CA2704579A1

CA2704579A1 - Rotor swashplate

Info

Publication number: CA2704579A1
Application number: CA2704579A
Authority: CA
Inventors: Michel Guilhot-Gaudeffroy; Yann Willinger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-11-02
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2009-07-30
Also published as: WO2009092898A2; EP2217492A2; WO2009092898A3; WO2009092898A4; FR2923210A1

Abstract

Le plateau cyclique sur rotor utilise une partie cylindrique du rotor pour se centrer par rapport à l'axe principal de rotation. Plus compact, plus robuste, avec moins de pièces ce dispositif où la rotule-couronne porte au centre un dispositif de rotation représenté ici par un roulement et dont la partie interne porte un plan interne qui est manoeuvré en au moins trois points, forme l'ensemble du plateau cyclique (rotule-couronne, roulement, et la partie interne), cette partie qui entraine l'ensemble du plateau cyclique est représenté ici par la couronne triangulaire, elle peut être déplacée dans le sens de l'axe du rotor, et également de telle sorte que son plan soit libre de mouvement angulaire par rapport à cet axe, et rend ainsi possible d'agir cycliquement sur l'angle du pas des pales par des liens entre la rotule couronne et les pieds de pale, toutes les manoeuvres des voilures tournantes sont assurées.The rotor swashplate utilizes a cylindrical portion of the rotor to center with respect to the major axis of rotation. More compact, more robust, with fewer parts this device where the ball-crown carries in the center a rotation device represented here by a bearing and whose inner portion carries an inner plane which is operated in at least three points, form the all of the swashplate (crown-ball, bearing, and the inner part), this part which drives the entire swashplate is represented here by the triangular crown, it can be moved in the direction of the axis of the rotor, and also so that its plane is free of angular movement relative to this axis, and thus makes it possible to act cyclically on the pitch angle of the blades by links between the crown ball and the blade roots, all the maneuvers Rotating sails are insured.

Description

I I
Lg présente invention relève du domaine des aéronefs à aile tournante, dont fohht partie les hélicoptères et les gyronefs en particulier.
Oit connaît de façon classique, les dispositifs constituant le plateau cyclique, par exemple décrits dans l'encyclopédie libre, Wikipédia;
6n rappelle simplement ici que le plateau cyclique est l'élément essentiel p rmettant de piloter un hélicoptère. Il permet de transmettre aux pales du ro or principal les ordres de pilotage. Le plateau est en fait composé de deux couronnes superposées, coulissant autour du mât du rotor principal, le~uel tourne sur lui-même, entraîné par le ou les moteurs au travers de la bdîte de transmission principale, et se termine par un moyeu auquel sont fiées les pales. Le plateau cyclique d'hélicoptère est un dispositif mécanique qui permet de modifier cycliquement l'angle de pas des pales en rotation, il est constitué d'une rotule en son centre, et d'une forme de rol delle en périphérie. La rotule percée en son centre par un axe lui permet dell coulisser le long de cet axe, axe de rotation du rotor. Le rotor est pelrpendiculaire â l'axe et parallèle au plan de la rotule. La rondelle de part la rotule est libre de déplacement dans son plan par rapport à celui du rotor, déplacement parallèle et déplacement non parallèle. Elle est entrainée en rotation par le rotor. Chaque pied de pale équipé d'un levier, ces leviers sont actionnés par des tiges liées à la rondelle, si bien que quand on écarte ou! ressert le plan du rotor et le plan de la rondelle-rotule (plateau cyclique), tâtes les pales ont le même angle de pas, (pas général) et quand ces plans forfinent un angle, les angles de pas des pales varient cycliquement (c~mmande de tangage et de roulis) Pdur tenir compte des effets gyroscopiques, de la stabilité, et du dispositif del! renvoi des commandes ce mécanisme pour pouvoir fonctionner est compliqué d'autres dispositifs (barre de Bell etc.). Certains brevets décrivent de6 procédés avec un servomoteur de secours, mais lis appartiennent tous à !la même technique ci-dessus décrite, sans que rien de nouveau ne soit pr~duit.
Cd système classique de commande cyclique du pas des pales est adopté
sulitout depuis 1948 avec des améliorations sur le rattrapage de jeu sur les nombreuses biellettes, cela reste une mécanique compliqué, fragile, II
The present invention relates to the field of rotary wing aircraft, of which fohht part helicopters and gyronefs in particular.
Oit knows in a classic way, the devices constituting the plateau cyclic, for example described in the free encyclopedia, Wikipedia;
It simply recalls here that the swashplate is the essential element to pilot a helicopter. It allows to transmit to the blades of the ro main gold piloting orders. The plateau is actually composed of two superimposed crowns, sliding around the main rotor mast, the ~ uel turns on itself, driven by the engine (s) through the transmission terminal, and ends with a hub to which are the blades. The helicopter swashplate is a device mechanically, which makes it possible to modify the pitch angle of the blades rotation, it consists of a kneecap in its center, and a form of rol delle on the outskirts. The ball joint pierced at its center by an axis allows it dell slide along this axis, axis of rotation of the rotor. The rotor is perpendicular to the axis and parallel to the plane of the patella. The puck of go the ball is free to move in its plane relative to that of the rotor, parallel movement and nonparallel movement. She is trained in rotation by the rotor. Each blade foot equipped with a lever, these levers are actuated by rods connected to the washer, so that when one moves away or! ressert the plane of the rotor and the plane of the washer-patella (plateau cyclic), feel the blades have the same pitch angle, (not general) and when these plans fortify an angle, the pitch angles of the blades vary cyclically (pitch and roll) To take into account gyroscopic effects, stability, and the device of the! referrals this mechanism to be able to function is complicated other devices (Bell Bar etc.). Some patents describe of processes with a backup servomotor, but lilies all belong to the same technique described above, without anything new being Duit ~ pr.
Cd classical system of cyclic control of the pitch of the blades is adopted sulitout since 1948 with improvements on game catch-up on many links, it remains a complicated mechanics, fragile,

