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" HELICE A VARIATION AUTOMATIQUE DU PAS "
La présente invention a pour objet une hélice d'avion à variation automatique du pas en vol.
Il existe déjà des hélices dont les pales sont li- brement pivotées dans la moyeu, et dans lesquelles un couple aérodynamique,tendant à réduire le pas, est équilibré par un couple centrifuge antagoniste, ce résultant étant obtenu en donnant à la pale une forme en yatagan, ou en inclinant sa fibre neutre sur l'axe de pivotement.
Ces hélices dans lesquelles, nécessairement, on utilise un couple centrifuge dépendant du pivotement,ne don- nent aucune régulation centrifuge pure et ne permettant pas de déterminer à volonté la position d'équilibre.
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L'hélice selon l'invention se distingue essentiel- lament des hélices déjà connues, en ce que le couple centrifuge, qui s'exerce sur la pale dans le sens des pas croissants, est rendu pratiquement indépendant du pivotement, c'est-à-dire de 1'incidence de la pale, on même varie dans le même sens que cette incidence, et en ce que l'équilibre est obtenu entre trois couples, un couple aérodynamique tendant à réduire le pas, le couple centrifuge précité, de préférence toujours supérieur au couple aérodynamique, et un couple élastique ne dépendant que du pivotement de la pale.
Pour rendre le couple centrifuge pratiquement indé- pendant du pivotement, on dispose la fibre neutre de la pale. selon un caractère important de l'invention, de telle façon qu'elle ne passe pas par l'axe de rotation de l'hélios, de manière à utiliser, pour la création du couple centrifuge, non plus le bras du levier déterminé par le déport, dans le sens de l'avancement, du centre de gravité, déport qui est variable selon le pivotement, mais au contraire le bras da levier dû au déport de la fibre neutre dans le sens de la rotation, déport qui est pratiquement constant, dans les li- mites de pivotement de la pale.
Dans la position initiale de l'hélice,la fibre neutre est, de préférence, placée dans un plan perpendiculai- re à l'axe de rotation, de sorte que, dans dette position, il n'existe aucun déport dans le sens d'avancement et que le couple dû à un tel déport est nul; et on combine avec chaque pale un compensateur centrifuge disposé pour être en équili- bre instable dans la position normale, afin que l'influence de ce compensateur annule celle du déport du centre de gra- vité dans le sens de l'avancement, lorsque la pale pivote.
L'influence du couple dû à ce déport inévitable est donc supprimée, et même il est évident qu'on peut obtenir, à l'aide du compensateur, un couple supérieur et de sens con- traire au précédent, pour augmenter à volonté la sensibilité
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et l'amplitude de la régulation.
Par conséquent, l'invention consiste à obtenir à tout instant l'équilibre en pivotement de trois couples : a) un couple aérodynamique tendant à réduire le pas; b) un couple centrifuge résultant, réglé par un compen- sateur, tendant à augmenter le pas, supérieur de préférence au couple aérodynamique, indépendant du pivotement ou même variant dans le même sens que le pas; une partie de ce souple doit évidemment équilibrer le couple naturel de torsion de la pale autour de sa fibre neutre, et qui tend à réduire la pas; c) un couple élastique complétant l'équilibre au pivo- tement et tendant, par conséquent, de préférence à réduire lepas.
Une autre caractéristique de l'invention consiste à obtenir le couple élastique par une tige de torsion située latéralement par rapport au nez moteur, donc de grande lon- gueur, et retenant en même temps la pale à la force centri- fuge, cette pale étant par ailleurs maintenue par un tube de guidage sur roulements.
On évite ainsi d'avoir à absorber la butée centrifuge sur roulements, cause d'irrégularité et d'inconstance dans le fonctionnement,
Pour expliquer complètement le principe da fonc- tionnement de l'hélice selon l'invention, on a représenté sché- matiquement sur les figures 1, 2 et 3 du dessin annexé, une hélice dans laquelle, dans un but de généralisation, on a in- cliné la fibre neutre dans le sens de l'avancement (comme il est connu) et fait passer cette fibre neutre en dehors de l'axe de rotation de l'hélice (selon la caractéristique es- sentielle de l'invention).
La figure 1 représente une projection sur un plan vertical perpendiculaire à l'axe de rotation de l'hélioe.
La figure 2 la projection sur un plan horizontal.
