FR2576872A1 - Helice avec fleche en extremite de pale a stabilite amelioree - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UNE HELICE AVEC FLECHE EN EXTREMITE DE PALE OU HELICE DITE "PROP-FAN", COMPRENANT UNE PLURALITE DE PALES ROTATIVES A FLECHE, A PROFIL AERODYNAMIQUE MONTEES A PIVOTEMENT SUR UN MOYEU POUR POUVOIR EXECUTER, PAR RAPPORT A CELUI-CI, UN MOUVEMENT DE CHANGEMENT DE PAS. CETTE HELICE EST CARACTERISEE EN CE QUE CHACUNE DES PALES 45 EST DEFINIE PAR UNE SERIE DE SECTIONS DE PROFILS AERODYNAMIQUES SUPERPOSEES, CES SECTIONS DE PROFILS AERODYNAMIQUES QUI SONT DISPOSEES DE MANIERE A S'ETENDRE RADIALEMENT VERS L'EXTERIEUR SENSIBLEMENT A PARTIR DU POINT MILIEU 80 DE L'ENVERGURE DES PALES, AYANT LEURS PORTIONS CONSTITUANT LE BORD D'ATTAQUE 75 ALIGNEES D'UNE MANIERE GENERALE DANS UN PLAN COMMUN.

Description

új 2576872

La présente invention concerne d'une manière généra-

le des hélices d'avion et plus particulièrement des hélices avec flèche en extrémité de pale, appelée encore "prop-fan",

tournant à grande vitesse.

On sait depuis longtemps que certains avions, tels que les avions commerciaux, peuvent être entraînés d'une manière plus efficace au moyen de turbopropulseurs qu'au moyen de turboréacteurs. Cependant, dans les années 50 les avions à turboréacteur ont commencé à remplacer les avions à hélice sur des trajets relativement longs à cause du faible coût et de la disponibilité du carburant pour le réacteur, ainsi que du bruit et des niveaux de vibrations relativement bas des moteurs à turboréacteur. L'accroissement important du prix du carburant dans les années 70 a amené l'industrie aéronautique à se tourner vers une nouvellle génération d'hélices pour accroître le rendement du fonctionnement d'avions commerciaux sur des trajets allant de 800 à 2900 kilomètres et h des vitesses comprises dans la gamme allant

de 0,7 Mach à 0,8 Mach. Puisque des moteurs capables d'en-

traîner ces avions tournaient à des vitesses beaucoup plus élevées que les moteurs du type turbopropulseur connus dans la technique, dont les pointes des hélices tournaient déjà à

des vitesses soniques9 le diamètre des hélices de la nouvel-

le génération a dû être réduit. Puisque les exigences en matière de traitement de l'énergie ont été considérablement accrues par rapport à la technique des turbopropulseurs, des facteurs de solidité ou coefficients de plénitude élevés (supérieurs à 1,0) à l'endroit de la racine des pales de l'hélice ont été exigés et par conséquent les hélices de la

nouvelle génération ont exigé un nombre relativement impor-

tant de pales à corde large. Pour réduire les pertes par compressibilité et par conséquent combler des pertes par

turbulence additionnelles, les pales de l'hélice de la nou-

velle génération ont dû être plus minces que les pales existantes. Une flèche des pales a été également exigée pour réduire le nombre de Mach effectif au bout des pales à une valeur inférieure à la valeur critique, tout en réduisant au minimum les niveaux de bruit des pales. L'hélice résultante

à flèche fortement chargée, à solidité élevée et à plu-

sieurs pales est considérée actuellement comme étant une hélice avec flèche en extrémité de pale ou "prop-fan" et elle est décrite dans le brevet US-4 171 183 ainsi que dans la revue " Américan Institute of Aeronautics and Astronau- tics " N 75-1208. Des perfectionnement apportés à ce type d'hélice sont également décrits dans les brevets US-4 258

246 et 4 370 090.

Les spécialistes de l'aérodynamique savent que le

battement constitue un problème potentiel dans le fonction-

nement d'un dispositif aérodynamique tel qu'une aile d'avion ou une pale d'hélice. Lors du fonctionnement à basse vitesse d'une pale d'hélice, cette pale peut vibrer suivant des

modes en torsion et en flexion à plat non couplés, ces vi-

brations étant amorties par l'hélice elle-même et la charge aérodynamique s'exerçant sur elle. Cependant à des vitesses

plus élevées les modes de vibrations en torsion et en fle-

xion à plat peuvent devenir couples entre eux, en extrayant

ainsi une plus grande énergie du courant d'air que lors-

qu'ils ne sont pas couplés. Cette extraction d'énergie ac-

crue peut se traduire par une vibration entretenue stable

ou, dans le cas d'un battement classique, par une extrac-

tion d'énergie dépassant celle qui est dissipée par l'amor-

tissement interne des pales, ce qui entraîne alors une vi-

bration d'amplitude croissante et finalement une défaillance

structurelle de la pale.

Bien que le battement classique soit toujours pris en considération lors de la conception et du développement d'hélices classiques, ce phénomène présente une importance toute particulière dans le cas d'hélices avec flèche en extrémité de pale puisque la flèche des pales d'une telle hélice augmente la tendance à un couplage entre le mode de vibration en flexion à plat, à l'endroit de la pointe de la pale, et le mode de vibration en torsion, ce qui accroit le

risque d'un battement classique à des vitesses de fonction-

nement élevées. En outre des modes de vibration individuels peuvent être caractérisés par une combinaison à la fois d'un mouvement de flexion et d'un mouvement de torsion qui peuvent se traduire par un battement à mode unique, è grande vitesse. Par conséquent un but de la présente invention est de fournir une hélice avec flèche en extrémité de pale améliorée caractérisée par un couplage réduit entre les mouvements vibratoires en torsion et en flexion à plat, à la fois pour des modes séparés qui tendent à se coupler, et pour des modes individuels qui contiennent des composantes à

la fois de mouvements de flexion et de mouvements de tor-

sion.

Un autre but de la présente invention est de four-

nir une telle hélice avec flbche en extrémité de pale dans laquelle un tel couplage réduit est obtenu en raidissant les

pales de l'hélice dans une direction le long du bord.