2 n cessitant une lourde maintenance. Sur l'hélicoptère classique l'axe est en ro ation avec le rotor ce qui n'est pas le cas des gyroptères à voilures to ruantes coaxiales contrarotatives avec une nacelle centrale fixe. Sur ces g roptères des systèmes à anneaux périphériques pour les commandes cy liques de pas ont été inventés ils sont plus lourds et nécessitent des re vois qui sont souvent le siège de jeux importants.

L présente invention constitue une avancée technique importante pour les m chines à voilure tournante dont on veut commander cycliquement l'angle d pas des pales.
L avantage de cette invention est d'avoir un dispositif à vulnérabilité
réduite, plus simple, plus robuste, plus fiable, plus compacte, plus léger et av c moins de contrainte, moins de source de vibrations et de propagation de celle-ci, ainsi qu'une maintenance très réduite. Un autre avantage im ortant est de bien s'adapter aux solutions d'axe de rotation rotor creux et fix , par exemple cylindre vertical central ici cité pour l'exemple avec le bé éfice de la liberté en interne d'équipements traversant aisément tout le di positif de rotation, cet avantage est particulièrement intéressant dans le ça de deux rotors contrarotatifs coaxiaux.
L présente invention peut être utilisée pour un mono rotor avec le plateau en re la nacelle et le rotor, ou au-dessus de la nacelle-rotor si l'axe d'entraînement du rotor est un tube. Un des avantages outre la simplicité et au res qualités est de permettre de pouvoir traverser le rotor par l'intérieur du tube.
L'i vention présentée est un plateau cyclique caractérisée en ce que le rot r (1) est utilisé pour centrer le plateau cyclique (2) par rapport à l'axe pri cipal (8) de rotation des rotors, le rotor comporte une partie cylindrique (3 qui entoure une rotule-couronne (4) et qui entrains celle-ci en rotation.
De s ce dispositif, selon l'invention, le rotor est centré par rapport à l'axe ve ical (8) par un dispositif de rotation ici représenté par un roulement (5), il st le seul lien mécanique de centrage de l'ensemble rotor-plateau cy lique. Le centre de la rotule-couronne appartient à l'axe (8). 2 requiring heavy maintenance. On the classic helicopter the axis is in Rotation with the rotor, which is not the case with the winged gyropters to coaxial counter-rotating rowers with a fixed central nacelle. On these peripheral ring systems for control Cycles of step have been invented they are heavier and require See who are often the seat of important games.