La figure 3 la projection sur un plan de profil.
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Sur un plan perpendiculaire à l'axe 0 de rotation, la fibre neutre d'une pale, supposée, dans cet exemple, rec- tiligne, se projette suivant une droite A B (fig. 1) sitazêe par rapport à l'axe 0 avec un déport e dans le sens f de la rotation.
Ce déport permet dans sa position initiale, la com- pensation totalede la pale par un couple centrifuge par rap- port aux couples dkûs à la résistance à la rotation et à l'ef- fort propulsif.
La pale pivote sur une tige de torsion A D dépor- tée par rapport à l'axe 0 en sens inverse de la rotation.
Cette tige A D supporte la traction centrifuge et, étant située latéralement par rapport au nez du moteur, peut avoir une longueur assez grande pour fournir, en torsion, les déformations nécessaires à l'automaticité.
Les réactions latérales sont prises par un tube de guidage co-axial à la tige de torsion, tournant sur rou- lements et susceptibles de résister, pax butée, à la traction centrifuge dès que la tige de torsion s'estallongée d'une: quantité donnée,
On limite ainsi automatiquement le travail à l'ex- tension de la tige centrale au cas où. la vitesse de rotation deviendrait excessive.
En conséquence d'un tel montage : a) l'Effort propulsif, parallèle à l'axe de rotation, ap- pliqué au centre de pression I de la pale agit, en pivote- ment, avec le bras de levier h, distance de I à la tige de torsion.
Le bras de levier h pouvant être considérable, la sensibilité de la régulation, par rapport aux variations de l'effort propulsif, est toujours suffisante. b) L'effort centrifuge G H, appliqué à la pale en son centre de gravité, est dirigé suivant la perpendiculaire abaissée de ce point sur l'axe de rotation.
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Il a, dans l'exemple général représenté, deux com- posantes, l'une N parallèle à la projection verticale de la tige de torsion, l'autre T perpendiculaire.
T fournit un couple centrifuge C1 tendant à augmenter le pas dès que la fibre neutre rectiligne de la pale est inclinée vers l'avant, de telle sorte que la projec- tion horizontale du centre de gravité G vienne en avant de la projeotion horizontale de A, d'une quantité # comptée parallèlementà l'axe 0. Si la fibre neutre était inclinée vers l'arrière, le couple C1, créé par T, tendrait à dimi- nuer le pas.
Dans un plan passant par la tige de torsion et pa- rallèle à l'axe de rotation, mette tige est inclinée vers l'avant, ce qui a un double résultat : a) La composante centrifuge N devient obliqua par rap- port à la tige, sa composante perpendiculaire à cette tige tendant à accroître le pas et provoquant un second couple centrifuge régulateur 02. b) La résistance à la rotation de la pale. passant en arrière de la tige de torsion tend, comme l'effort propulsif, à réduire le pas.
Le calcul justificatif des couples c1 et c2 est très simple.
On supposera d'abord la tige de torsion perpendi- oulaire à l'axe de rotation. La résultante centrifuge H couple en A' le plan mené par le point A de la tige de torsion perpendiculairement à cette tige. Le point A' est en avant du plan de figure du'une quantité 0 mesurant le déport en avant du centre de gravité de la pale. L'effort H se décomposant en N et T, le premier déporté de # laté- ralement et de # en avant. Le couple centrifuge unique ten- dant à augmenter le pas est T # tandis que les deux couples de compensation de la pale sont N # et N #. Il est fa- cile de voir que, pour toutes les sections, on conserve la com-
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pensation d'une façon suffisamment précise.
L'effort latéral sur les roulements est T.
On imaginera maintenant que le point A où la fibre neutre rencontre la tige de torsion restant fixe, la tige de torsion soit inclinée vers l'avant de l'angle # ', le point D passant en arrière du plan de figure.
Le moment, par rapport au point a de Test T # et sa projection sur l'axe de la tige est le couple centrifuge C1 = T # cos #. Mais si # est l'inclination de N sur G H, on a T - N tg # d'où c1 = N # sin # cos #'. ces #
En ce qui concerne le second couple centrifuge, N se projette sur un plan perpendiculaire à la tige suivant la force N sin # provoquant, autour de la tige, le second cou- ple centrifuge c2 = N # sin # ' tendant à augmenter le pas.