Ces buts sont atteints, suivant l'invention, en faisant en sorte que chaque pale de l'hélice avec flbche en

extrémité de pale présente un bord d'attaque qui, vu à par-

tir d'un emplacement situé à l'extérieur du milieu de celui-

ci, s'étend sensiblement dans un plan unique, en accrotssant

ainsi la raideur du bord de la pale et en réduisant la ten-

dance au couplage des modes de vibration de la pale en tor-

sion et en flexion à plat. Dans une forme d'exécution pré-

fér4e, le bord d'attaque du bout de la pale est prégauchi statiquement perpendiculairement b la corde locale, dans la

direction générale de la rotation de la pale. Dans les con-

ditions de fonctionnement les forces aérodynamiques s'aexer-

çant sur la pale tendent à redresser ce bout précambré si bien que la totalité du bord d'attaque, vu de l'extérieur, à partir du milieu de la pale,.s'étend essentiellement dans un seul et même plan dans les conditions de fonctionnement normales.

On décrira ci-aprbs,à titre d'exemples non limita-

tifs, diverses formes d'exécution de la présente invention,

en référence au dessin annexé sur lequel: -

La figure 1 est une vue en élévation, de face, d'une

hélice avec flèche en extrémité de pale suivant la techni-

que antérieure.

La figure 2 est une vue en perspective de l'hélice

de la figure 1.

La figure 3 est une vue en perspective d'une hélice

avec flèche en extrémité de pale suivant l'invention.

La figure 4 est une vue en plan de l'une des pales de l'hélice de la figure 3, prise dans la direction de la

ligne 4-4 de cette figure.

La figure 5 est une vue en élévation de l'une des

pales de la figure 3.

La figure 6 est une vue de côté de la pale de la

figure 5.

La figure 7 est une vue en coupe faite par les cen-

tres des cordes des sections de profil aérodynamique qui définissent la pale de la figure 6, et ce dans une direction perpendiculaire aux cordes de ces profils aérodynamiques, ainsi qu'il est représenté à titre d'exemple, par la ligne

7-7 de la figure 8.

Les figures 8 à 27 sont 'une série de vues des sec-

tions droites des coupes de profil aérodynamique qui, lorsqu'elles sont superposées, définissent les pales de l'hélice suivant l'invention, ces coupes étant en faites aux

endroits indiqués sur la figure 6.

La figure 28 est une vue en élévation d'une pale

d'une hélice avec flèche en extrémité de pale connue anté-

rieurement, dans une représentation graphique d'un premier

mode de résonance de cette pale.

La figure 29 est une vue semblable à celle de la figure 28 illustrant les effets du premier mode de résonance

sur l'une des pales de l'hélice suivant l'invention.

La figure 30 est une vue semblable à celle de la

figure 28 montrant les effets d'un quatrième mode de réso-

nance sur une pale d'une hélice avec flèche en extrémité de

pale suivant la technique antérieure.

La figure 31 est une vue semblable à celle de la

figure 29 illustrant les effets du quatrième mode de réso-

nance sur la pale de l'hélice avec flèche en extrémité de

pale suivant l'invention.

Si on se réfère aux figures 1 et 2, on y voit une hélice avec flèche en extrémité de pale suivant la technique antérieure, laquelle comprend un moyeu 15 sur lequel sont montées une pluralité de pales 20 pivotant par rapport à ce moyeu pour assurer une variation du pas. Le moyeu 15 est

recouvert d'un capot 25 et d'une nacelle 30 qui sont confor-

més de manière à réduire la vitesse effective de l'écoule-

ment de l'air au voisinage immédiat du capot et de la nacel-

le, ce qui a pour effet de maintenir une vitesse effective, à travers les sections internes des profils aérodynamiques

des pales, égale ou inférieure au nombre de Mach critique.

D'autres détails relatifs à la forme et ê la structure de l'hélice avec flèche en extrémité de pale 10 se trouvent dans les brevets US-4 171 183, 4 358 246 et 4 370 097, ainsi que dans la revue " Américan Institute of Aeronautics and

Astronautics " NO 75-1208 ainsi qu'il a été indiqué pré-

cédemment. Comme on peut mieux le voir si on se reporte à la pale 20' représentée dans la position "11 heures" de la figure 2, chaque pale présente un bord d'attaque qui est

incurvé vers l'arrière (pour les raisons exposées précédem-

ment) et elle est également incurvée dans une direction circonférentielle généralement opposée è la direction de la rotation de l'hélice, indiquée par les flèches 35 Il en est

ainsi pour satisfaire aux desiderata aéroacoustiques d'a-

voir chacune des sections externes tournant è grande vitesse décalée vers l'arrière, parallèlement à la direction locale

de l'écoulement d'air qui décrit un trajet hélicoïdal dif-

férent à l'endroit de chaque section radiale. On a montré

qu'une vibration à plat des bouts des pales 20 peut se tra-

duire par une vibration en torsion couplée de ces pales dans certaines conditions de fonctionnement. Si on considère la pale 20', on conçoit qu'un déplacement des bouts des pales

perpendiculairement aux cordes locales de celles-ci contri-

bue, du fait du décalage vers l'arrière du bord d'attaque de la pale et de sa courbure dans une direction opposée è la

direction de rotation, à créer une torsion de la pale au-

tour des centres de gravité des profils aérodynamiques qui définissent la pale. Ainsi on peut voir qu'une vibration à plat peut, dans certaines conditions de fonctionnement, être couplée avec une vibration en torsion de la pale, ce qui entraîne le risque d'un battement classique et d'une rupture mécanique de la pale. Suivant l'invention la tendance au couplage entre les modes de vibration de la pale en flexion à plat et en torsion est notablement réduit par une modification de la

superposition des sections de profil aérodynamique qui for-

ment la pale de l'hélice avec flèche en extrémité de pale.