The present invention constitutes an important technical advance for the m cannons with rotating wings which we want to cyclically control the angle d not blades.
The advantage of this invention is to have a vulnerability device reduced, simpler, more robust, more reliable, more compact, lighter and less stress, less source of vibration and propagation of this one, as well as a very reduced maintenance. Another advantage Important is to adapt well to the solutions of hollow rotor rotation axis and fix, for example central vertical cylinder here cited for the example with the benefits from the internal freedom of equipment that easily traverses the entire positive rotation, this advantage is particularly interesting in the that of two coaxial counter-rotating rotors.
The present invention can be used for a single rotor with the tray in the nacelle and the rotor, or above the nacelle-rotor if the axis rotor drive is a tube. One of the advantages besides the simplicity and the res qualities is to allow to cross the rotor from the inside of the tube.
The present invention is a cyclic plateau characterized in that the rot r (1) is used to center the swashplate (2) with respect to the axis main rotor rotation (8), the rotor has a cylindrical portion (3 which surrounds a crown-head (4) and which rotates it.
In this device, according to the invention, the rotor is centered with respect to the axis ve ical (8) by a rotation device here represented by a bearing (5), it is the only mechanical link centering the rotor-plate assembly cy lique. The center of the crown ball belongs to the axis (8).

3 le dans l'exemple représenté la liaison d'entrainement en rotation de la rotule-couronne par le rotor est assurée par un axe (6) vissé dans le plan m dian (9) de la rotule-couronne, coulissant dans une rainure verticale sur le cylindre de centrage du rotor.
L rotule-couronne porte au centre un dispositif de rotation représenté ici p r roulement (10) dont la partie interne porte un plan interne (11) m neeuvré en au moins trois points_ (Cette rotule-couronne et le plan interne fo me le coeur du plateau cyclique sur rotor). Ce plan interne manoeuvrable e au moins trois points est ici pour l'exemple représenté par une couronne (1 ) de forme triangulaire portant à chacun de ses sommets une petite rotule (1 , 13, 14).
Cette partie interne est libre de mouvement le long de l'axe (8) du rotor, et put avoir un angle par rapport à celui-ci. Elle est contrainte par blocage en rotation par rapport à cet axe au moyen d'une liaison ponctuelle dans l'exemple ici représentée par une pièce comportant une rainure verticale (1 ) et fixée à l'axe vertical (8) de rotation par la nacelle et ou vient glisser un argot (16) fixé sur la couronne interne triangulaire.
L'ensemble plateau cyclique (rotule-couronne (4), roulement (10), et la pa tie interne représenté ici par la couronne triangulaire (11) peut être dé lacée dans le sens de l'axe du rotor, et également de telle sorte que son plan soit libre de mouvement angulaire par rapport à cet axe (8).
Dans l'exemple ici représenté, cette couronne interne est manoeuvrée en trois points munis chacun d'une rotule (12, 13, 14) liée par une biellette de co mande (17) à un levier (18) de servomoteur. Les servomoteurs sont fixés su une plateforme fixe par rapport. à l'axe (8) de rotation. Dans une variante à es servomoteurs, ils sont remplacés avantageusement (plus de fiabilité, co trôle, précision, durée de vie) par des moteurs entrainant une vis à bille, lia son linéaire annulaire dont l'écrou porte un cylindre garni d'un amortisseur pour recevoir la petite rotule correspondante du plan interne. La rot le-couronne porte répartis circulairement des liens au levier de chacun de pieds de pale, ces liens sont positionnés idéalement dans son plan médian (9), ici représentée, elle est liée au moyen de rotules (19)(20)(21) pa biellettes (22)(23)(24) au levier (25) des pieds de pale (26) 3 in the example shown the rotational drive connection of the crown ball by the rotor is provided by an axis (6) screwed into the plane m dian (9) of the swivel crown, sliding in a vertical groove on the centering cylinder of the rotor.
The ball-head carries in the center a rotation device represented here pr rolling (10) whose inner portion carries an inner plane (11) m worked in at least three points_ (This crown-head and the internal plane fo me the heart of the rotor swashplate). This internally maneuverable plan e at least three points is here for the example represented by a crown (1) Triangular shape carrying at each of its summits a small patella (1, 13, 14).
This inner part is free of movement along the axis (8) of the rotor, and could have an angle to it. It is constrained by blocking rotation with respect to this axis by means of a point link in the example here represented by a part comprising a vertical groove (1) and fixed to the vertical axis (8) of rotation by the nacelle and or slip a slang (16) fixed on the triangular inner ring.
The swashplate assembly (ball-crown (4), bearing (10), and the internal part here represented by the triangular crown (11) can be dice laced in the direction of the axis of the rotor, and also so that its plan is free of angular movement with respect to this axis (8).
In the example shown here, this inner ring is manipulated in three points each provided with a ball joint (12, 13, 14) linked by a connecting rod of control (17) to a servomotor lever (18). Servomotors are fixed on a fixed platform compared. to the axis (8) of rotation. In a variant With servomotors, they are advantageously replaced (more reliability, control, accuracy, service life) by motors driving a ball screw, lia its annular linear whose nut carries a cylinder lined with a damper to receive the corresponding small patella of the internal plane. The rot the crown gate distributed circularly links to the lever of each feet of blade, these links are ideally positioned in his plan median (9), here shown, it is connected by means of ball joints (19) (20) (21) by links (22) (23) (24) to the lever (25) of the blade roots (26)

