 La variation simultanée du pas des hélices.
3 La variation en sens inverse du pas des hélices.
Ex;centrement <I>de la</I> poussée.
La tringle 14 est mobile dans tous les sens autour d'une suspension universelle 15; en 16 et 17 sont fixés deux anneaux por tant des bras 18, 19 qui traversent le tube central à travers des fentes et viennent se fixer dans les roulements à billes 20, 21.
L'anneau extérieur de ces roulements porte en face de chaque pale, une biellette 22, 23 qui lui est articulée. A son autre extrémité, cette biellette est unie par une autre articulation à des tiges 24, 25 qui peuvent coulisser à l'intérieur des longerons tubulaires 26, 27. Un câble 28, 29 qui com mande l'organe de gauchissement, est fixé à ces tiges. Nous rappellerons que par organe de gauchissement, nous désignons tout dis positif qui, par son action directe sur l'air, tend à augmenter ou à diminuer l'angle d'attaque ou la poussée de la pale dans la région dotée d'un tel dispositif.
Cet organe de gauchissement peut être réalisé de plusieurs manières équivalentes, par exemple, par une construction spéciale de la pale qui permet de faire varier la courbure de sa face dans une certaine région, ou bien par un aileron orientable, mobile autour d'un axe horizontal. Nous supposerons qu'on ait adopté ce dernier type et que la commande de cet organe au moyen d'un câble se fasse par l'intermédiaire d'une vis sans fin qui transforme la tension ou le relâchement du câble en mouvements de rotation de l'aileron.
Noirs ferons remarquer que ces vis sans fin doivent avoir des inclinaisons semblables dans l'hélice 2 et dans l'hélice 3 de manière que, à une tension du câble 28 (à gauche), et à un relâchement du câble 29 (à gauche), corresponde un mouvement en sens inverse dans les ailerons respectifs des deux hélices.
II est facile de comprendre que, si le pi lote manoeuvre la tringle 14 en l'inclinant dans un sens déterminé, par exemple à gauche, dans le plan du dessin, les angles d'attaque des pales de gauche devront diminuer, tandis que les angles d'attaque des pales situées à droite de l'axe devront respectivement aug menter.
Les biellettes 22, 23 doivent avoir leur articulation dans le roulement 20, libre et coulissante de cet anneau,- pour permettre l'excentricité du coussinet 20 dans n'importe quel sens sans gêner le mouvement de rota tion des hélices.
Diiiiiiaictioia oit augmentatiort simultanée <I>du pas</I> <I>des hélices.</I>
Le levier 30, à portée de la main du pilote, commande par l'intermédiaire d'une bielle 31, différents guides 32, 33, 34 unis entre eux par un ensemble de tiges 35, 36. Cette union a pour résultat que sous l'impul sion du levier 30, tout le système peut mon ter ou descendre en coulissant à l'intérieur du tube 1. Les guides 33 et 34 servent de support à la bague intérieure de roulements à billes 37, 38 par l'intermédiaire de bras qui traversent le tube central 1. Dans la bague extérieure de ces roulements sont arti culées en face de chaque pale, des biellettes 39, 40 dont l'autre articulation les relie aux pièces 41., 42 qui constituent des écrous dont le pas de vis est très long.
Les manchons 41, 42 portent à leur ex térieur des rainures rectilignes 43, 44 qui s'ajustent dans des rainures correspondantes d'un appui porté par le bras 46.
A l'intérieur de ces écrous 41, 42 pas sent les longerons 26, 27 qui sont filetés du même pas de vis.
On comprend donc que si le pilote ma- nceuvre le levier 30 de manière, par exemple, à faire monter les guides 33, 34 et avec eux, les roulements 37, 38, les biellettes 39, 40 obligeront les manchons filetés 41, 42 à s'approcher ou s'éloigner de l'axe de l'appa reil. Comme ces manchons ne peuvent tour ner sur eux-mêmes en raison des rainures 43, 44, c'est leurs vis, qui sont solidaires des longerons 26, 27 qui devront tourner sur elles-mêmes, en ',communiquant leur mouve ment à l'ensemble de la pale, ce qui produira une diminution ou une augmentation simul tanée du pas dans toutes les pales des deux hélices.
Variation <I>clic</I> 2)as <I>(les</I> hélices <I>en sens</I> irat;eî-se <I>par gauchissement.</I>
Nous avons déjà indiqué comment la commande du gauchissement périodique se faisait au moyen de la tringle 14. On re marquera en 47 un volant qui permet de faire tourner cette tringle 14 sur elle-même. Ce mouvement de la tringle est transformé par la vis 48 en un mouvement de montée ou de descente de l'ensemble de cette tringle. Les rotules 16, 17 sont alors obligés de les suivre dans ce mouvement, à même temps que les roulements 20 et 21.