Si on se réfère à la figure 3, on peut voir que l'hélice suivant l'invention, qui est indiquée dans son ensemble par la référence 40, comprend une pluralité de

pales 45 montées à pivotement sur un moyeu 50, pour permet-

tre une variation du pas des pales, le moyeu 50 étant recou-

vert d'un capot 55. Ainsi qu'il est représenté sur la figure 3, les parties externes, dans le sens radial, des pales 45 sont généralement minces et en flèche vers l'arrière comme cela est bien connu des pales d'une hélice avec flèche en

extrémité de pale. Les pales sont également fortement char-

gées et elles définissent cumulativement un facteur de soli-

dité ou coefficient de plénitude supérieur à 1,0 à l'en-

droit de leurs racines et inférieur à 1,0 à l'endroit de leurs bouts, cela étant également conforme à la technique

bien connue des hélices avec flèche en extrémité de pale.

Cependant, à la différence des pales de l'hélice convention-

nelle représentée sur les figures 1 et 2, les profils aéro-

dynamiques qui forment les pales 45, sont superposées de telle façon que pour chaque pale la partie externe du bord d'attaque soit située sensiblement dans un seul plan. Cette caractéristique est la mieux représentée dans les vues à plus grande échelle de l'une des pales sur les figures 4 et 5. Si on se réfère à ces vues, on peut voir que la pale 45 comporte une base ou "racine" 60 relativement épaisse qui est effilée radialement vers l'extérieur en direction d'une partie extrême mince 65 comportant un bout libre 70. Le bord d'attaque de la pale est représenté en 75, le point milieu de ce bord d'attaque (situé environ au milieu de l'envergure de la pale) étant indiqué en 80. Ainsi qu'il a été indiqué précédemment, il convient de noter que la partie du bord d'attaque 75 s'étendant entre le point milieu 80 et le bout se trouve sensiblement dans un seul et même plan. Ceci contraste avec les pales des hélices avec flèche en extré- mité de pale connues antérieurement (la partie externe, vue dans le sens radial, d'une telle pale étant représentée,

sur la figure 4, par la ligne en tirets 85) dans lesquel-

les le bord d'attaque de chaque pale est incurvé dans une direction généralement opposée à la direction de la rotation

de la pale (représentée là encore par la flèche 35). Cepen-

dant il y a lieu de noter que le bord d'attaque de la partie

extrême de la pale 45 peut être légèrement prêgauchi stati-

quement dans une direction généralement perpendiculaire é la

corde locale se trouvant au bout 70. L'amplitude du prégau-

chissement du bout 70 de la pale est généralement de l'ordre de 1 % à 5% de l'envergure de la pale et ce prégauchissement

permet la flexion de la partie extrême de la pale sous l'ac-

tion des forces aérodynamiques s'exerçant sur la pale, afin de maintenir la partie extrême du bord d'attaque de la pale dans le même plan que le reste de la partie externe du bord d'attaque. Si on se réfbre à la figure 6, on y voit une vue en élévation latérale d'une pale 45 é plat, c'est-àdire en supprimant la torsion, conjointement avec les emplacements de plusieurs emplacements (indiqué par STA) le long de l'envergure de la pale. Les nombres associés aux divers

emplacements STA indiquent les distances, en unité de lon-

gueur égales à 2,54cm, entre l'extrémité interne, dans le sens radial du longeron, de la pale et en direction de l'extérieur, jusqu'au bout de la pale. Par conséquent on comprendra que la pale représentée sur la figure 6 mesure approximativement 54 x 2,54cm c'est-à-dire 137cm du bout de

la pale à l'extrémité du longeron de la pale.

Si on se réfère aux figures 8 à 27, on y voit une famille de profils aérodynamiques résultant de la coupe de

la pale 45 par des plans latéraux aux emplacements STA indi-

qués sur la figure 6. Les intersections des axes représen-

tés sur chacune des figures 8 h 27 définissent l'axe de changement de pas ACP de la pale. Les listes des tableaux

ci-après correspondent aux coordonnées des sections de pro-

fils aérodynamiques. Dans chaque tableau l'angle BA corres-

pond à l'orientation angulaire de la corde du profil aérody- namique à partir d'un plan d'empilage de référence, LEA est une mesure de la distance entre le bord d'attaque du profil aérodynamique et l'axe de changement de pas ACP, Z est une mesure de la corde à partir de l'axe de changement'de pas

ACP, C est l'emplacement de la face arrière du profil aéro-

dynamique mesuré perpendiculairement à partir d'un emplace-

ment correspondant sur la corde et F est l'emplacement de la

face avant du profil aérodynamique mesuré perpendiculaire-

ment à partir d'un emplacement correspondant sur la corde (voir la figure 12). Il y a lieu de noter que toutes les mesures données dans les tableaux I à XX sont exprimées en

unité de longueur valant chacune 2,54cm. (les. correspon-

dants à des virgules; par-exemple. 2450 correspondant à

0,2450).