4 respectivement en nombre égal au nombre de pales du rotor constitué, et ainsi fonction de la position dans l'espace du plateau intérieur( ici représenté par la couronne triangulaire(11), il est possible d'agir cycliquement sur l'angle du pas des pales.
Le déplacement égal des trois points permet la commande de pas général, et celle de lacet dans le cas de rotor contrarotatif par différentiation de pas général entre les deux rotors, ce qui introduit par rapport à l'équilibre à un différentiel de réaction sur l'air et permet la rotation de la nacelle à
droite comme à gauche.
Un déplacement inégal introduit une variation cyclique de l'angle du pas des pales en permettant ainsi les manoeuvres de tangage et de roulis. Toutes les manoeuvres des voilures tournantes sont assurées.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, ici présenté pour un rotor tripale, les rotules (20, 21,22) de la rotule-couronne sont dans le même plan que les rotules (12, 13, 14) de la couronne interne, les organes de commande ont alors dans leur mouvement une' plus grande linéarité.
Les dessins ci-joints sont la pour l'exemple, un prototype a été réalisé, il a été monté avec succès pour une première fois sur l'engin volant EyesFly, il n'a pas fait l'objet de communication.
Ce dispositif a contribué grandement au 25% d'économie de poids, à la plus grande précision des commandes, à moins de fragilité, à plus de compacité, à moins de pièces, à l'absence de glissement du plateau cyclique sur l'arbre principal, à plus de robustesse pour une longue durée d'utilisation et donc d'amortissement avec des coûts horaires d'exploitations réduits que ceux des maquettes exploratoires EyesFly précédentes et que plus généralement de l'état de l'art antérieur.

Plateau Cyclique sur rotor Figures présentées pour l'exemple :

Figure 1 : Vue de dessus de l'ensemble plateau cyclique et rotor.
Figure 2, Vue en coupe AA de l'ensemble plateau cyclique et rotor.
Figure 3 : Vue en coupe selon plan (9) plan médian de la rotule couronne.

Repérage des sous parties par rapport au texte :
1. Rotor.
2. Ensemble plateau cyclique (4 ; 6 ; 9 ; 10 ; 11 ; 12 ; 13; 14; 16; 19; 10;
21).
3. Partie cylindrique du rotor.
4. Rotule-couronne. 4 respectively in number equal to the number of rotor blades constituted, and as a function of the position in the space of the inner plate (here represented by the triangular crown (11), it is possible to act cyclically on the pitch angle of the blades.
The equal displacement of the three points allows the general step control, and that of yaw in the case of counter-rotating rotor by differentiation of not between the two rotors, which introduces the equilibrium reaction differential on the air and allows the rotation of the nacelle to right as on the left.
An uneven displacement introduces a cyclic variation of the pitch angle of blades thus allowing pitching and rolling maneuvers. All the rotary wing maneuvers are ensured.
In the preferred embodiment of the invention, here presented for a rotor three-sided, the ball joints (20, 21, 22) of the crown-head are in the same plane the hinges (12, 13, 14) of the inner ring, the control then have in their movement a 'greater linearity.
The attached drawings are for example, a prototype has been made, it has been successfully mounted for the first time on the EyesFly flying machine, it has not been disclosed.
This device has contributed greatly to the 25% of weight savings, to the most high precision of controls, unless fragile, more compact, to fewer parts, to the absence of sliding of the swashplate on the tree principal, more robustness for a long period of use and therefore depreciation with lower hourly operating costs than those previous EyesFly exploratory models and more generally of the state of the prior art.

Cyclic Rotor Tray Figures presented for the example:

Figure 1: Top view of the swashplate assembly and rotor.
Figure 2, AA sectional view of the swashplate assembly and rotor.
Figure 3: Sectional view along plane (9) median plane of the crown ball.

Locating subparts in relation to the text:
1. Rotor.
2. Swashplate assembly (4; 6; 9; 10; 11; 12; 13; 14; 16; 19; 10;
21).
3. Cylindrical part of the rotor.
4. Crown-head.