Les biellettes 22, 23 transforment ce mouvement vertical en un déplacement horizontal des tiges 24, \215. Si, par exemple, la tige 14a monté, les tiges 24, 25 se seront rapprochées de l'axe de l'appareil en produisant dans tous les câ bles une tension. Nous avons déjà expliqué que cette tension se traduit dans l'hélice 2, par une augmentation partielle de l'incidence des pales et dans l'hélice 3, par une dimi nution de ladite incidence. On aura donc obtenu la variation du pas des hélices eu sens inverses par gauchissement.
De la disposition générale qu'indique le dessin, on déduit que les commandes de ces différentes actions sont complètement indé pendantes les unes des autres. D'autre part, nous n'avons pas représenté dans la figure ci-jointe, l'ensemble des pales qui sont cons truites et soutenues selon les principes bien connus, employés dans la construction des aéroplanes.
Device for lifting, propelling, stabilizing and parachute propellers, for helicopter-type flying devices, with steering, propulsion and stabilization, by tilting in all directions. The simplest solution to the general problem of the direction, propulsion and stabilization of flying machines of the helicopter type can be considered as the use of a device comprising two propellers, rotating in opposite directions and which can be tilted in relation to the helicopter. vertically in all directions.
The use of two propellers rotating in opposite directions is intended to oppose the rotational movement on itself, which the apparatus would take, under the influence of the reaction of a single propeller. It will be understood, however, that this device is not sufficient on its own to ensure the stability of the orientation. It is obvious; indeed, that propellers cannot be constructed with rigorous perfection. and that, consequently, small differences in their angles of attack that can remain. These differences, between the two propellers rotating in opposite directions, inevitably lead to a more or less rapid rotation of the device on itself.
On the other hand, to make turns, the device. must change its orientation and it will then be necessary to communicate to it, using a special command, this pivoting movement.
The propeller device for helicopter-type devices, which is the subject of this patent is intended to solve practically by its sole action, the problems of: - Direction - Propulsion - Stabilization - Slow descent without expenditure of motive force - Braking of the descent movement on landing - Stability of orientation by employing to obtain these effects respectively = The decentering of the thrust of the propellers = The simultaneous decrease or increase and in the same direction of the pitch in the two propellers. - The variation of the pitch of the propellers in opposite directions by warping of the blades thereof.
Generally speaking, by warping of the blades of a propeller we mean a mechanical action which consists in varying the angle of attack of the surfaces which constitute the blades, in such a way that this variation affects only a more part. or less extent of the total surface of said blades.
We call variable-pitch propellers, propellers constructed in such a way that one can decrease or increase their pitch during flight, the variation achieved at a given time being equal for all the blades of the propeller considered.
Finally; the warping can be done in such a way as to have opposite effects in the propellers of the system if, at the same time as one increases by way of warping (that is to say partially) the angles of attack that in all the blades of a propeller, these same angles are reduced in the same way in the other propeller of the system.
The warping effected by making the value of the pitch of the blades of each propeller go in opposite directions in opposite regions thereof, allows to offset the thrust given by the propellers and, consequently, to create a torque. able to tilt the device. This inclination results in the birth of a horizontal component of the thrust which gives rise to a translation in a determined direction. The problem of propulsion and direction is therefore solved in this way.
The problem of stabilization can only be solved by the intervention of an antagonistic couple which opposes the disturbing couples due to any atmospheric action. The warping also solves this problem, therefore, since it allows the necessary rectifying torque to appear.
The reduction, which can go as far as the change of direction, of the pitch of the propellers, makes it possible to obtain slow descent without expenditure of driving force, that is to say and) gliding flight by rotation of the blades in the normal direction.
For the self-rotation of the propellers to be effective, it must be carried out at a speed corresponding to such an angle of attack. that the relation between the resistance to rotation and the axial thrust is minimum, or close to the minimum, which can be obtained with the profile adopted for the blades. In order for this speed to be established, the blades must be kept at their normal speed of rotation, instantly reducing their angle of attack, and even reversing it, before the fall speed is too accelerated.
This reduction in pitch in all the blades therefore makes it possible to obtain the gliding flight of the aircraft. A sudden increase in verse will slow down the descent movement at the time of landing.
Finally, if there is a difference between the angles of attack of said propellers, it will be easy to correct it by increasing the pitch of the propeller which offers the least resistance to turn and by decreasing it in that which presents the most resistance. bigger. In a similar manner, it is obvious that this same maneuver can give rise to an inequality which makes it possible to change the orientation of the apparatus in the bends.
This being said, we will indicate, by way of example, a practical embodiment of such propellers. The attached drawing represents a vertical section of the assembly in the central part of the propellers.