TABLEAU I

STA 11.10 BA 75.86 LEA 8.199

-Z- -C- -Z- -F-

-8.1302.1725 -8.1273.2450

-8,0714.2423 -8.0714.3071

-7.9539.3441 -7.9539.4002

-7.7580.4718 -7.7580.5127

-7.4152.6349 -7.4152.6502

-6.9255.8416 -6.9255.8237

-6.2399 1.1010 -6.2399 1.0484

-5.2604 1.4359 -5.2604 1.3407

-4.2810 1.7391 -4.2810 1.6224

-2.3221 2.2521 -2.3221 2.1972

-.3632 2.6288 -.3632 2.7650

1.5957 2.8229 1.5957 3.2132

3.5545 2.7735 3.5545 3.3676

5.5134 2.4744 5.5134 3.1589

7.4723 1.9223 7.4723 2.5036

9.4312 1.1129 9.4312 1 4060

10.4106.5939 10.4106.7534

10.9003.2902 10.9003.4062

11.1942.0996 11.1942.1927

11.3814 -.0219 11.3820.0544

TABLEAU II

STA 13.50 BA 75.68 LEA 9.479

-Z- -C- -Z- -F-

-9.4249.0598 -9.4227.1946

-9.3528.1206 -9.3528.2495

-9.2362.1906 -9.2362.3100

-9.0418.2772 -9.0418.3796

-8.7017.3874 -8.7017.4620

-8.2157.5220 -8.2157.5580

-7.5354.6849 -7.5354.6726

-6.5635.8775 -6.5635.8073

-5.5915 1.0404 -5.5915.9235

-3.6477 1.3005 -3.6477 1.1271

-1.7039 1.4855 -1.7039 1.3058

2399 1.5728.2399 1.4413

2.1838 1.5310 2.1838 1.4913

4.1276 1.3709 4.1276 1.4265

6.0714 1.0808 6.0714 - 1.1861

8.0152.6230 8.0152.7245

8.9871.3157 8.9871.4220

9.4731.1323 9.4731.2479

9.7647.0207 9.7647.1464

9.9462 -.0483 9.9454.0860

TABLEAU III

STA 15.50 BA 75.19 LEA 10.462

-z- -c- -z -F-

-10.4138.0187 -10.4096 o1826

-10.3355.0741 -10.3355.2289

-10.2186.1333 -10.2186.2763

-10.0237.2070 -10.0237.3295

-9.6827.3021 -9.6827.3908

-9.1954.4169 -9.1954.4591

-8.5133.5555 -8.5133.5390

-7.5389.7172 -7.5389.6287

-6.5645.8509 -6.5645.7026

-4.6156 1.0520 -4.6156.8202

-2.6667 1.1744 -2.6667.9025

-.7178 1.2067 -.7178.9351

1.2311 1.1260 1.2311.8922

3.1799.9455 3.1799.7792

5.1288.6767 5.1288.6010

7,0777.3332 7.0777.3713

8.0521.1353 8.0521.2414

8.5394.0314 8.5394.1738

8.8317 -.0310 8.8317.1333

9.0107 -.0692 9.0093.1086

ZS76872

TABLEAU IV

STA 18.50 BAe 73.85 LEA 11.763

-Z- -C--Z- -F-

-11.7222 -.0339 -11.7148.1889

-11.6330.0197 -11.6330.2270

-11.5130.0717 -11.5130.2615

-11.3129.1376 -11.3129.2981

-10.9628 -.2249 -10.9628.3369

-10.4626.3309 -10.4626.3765

-9.7624.4586 -9.7624.4204

-8.7620.6076 -8.7620.4650

-7.7617 -.7292 -7.7617.4991

-5.7610.9056 -5.7610.5504

-3.7603 1.0058 -3.7603.5801

-1.7595 1.0239 -1.7595.5802

2412.9443.2412.5351

2.2419.7777 2.2419.4513

4.2426.5370 4.2426.3416

6.2433.2381 6.2433.2242

7.2436.0733 7.2436.1673

7.7438 -.0081 7.7438.1465

8.0439 -.0570 8.0439.1340

8.2272 -.0868 8.2248.1265

TABLEAU V

STA 21.50 RA 71.71 LEA 12.741

-Z- -C- -Z- -F-

*-12.7039.0114 -12.6951.1388

-12.6058.0379 -12.6058.1686

-12.4813.0840 -12.4813.1935

-12.2739.1435 -12.2739.2184

-11.9108.2245 -11.9108.2416

-11.3921.3245 -11.3921.2623

-10.6659.4452 -10.6659.2822

-9.6286.5874 -9.6286.297q

-8.5912.7037 -8.5912.3073

-6.5164.8718 -6.5164.3202

-4.4417.9689 -4.4417.3217

-2.3670.9881 -2.3670.3083

-.2922.9162 -.2922.2703

1.7825.7626 1.7825.2150

3.8573.5386 3.8573.1535

5.9320.2544 5.9320.1056

6.9694.1011 6.9694.0975

7.4881.0244 7.4881.0934

7.7993 -.0216 7.7993.0910

7.9896 -.0497 7.9867.0895

TABLEAU VI

STA 24.50 BA0 69.28 LEA 13.254

-Z- - C -- - -p-

-13.2141.1373 -13.2047 -.0166

-13.1146.1769 -13.1146.0026

-12.9862.2165 -12.9862.0196

-12.7723.2695 -12.7723.0365

-12.3978.3432 -12.3978.0512

-11.8629.4340 -11.8629.0632

-11.1139.5422 -11.1139.0716

-10.0441.6690 -10.0441.0752

-8.9742.7720 -8.9742.0757

-6.8344.9202 -6.8344.0758

-4.6946 1.0093 -4.6946.0666

-2.5549 1.0309 -2.5549.0489

-.4151.9735 -.4151.0182

1.7247.8425 1.7247 -.0196

3.8644.6446 3.8644 -.0561

6.0042.3868 6.0042 -.0589

7.0741.2430 7.0741 -.0603

7.6090.1710 7.6090 -.0609

7.9300.1279 7.9300 -.0614

8.1267.1014 8.1238 -.0616

TABLEAU VII

STA 27.00 BA 67.34 LEA 13.313

-Z -- -- -Z- -F

-13.2704.3199 -13.2587 -.1989

-13.1711.3520 -13.1711 -.1880

-13.0403.3867 -13.0403 -.1767

-12.8222.4352 -12.8222 -.1646

-12.4407.5040 -12.4407 -.1542

-11.8956.5876 -11.8956 -.1467

-11.1324.6850 -11.1324 -o1436

-10.0423.7971 -10.0423 -.1434

-8.9521.8867 -8.9521 -.1437

-6.7717 1.0122 -6.7717 -.1400

-4.5913 1.0918 -4.5913 -.1466

-2.4109 1.1159 -2.4109 -.1581

-.2305 1.0754 -.2305 -.1762

1.9498.9699 1.9498 -.200n

4.1302.7997 4.1302 -.2268