5. Roulement du rotor. 5. Rotor bearing.

6. Axe d'entrainement de la rotule-couronne par le rotor. 6. Drive shaft of the crown ball by the rotor.

7. (Rainure sur le cylindre du rotor, cylindre de centrage du plateau cyclique.) 7. (Groove on the rotor cylinder, centering cylinder of the plate cyclic.)

8. Axe principal du rotor. 8. Main axis of the rotor.

9. Plan médian de la rotule-couronne. 9. Median plane of the crown patella.

10. Roulement du plateau cyclique. 10. Rolling of the swashplate.

11. Plan interne (couronne triangulaire) du plateau cyclique. 11. Internal plane (triangular crown) of the swashplate.

12.13. 14. Rotules de pilotage du plateau cyclique.
15. Pièce fixée à la nacelle comportant une rainure verticale de blocage en rotation de la couronne triangulaire (11).
16. Ergot de blocage en rotation sur la couronne triangulaire.
17. Biellette de commande de plateau cyclique.
18. Levier du servomoteur.
19. 20. 21. Rotules de commande de l'angle de pas des pales.
22.23.24. Biellettes de commande de l'angle de pas des pales.
25. Levier d'un pied dé paie.
26. Pied de pale. 12.13. 14. Swashplate control ball joints.
15. Part attached to the nacelle having a vertical locking groove in rotation of the triangular crown (11).
16. Locking pin in rotation on the triangular crown.
17. Swashplate control link.
18. Servomotor lever.
19. 20. 21. Control knobs for pitch angle of the blades.
22.23.24. Tie rods for the pitch angle of the blades.
25. Lever of one foot of pay.
26. Foot of blade.

Claims

1. We know the classic rotor devices with controls cyclic pitch of the blades, the rotor rotates with its axis of rotation, the patella holder is always in mechanical and perpendicular contact by relative to this axis, the support must slide on this axis for the control of not general, the whole swashplate and the rotor have two points of remote contacts on this axis of rotation as in UK patents GB2183208 A of 25 November 1985, UK GB 2116928 A of 19 March 1982 and United state patent 3720387 of August 28, 1970, these mechanical systems are complicated, fragile, expensive, sensitive, vulnerable to the slightest deformation. and staggered vibration seat, and require a heavy maintenance, and this is even more obvious in the case of helicopters with rotating, coaxial, counter-rotating wings.
The rotor swashplate (1) claimed here is characterized in that that the axis of rotation (8) is a fixed hollow tube constituting the nacelle of the machine, that the rotor rotates around this axis in the example represented here by a bearing on the axis (5), that the rotor centers and drives the patella which turn around its plateau, that the link here represented is provided by an axis (6) screwed into the median plane (9) of the swivel-crown, sliding in a vertical groove on the rotor centering cylinder, that the plateau does not rotate around axis (8) of the nacelle, that the kneecap and its plateau are always parallel, that the cyclic-swivel plate assembly and the rotor have only one point of direct contact with this axis of the machine, whether support plate of this ball joint has no direct contact with this axis, that the ball-crown carries in the center a rotation device whose part internally carries a plan at least in three points with links to control devices, which it takes in the event of pitching commands and roll an oblique position with this axis, that it is retained in rotation by relation to this axis in the example here represented by a pin in a part sliding of a groove of this plate, that the ball-crown carries Circularly distributed links to the lever of the pay feet, such by acting in at least three points on the inner part, plateau, one cyclically maneuvers the pitch of the blades for the controls of general pitch, pitch and roll, as well as yaw by a differential of general pitch in the case of coaxial counter-rotating rotors, crown and the inner plane forms the heart of the swashplate on rotor it is seat of less vibration sources, it is more compact, accurate, light, economical, solid even crash tests today validated).

Rotor swashplate according to claim 1, characterized in what links to the lever of the blade feet are located on the kneecap crown in its median plane (P).

Rotor swashplate according to claim 1, characterized in what the links to the control organs on the inner part are in the same plane as on the patella crown the links to the levers of the feet of blades.

Rotor swashplate according to claim 1, characterized in that what in the case of two coaxial rotors the yaw function is obtained by vertical and opposite displacement of general not command links with identical or proportional displacements according to the winds of Froude.

Cyclic swashplate according to claim 1, characterized in that in the case of two coaxial rotors, the central axis is a cylinder common hollow allowing the continuity of vertical passage of the flying machine and all the embedded system.