The central tube 1, serves as a common axis to the two propellers 2 and 3, the hubs 4 and 5 of which are journaled on this tube by means of ball bearings G, 7, 8, 9. The central tube is constructed in two parts joined by the intermediate piece 10, which at the same time serves as a support for the bevel gears 11. These gears reverse the movement of the propeller 3, transmitting it to the propeller 2 via the crowns 12 and 13.
For greater clarity we will divide our description so as to indicate separately the organs which control 1 The eccentricity of the thrust.
2 The simultaneous variation of the pitch of the propellers.
3 The variation in the opposite direction of the pitch of the propellers.
Ex; centering <I> of the </I> thrust.
The rod 14 is movable in all directions around a universal suspension 15; at 16 and 17 are fixed two rings por both arms 18, 19 which pass through the central tube through slots and come to be fixed in the ball bearings 20, 21.
The outer ring of these bearings bears, opposite each blade, a rod 22, 23 which is articulated to it. At its other end, this rod is joined by another articulation to rods 24, 25 which can slide inside the tubular side members 26, 27. A cable 28, 29 which controls the warping member, is fixed to these rods. We will recall that by warping member, we designate any positive say which, by its direct action on the air, tends to increase or decrease the angle of attack or the thrust of the blade in the region endowed with such device.
This warping member can be produced in several equivalent ways, for example, by a special construction of the blade which makes it possible to vary the curvature of its face in a certain region, or else by an orientable aileron, movable around an axis horizontal. We will suppose that this last type has been adopted and that the control of this member by means of a cable is done by means of an endless screw which transforms the tension or the relaxation of the cable into rotational movements of the cable. fin.
Blacks will point out that these worms must have similar inclinations in the propeller 2 and in the propeller 3 so that, at a tension of the cable 28 (on the left), and a relaxation of the cable 29 (on the left) , corresponds to a movement in the opposite direction in the respective ailerons of the two propellers.
It is easy to understand that, if the pilot maneuvers the rod 14 by tilting it in a determined direction, for example to the left, in the plane of the drawing, the angles of attack of the left blades will have to decrease, while the The angles of attack of the blades located to the right of the axis must respectively increase.
The rods 22, 23 must have their articulation in the bearing 20, free and sliding of this ring, - to allow the eccentricity of the bearing 20 in any direction without hindering the rotational movement of the propellers.
Diiiiiiaictioia has a simultaneous increase in <I> pitch </I> <I> of the propellers. </I>
The lever 30, within reach of the pilot, controls by means of a connecting rod 31, various guides 32, 33, 34 joined together by a set of rods 35, 36. This union results in that under the 'impulse of the lever 30, the whole system can move up or down by sliding inside the tube 1. The guides 33 and 34 serve as a support for the inner ring of ball bearings 37, 38 by means of arms which pass through the central tube 1. In the outer ring of these bearings are articulated opposite each blade, rods 39, 40, the other articulation of which connects them to the parts 41., 42 which constitute nuts with a screw thread is very long.
The sleeves 41, 42 carry on their exterior rectilinear grooves 43, 44 which fit into the corresponding grooves of a support carried by the arm 46.
Inside these nuts 41, 42 not feel the side members 26, 27 which are threaded with the same thread.
It is therefore understood that if the pilot operates the lever 30 so as, for example, to make the guides 33, 34 rise and with them, the bearings 37, 38, the rods 39, 40 will force the threaded sleeves 41, 42 to approach or move away from the axis of the appliance. As these sleeves cannot turn on themselves because of the grooves 43, 44, it is their screws, which are integral with the side members 26, 27 which will have to turn on themselves, by ', communicating their movement to the entire blade, which will produce a simultaneous decrease or increase in pitch in all the blades of both propellers.
Variation <I> clic </I> 2) as <I> (the </I> propellers <I> in direction </I> irat; eî-se <I> by warping. </I>
We have already indicated how the control of the periodic warping was done by means of the rod 14. We will mark at 47 a handwheel which allows this rod 14 to turn on itself. This movement of the rod is transformed by the screw 48 into an upward or downward movement of the whole of this rod. The ball joints 16, 17 are then obliged to follow them in this movement, at the same time as the bearings 20 and 21.
The rods 22, 23 convert this vertical movement into a horizontal movement of the rods 24, \ 215. If, for example, the rod 14a mounted, the rods 24, 25 will have moved closer to the axis of the apparatus, producing a voltage in all the cables. We have already explained that this tension is reflected in the propeller 2, by a partial increase in the incidence of the blades and in the propeller 3, by a decrease in said incidence. We will therefore have obtained the variation of the pitch of the propellers in reverse directions by warping.
From the general arrangement shown in the drawing, it can be deduced that the commands for these different actions are completely independent of each other. On the other hand, we have not shown in the attached figure, all the blades which are constructed and supported according to well-known principles used in the construction of airplanes.