6.3106.5659 6.3106 -.2485

7.4008.4260 7.4008 -.2465

7.9459.3531 7.9459 -.2455

8.2729.3105 8.2729 -.2450

8.4735.2844 8.4709 -.2446

TABLEAU VIII

STA 29.00 8AO 65.85 LEA 13.147

-Z- -C- -2- -F-

-13.1043.4930 -13.0911 -.3741

-13.0043.5212 -13.0043 -.3681

-12.8721.5531 -12.8721 -.3606

-12.6517.5991 -12.6517 -.3520

-12.2661.6649 -12.2661 -.3446

11.7153.7431 -11.7153 -.3396

-10.9440.8312 -10.9440 -.3377

-9.8423.9305 -9.8423 -.3366

-8.7406 1.0086 8.7406 -.3346

-6.5371 1.1166 -6.5371 -.3253

-4.3336 1.1884 -4.3336 -.3269

-2.1301 1.2138 -2.1301 -.3300

0733 1.1860.0733 -.3352

2.2768 1.1008 2.2768 -.3467

4.4803.9530 4.4803 -.3673

6.6837 -.7357 6.6837 -.3948

7.7855.5987 7.7855 -.4102

8.3364.5234 8.3364 -.4105

8.6669.4782 8.6669 -.4106

8.8699.4505 8.8672 -.4107

TABLEAU IX

STA 32.00 BA 63.73 LEA 12.560

-Z- -C- -Z- -F-

-12.5203.7784 -12.5072 -.6718

-12.4159.8052 -12.4159 -.6694

-12.2828.8351 -12.2828 -.6655

-12.0610.8788 -12.0610 -.6609

-11.6728.9408 -11.6728 -.6582

-11.1182 1.0119 -11.1182 -.6567

-10.3418 1.0906 -10.3418 -.6582

-9.2327 1.1782 -9.2327 -.6592

-8.1236 1.2430 -8.1236 -.6552

-5.9053 1.3279 -5.9053 -.6385

-3.6870 1.3904 -3.6870 -.6376

-1.4688 1.4132 -1.4688 -.6321

7495 1.3956.7495 -.6252

2.9677 1.3301 2.9677 -.6246

5.1860 1.2085 5.1860 -.6388

7.4043 1.0166 7.4043 -.6707

8.5134.8897 8.5134 -.6939

9.0679.8139 9.0679 -.6981

9.4007.7697 9.4007 -.7007

9.6052.7420 9.6027 -.7022

TABLEAU X

STA 35.00 BA 61.65 LEA 11.521

-Z- -C- -Z- -F-

-11.4878 1.0954 -11.4769 -1.0064

-11.3784 1.1239 -11.3784 -1.0044

-11.2464 1.1512 -11.2464 -1.0019

-11.0266 1.1923 -11.0266 -.9996

-10.6419 1.2500 -10.6419 -1.0006

-10.0922 1.3161 -10.0922 -1.0033

-9.3228 1.3873 -9.3228 -1.0075

-8.2235 1.4639 -8.2235 -1.0086

-7.1242 1.5181 -7.1242 -1.0033

-4.9257 1.5866 -4.9257 -.9855

-2.7272 1.6400 -2.7272 -.9867

-.5287 1.6552 -.5287 -.9810

1.6698 1.6350 1.6698 -.9736

3.8683 1.5745 3.8683 -.9720

6.0668 1.4675 6.0668 -.9834

8.2653 1.3021 8.2653 -1.0096

9.3645 1.1944 9.3645 -1.0193

9.9142 1.1305 9.9142 -1.0241

10.2439 1.0921 10.2439 -1.0270

10.4461 1.0686 10.4439 -1.0237

TABLEAU XI

STA 38.00 BA 59.62 LEA 9,937

-Z- -C- -Z- -F-

-9.9089 1.4088 -9.9015 -1.3346

-9.7990 1.4347 -9.7990 -1.3315

-9.6713 1.4596 9.6713 -1.3285

-9.4584 1.4952 -9.4584 -1.3254

-9.0859 1.5446 -9.0859 -1.3247

-8.5538 1.5016 -8.5538 -1.3265

-7.8088 1.6635 -7.8088 -1.3318

-6.7446 1.7295 -6.7446 -1.3334

-5.6803 1.7741 -5.6803 -1.3265

-3.5518 1.8338 -3.5518 -1.3137

-1.4232 1.8746 -1.4232 -1.3128

7053 1.8807.7053 -1.3065

2.8338 1.8564 2.8338 -1.3001

4.9624 1.7993 4.9624 -1.2996

7.0909 1.7064 7.0909 -1.3106

9.2194 1.5713 9.2194 -1.3354

10.2837 1.4864 10.2837 -1.3430

10.8158 1.4375 10.8158 -1.3468

11.1351 1.4082 11.1351 -1.3490

11.3298 1.3903 11.3281 -1.3504

TABLEAU XII

STA 41.00 BAO 57.73 LEA 7.748

-Z- -C--Z- -F-

-7.7225 1.6569 -7.7167 -1.5929

-7.6183 1.6788 -7.6183 -1.5904

-7.4987 1.6992 -7.4987 -1.5874

-7.2993 1.7284 -7.2993 -1.5837

-6.9503 1.7685 -6.9503 -1.5811

-6.4519 1.8147 -6.4519 -1.5799

-5.7540 1.8654 -5.7540 -1.5814

-4.7570 1.9186 -4.7570 -1.5807

-3.7601 1.9560 -3.7601 -1.5747

-1.7661 2.0088 -1.7661 -1.5670

2278 2.0358.2278 -1.5596

2.2217 2.0360 2.2217 -1.5506

4.2156 2.0126 4.2156 -1.5427

6.2095 1.9635 6.2095 -1.5418

8.2035 1.8872 8.2035 -1.5529

10.1974 1.7813 10.1974 -1.5821

11.1943 1.7162 11.1943 -1.5933

11.6928 1.6795 11.6928 -1.5988

11.9919 1.6575 11.9919 -1.6022

12.1727 1.6441 12.1715 -1.6042

TABLEAU XIII

STA 43.50 BA* 56.42 LEA 5.431

-Z- -C- -Z- -F-

-5.4080 1.7746 -5.4034 -1.7182

-5.3127 1.7922 -5.3127 -1.7168

-5.2033 1.8089 -5.2033 -1.7139

-5.0210 1.8329 -5.0210 -1.7102

-4.7020 1.8661 -4.7020 -1.7073

-4.2463 1.9051 -4.2463 -1.7055

-3.6084 1.9493 -3.6084 -1.7068

-2.6970 1.9972 -2.6970 -1.7081

-1.7856 2.0261 -1.7856 -1.7013

0372 2.0719.0372 -1.6956

1.8600 2.0921 1.8600 -1.6867

3.6828 2.0917 3.6828 -1.6780

5.5055 2.0714 5.5055 -1.6708

7.3283 2.0303 7.3283 -1.6700

9.1511 1.9669 9.1511 -1.6804

10.9739 1.8782 10.9739 -1.7068

11.8853 1.8244 11.8853 -1.7165

12.3410 1.7945 12.3410 -1.7213

12.6144 1.7765 12.6144 -1.7241

12.7780 1.7658 12.7769 -1.7258

TABLEAU XIV

STA 46.00 BA 55.40 LEA 2.625

-Z- -C- -Z- -F-

-2.6052 1.8050 -2.6009 -1.7576

-2.5215 1.8195 -2.5215 -1.7580

-2.4260 1.8336 -2.4260 -1.7565

-2.2667 1.8540 -2.2667 -1.7548

-1.9880 1.8826 -1.9880 -1.7550

-1.5899 1.9156 -1.5899 -1.7546

-1.0325 1.9504 -1.0325 -1.7524

-.2362 1.9882 -.2362 -1.7485

5601 2.0141.5601 -1.7479

2.1527 2.0525 2.1527 -1.7435

3.7453 2.0704 3.7453 -1.7377

5.3379 2.0710 5.3379 -1.7314

6.9304 2.0540 6.9304 -1.7259

8.5230 2.0210 8.5230 -1.7251

10.1156 1.9678 10.1156 -1.7323

11.7082 1.8935 11.7082 -1.7521

12.5045 1.8480 12.5045 -1.7565

12.9026 1.8238 12.9026 -1.7587

13.1415 1.8093 13.1415 -1.7600

13.2820 1.8007 13.2809 -1.7608

TABLEAU XV

STA 47.50 BA 54.95 LEA.693

-Z- -C- -Z- -F-

-.6760 1.7855 -.6725 -1.7455

-.5999 1.7990 -.5999 -1.7448

-.5144 1.8116 -.5144 -1.7435

-.3719 1.8291 -.3719 -1.7414

-.1225 1.8535 -.1225 -1.7405

2338 1.8799.2338 -1.7380

7327 1.9071.7327 -1.7363

1.4453 1.9387 1.4453 -1.7343

2.1579 1.9669 2.1579 -1.7362

3.5831 2.0021 3.4831 -1.7351

5.0084 2.0191 5.0084 -1.7312

6.4336 2.0189 6.4336 -1.7260

7.8588 2.0051 7,8588 -1.7216

9.2841 1.9774 9.2841 -1.7207

10.7093 1.9299 10.7093 -1.7261

12.1345 1.8649 12.1345 -1.7416

*12.8472 1.8253 12.8472 -1.7430

13.2035 1.8043 -13.2035 -1.7437

13.4172 1.7917 13.4172 -1.7442

13.5409 1.7844 13.5393 -1.7444

TABLEAU XVI

STA 49.00 BA 54.62 LEA -1.430

-Z- -C- -Z- -F-

1.4424 1.7294 1.4450 -1.6981

1.5101 1.7423 1.5101 -1.6963

1.5842 1.7535 1.5842 -1.6967

1.7077 1.7684 1.7077 -1.6952

1.9240 1.7885 1.9240 -1.6950

2.2328 1.8109 2.2328 -1.6938

2.6653 1.8383 2.6653 -1.6965

3.2830 1.8665 3.2830 -1.69633.9008 1.8904 3.9008 -1.6967

5.1363 1.9192 5.1363 -1.6954

6.3718 1.9338 6.3718 -1.6918

7.6074 1.9315 7.6074 -1.6868

8.8429 1.9209 8.8429 -1.6826

10.0784 1.8984 10.0784 -1.6819

11.3139 1.8576 11.3139 -1.6859

12.5495 1.8023 12.5495 -1.6901

13.1672 1.7677 13.1672 -1.6922

13.4761 1.7504 13.4761 -1.6933

13.6614 1.7401 13.6614 -1.6939

13.7661 1.7342 13.7650 -1.6943

-TABLEAU XVII

STA 50.50 BAO 54.95 LEA -3.737

-Z- -C- -Z- -F-

3.7475 1.6643 3.7493 -1.6398

3.8039 1.6749 3.8039 -1.6375

3.8653 1.6842 3.8653 -1.6369

3.9676 1.6962 3.9676 -1.6365

4.1466 1.7116 4.1466 -1.6341

4.4023 1.7296 4.4023 -1.6326

4.7603 1.7507 4.7603 -1.6344

5.2718 1.7725 5.2718 -1.6337

5.7832 1.7904 5.7832 -1.6336

6.8060 1.8130 6.8060 -1.6351

7.8289 1.8290 7.8289 -1.6341

8.8518 1.8290 8.8518.6320

9.8746 1.8240 9.8746 -1.6322

10.8975 1.8088 10.8975 -1.6334

11.9203 1.7781 11.9203 -1.6389

12.9432 1.7338 12.9432 -1.6370

13.4546 1.7039 13.4546 -1.6361

13.7103 1.6889 13.7103 -1.6356

13.8638 1.6800 13.8638 -1.6353

13.9472 1.6751 13.9460 -1.6351

26 2576872

TABLEAU XVIII

STA 52.00 BA 54.51 LEA -6.231

-Z- -C- -Z- -F-

6.2398 1.5528 6.2412 -1.5332

6.2827 1.5595 6.2827 -1.5325

6.3300 1.5655 6.3300 -1.5319

6.4089 1.5741 6.4089 -1.5311

6.5470 1.5866 6.5470 -1.5300

6.7442 1.6007 6.7442 -1.5295

7.0202 1.6163 7.0202 -1.5295

7.4146 1.6337 7.4146 -1.5298

7.8090 1.6472 7.8090 -1.5303

8.5978 1.6664 8.5978 -1.5311

9.3866 1.6776 9.3866 -1.5317

10.1754 1.6819 10.1754 -1.5325

10.9642 1.6796 10.9642 -1.5341

11.7530 1.6687 11.7530 -1.5367

12.5418 1.6473 12.5418 -1.5338

13.3306 1.6118 13.3306 -1.5350

13.7250 1.5898 13.7250 -1.5317

13.9222 1.5786 13.9222 -1.5300

14.0406 1.5719 14.0406 -1.5291

14.1002 1.5685 14.0989 -1.5286

TABLEAU XIX

STA 53.00 BA 54.32 LEA -7.987

-Z- -C- -Z- -F-

7.9937 1.4426 7.9946 -1.4263

8.0271 1.4474 8.0271 -1.4257

8.0646 1.4518 8.0646 -1.4250

8.1269 1.4580 8.1269 -1.4241

8.2361 1.4671 8.2361 -1.4229

8.3921 1.4774 8.3921 -1.4220

8.6104 1.4887 8.6104 -1.4213

8.9223 1.5015 8.9223 -1.4208

9.2342 1.5117 9.2342 -1;4208

9.8580 1.5267 9.8580 -1.4214

10.4818 1.5355 10.4818 -1.4218

11.1059 1.5394 11.1059 -1.4229

11.7294 1.5379 11.7294 -1.4222

12.3532 1.5287 12.3532 -1.4226

12.9770 1.5111 12.9770 -1.4233

13.6008 1.4820 13.6008 -1.4184

13.9127 1.4661 13.9127 -1.4150

14.0686 1.4584 14.0686 -1.4136

14.1622 1.4538 14.1622 -1.4128

14.2043 1.4518 14.2047 -1.4125

TABLEAU XX

STA 54.00 BAO 54.04 LEA 9.788

-Z- -C- -Z- -F-

9.7933 1.2873 9.7943 -1.2756

9.8176 1.2915 9.8176 -1.2754

9.8446 1.2955 9.8446 -1.2752

9.8895 1.3014 9.8895 -1.2750

9.9680 1.3101 9.9680 -1.2748

10.0803 1.3201 10.0803 -1.2752

10.2374 1.3306 10.2374 -1.2758

10.4619 1.3406 10.4619 -1.2767

10.6864 1.3460 10.6864 -1.2774

11.1354 1.3524 - 11.1354 -1.2786

11.5844 1.3610 11.5844 -1.2806

12.0334 1.3657 12.0334 -1.2830

12.4823 1.3673 12.4823 -1.2864

12.9313 1.3630 12.9313 -1.2802

13.3803 1.3505 12.3803 -1.2740

13.8293 1.3296 13.8293 -1.2677

14.0538 1.3161 14.0538 -1.2646

14.1660 1.3085 14.1660 -1.2631

14.2334 1.3037 14.2334 -1.2621

14.2595 1.3018 14.2579 -1.2618

L'amélioration des caractéristiques vibratoires de

l'hélice avec flèche en extrémité de pale suivant l'inven-

tion est illustrée sur les figures 28 à 31. La figure 28

représente les résultats de prévisions analytiques de vi-

brations vérifiées par des essais, d'une hélice du type "prop-fan" connue antérieurement. Dans cet essai une hélice

en titane ayant un diamètre de 61cm est entraînée en rota-

tion à 8636 tours par minute et les lignes 100 joignent les points soumis au même mouvement de vibration sur les bords d'attaque et de fuite de la pale, à un premier point de résonance de 180Hz. Il y a lieu de noter qu'au bout de la pale le décalage angulaire des lignes 120 par rapport à l'axe de rotation de l'hélice est une indication grossière du type de vibration auquel est soumis la pale. Une très petite valeur de l'angle représente une flexion pratiquement pure tandis qu'un angle de 900 représente une torsion pratiquement pure. Ainsi on notera que l'angle représenté montre qu'il y a un couplage appréciable entre les modes de

vibrations en flexion et en torsion.

Cette pale connue présente une instabilité aérodyna-

mique à grande vitesse du premier mode illustré sur la fi-

gure 28 pendant des tests en soufflerie. Une analyse de sta-

bilité a été effectuée par la suite et cette analyse a per-

mis de prévoir avec succès la condition de fonctionnement correspondant à l'établissement du premier mode de vibration

à grande vitesse.

La figure 29 illustre les résultats de prévisions analytiques des vibrations d'une pale suivant l'invention qui diffère de la pale de la figure 28 uniquement en ce qui

concerne la superposition des sections de profils adrodyna-

miques pour définir un bord d'attaque orienté dans un plan

unique. Dans cette analyse une hélice avec flèche en extré-

mité de pale en titane solide, ayant un diamètre de 61cm, est entraînée en rotation à une vitesse de 8636 tours par minutes et la forme du mode de vibration à un premier point de résonance de 198Hz est prévue. On notera, sur la figure 29, que l'angle défini par les lignes reliant les points soumis au même mouvement de vibration, est sensiblement plus petit que l'angle correspondant sur la figure 28, ce qui indique qu'il existe un couplage moindre entre les modes de vibration en torsion et en flexion à plat à l'endroit du

bout de la pale que dans le cas de la pale connue antérieu-

rement représentée sur la figure 28. Autrement dit la pale suivant l'invention qui est représentée sur la figure 29, est soumise à une vibration en torsion notablement moindre, et par conséquent à un couplage moindre entre les modes de vibration que la pale connue antérieurement de la figure 28, si bien que l'on obtient une stabilité améliorée à grande vitesse. Sur la figure 30 est représentée une ligne de noeuds obtenue avec la pale connue antérieurement de la figure

28, lorsqu'elle est soumise à un quatrième point de résonan-

ce (à fréquence de 710Hz) pour une vitesse de rotation de 8636 tours par minute. Les spécialistes de la technique comprendront qu'une ligne de noeuds parallèle au longeron de la pale indique une vibration en torsion tandis qu'une ligne

de noeuds perpendiculaire h ce longeron indique une vibra-

tion de flexion à plat. Ainsi la ligne de noeuds représentée

sur la figure 30 et qui s'étend sensiblement horizontale-

ment dans sa partie extrême gauche et qui tend vers une orientation plus verticale dans sa partie extrême droite, indique un couplage entre les modes de vibrations en torsion

et en flexion dans la partie externe dans le sens circonfé-

rentiel, de la pale.

Cependant sur la figure 31 on peut voir que les lignes de noeuds 130 pour le quatrième point de résonance

(fréquence 785Hz), prévues par l'analyse pour la pale sui-

vant l'invention lorsque celle-ci tourne à 8636 tours par minute, indiquent une flexion généralement pure au bout de la pale et une torsion généralement pure à la racine de cette pale et elle montre en outre un découplage général de ces modes de vibration ce qui entraîne un accroissement de

la stablilité à grande vitesse.

Cette même analyse de stabilité à grande vitesse qui a prévu avec succès l'établissement d'une instabilité à battement à grande vitesse suivant le premier mode, avec la pale connue antérieurement représentée sur la figure 28, a été appliquée à la pale suivant l'invention représentée sur les figures 29 et 31. Les résultats de cette analyse de

stabilité indiquent que la pale suivant l'invention pré-

sente une stabilité h grande vitesse notablement améliorée.

Il est donc clair que l'hélice avec flèche en ex-

trémité de pale suivant l'invention présente un couplage notablement moindre entre les modes de vibration en torsion et en flexion à plat, et par conséquent un risque beaucoup plus faible d'un battement classique, ainsi qu'une stabilité améliorée par rapport aux géométries des pales d'hélices du type "prop-fan" connues. Bien que 1' hélice avec flèche en extrémité de pale suivant l'invention ait été représentée comme comportant huit pales, il est clair que l'on pourrait utiliser un nombre de pales supérieur ou inférieur sans sortir du cadre de l'invention. De même, bien qu'une famille particulière de profils aérodynamiques ait été illustrée comme définissant la géométrie de la pale, on comprendra que l'invention peut être mise en oeuvre en superposant une famille appropriée quelconque de profils aérodynamiques afin d'obtenir l'orientation généralement plane du bord

d'attaque de la pale, à partir du point milieu de l'envergu-

re de la pale jusqu'au bout de celle-ci.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Hélice avec flèche en extrémité de pale ou hé-

lice dite "prop-fan", comprenant une pluralité de pales

rotatives à flèche, à profil aérodynamique montées à pivo-

tement sur un moyeu pour pouvoir exécuter, par rapport à celui-ci, un mouvement de changement de pas, et ayant un facteur de solidité de 1,0 ou supérieur à l'endroit des

racines des pales et inférieure à 1,0 aux bouts de ces pa-

les, cette hélice pouvant tourner à des nombres de Mach

critiques ou à des vitesses supérieures et avec des vites-

ses de bouts de pales transoniques ou supersoniques, carac-

térisée en ce que chacune des pales (45) est définie par

une série de sections de profils aérodynamiques super-

posées, ces sections de profils aérodynamiques qui sont

disposées de manière à s'étendre radialement vers l'exté-

rieur sensiblement à partir du point milieu (80) de l'enver-

gure des pales, ayant leur portions constituant le bord d'attaque(75) alignées d'une manière générale dans un plan commun.

2.- Hélice suivant la revendication 1 caractérisée en ce que les portions de bord d'attaque des sections de profils aérodynamiques définissant les portions extrêmes ou du bout de chaque pale (45) sont légèrement incurvées normalement à partir des cordes locales des pales, d'une manière générale dans la direction de rotation de l'hélice

dans les conditions normales de fonctionnement.

3.- Hélice suivant la revendication 2 caractérisée en ce que chacune des pales (45) comporte un bout externe dans le sens radial, le bord d'attaque de chacun de ces bouts de pales étant décalé, par rapport au plan commun du bord d'attaque (75) d'une distance comprise entre 1% et 5X

environ de l'envergure de la pale.

4. Hélice avec flèche en extrémité de pale ou hé-

lice dite "prop-fan", comprenant une pluralité de pales

rotatives à flèche, à profil aérodynamique montées à pivo-

tement sur un moyeu pour pouvoir exécuter, par rapport à celui-ci, un mouvement de changement de pas, et ayant un facteur de solidité de 1,0 ou supérieur à l'endroit des

racines des pales et inférieure à 1,0 aux bouts de ces pa-

les, cette hélice pouvant tourner à des nombres de Mach

critiques ou à des vitesses supérieures et avec des vites-

ses de bouts de pales transoniques ou supersoniques, cha-

cune des pales (45) a un bord d'attaque (75) qui est dispo- sé généralement dans un seul plan à partir d'un emplacement sur ce bord d'attaque situé approximativement au milieu (80) de l'envergure de la pale, vers l'extérieur jusqu'au bout

(70) de cette pale.

5.- Hélice suivant l'une quelconque des revendica-

tions précédentes caractérisée en ce que le bord d'attaque (75) au bout (70) de la pale (45) est légèrement prégauchée statiquement dans un sens perpendiculaire à la corde locale,

dans la direction de la rotation de l'hélice.

6.- Hélice suivant la revendication 5 caractérisée en ce que le prégauchissement statique est suffisant pour assurer un redressement du bout (70) de la pale (45) sous l'effet de la charge aérodynamique de celle-ci dans les

conditions normales de fonctionnement.

7.- Hélice avec flèche en extrémité de pale ou hé-

lice dite "prop-fan", comprenant une pluralité de pales

rotatives à flèche, à profil aérodynamique montées à pivo-

tement sur un moyeu pour pouvoir exécuter, par rapport à celui-ci, un mouvement de changement de pas, et ayant un facteur de solidité de 1,0 ou supérieur à l'endroit des

racines des pales et inférieure à 1,0 aux bouts de ces pa-

les, cette hélice pouvant tourner à des nombres de Mach

critiques ou à des vitesses supérieures et avec des vites-

ses de bouts de pales transoniques ou supersoniques,chacune des pales rotatives comprend, vers l'extérieur sensiblement à partir du milieu (80) de l'envergure de la pale (45), une pluralité de sections de profils aérodynamiques superposées

définie pratiquement par le système de coordonnées des ta-

bleaux VIII à XX.