On voit qu'il y a analogie complète entre les deux couples C1 et C2, l'effort centrifuge T étant, pour le pre- mier, associé au bras du. levier variable # et, pour le second, l'effort centrifuge N étant associé au bras du levier cons- tant # '.
Lorsque la pale est pivotée, le bras de levier # ' ne subit que des variations infimes, tandis que le bras de le- vier # varie comme le déplacement du centre de gravité de la pale.
Dans ces conditions, pour créer selon l'invention, un couple centrifuge constant, on utilise, non pas comme il a été fait jusqu'ici, la composante centrifuge T associée au bras de levier variable, , mais, au contraire, la compo- sante perpendiculaire N associée au bras de levier # ' pra- tiquement constant.
A cet effet, on évite tout d'abord, de préférence, en position initiale, l'inclinaison vers laxant de la fibre neu- tre, pour ne conserver que le déport dans le sens de la rota- tion, déport qui, associé à l'inclinaison vers l'avant de l'axe de pivotement, est caractéristique de l'invention. Le bras
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de levier J peut être pris suffisamment grand., pour donner, en vol horizontal près du sol, l'équilibrage total de la pale par rapport à la résistance à la rotation et par rapport à l'ef- fort propulsif.
On n'utilise donc pas le couple centrifuge dû à la composante T et au bras de levier #. Ce couple est nul en position initiale, mais prend une certaine valeur, positive ou négative, suivant le sens du pivotement pendant la régula- tion. Ces variations sont ici gênantes, puisqu'elles s'oppo- Sent au pivotement, amortissent la sensibilité et restreignent les limites de la régulation.
C'est pourquoi un compensateur centrifuge est adjoint à chaque pale et son but est de compenser les variations de ce couple qui viendraient limiter l'amplitude et la sensibilité de la régulation automatique. Le compensateur tend donc tou- jours, dans ces conditions, à l'inverse du couple C1, à accen- tuer un pivotement commencé.
Un couple centrifuge supplémentaire est donc intro- duit, très rapidement variable, et tel que lorsque la pale est pivotée vers les pas croissants, il tende à augmenter le pas, d'autant plus que le pivotement est plus grand. Au contraire, lorsque la pale est pivotée vers les pas décroissants, il doit tendre à diminuer le pas, d'autant plus que l'angle de pivote- ment est plus grand.
Il est ainsi possible, non seulement de compenser les variations du couple centrifuge C1,mais en accentuant à vo- lonté l'action du compensateur, de créer un véritable renforce- ment de la régulation par l'action servo-motrice de ce couple supplémentaire. On est maître à volonté et dans tous les cas, de la précision, de l'amplitude et de la sensibilité de la ré- gulation.
Pour obtenir ce résultat, on utilise, pour chaque pale, un contrepoids tel que, sous l'action centrifuge, il soit en position instable, Articulé sur le moyeu, il transmet son
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action à la pale par une biellette calée de telle façon qu'un léger pivotement de la pale produise de grands déplacements du contrepoids et de grandes variations du couple qu'il provoqua, Il apparaît ainsi qu'un tel contrepoids, étant en position d'ins- tabilité centrifuge, tend toujours à renforcer les pivotements de la pale et provoque un couple centrifuge supplémentaire ré- pondant aux conditions précédemment énoncées.
En faisant varier la masse, le bras de levier ou le calage du contrepoids, on a un procédé de réglage très sensi- ble de la régulation du pas, permettant d'obtenir le nombre de tours désiré avec la plus grande précision.
Il apparaît ainsi que le fonctionnement d'une héli- oe suivant l'invention permet d'obtenir :
1 ) Une régulation aérodynamique, c'est-à-dire par rap- port aux variations de l'effort.propulsif et du couple moteur.
2 ) Une régulation centrifuge, puisque l'un des couples en présence ne dépend pas de la vitesse.
3 ) Un réglage aussi précis que l'on veut,par la. compen- sateur, de la sensibilité et de l'amplitude de chacune des deux régulations.
Enfin le dispositif présente l'avantage de conser- ver automatiquement la compensation des pales lorsque l'ef- fort propulsif augmente. Le pivotement vers les pas décrois- sants qui accompagne l'augmentation de cet effet, déportant en avant le centre de gravité des pales, produit un couple cen- trifuge redresseur qui vient automatiquement équilibrer le couple de flexion supplémentaire dû à l'effort propulsif. Il est donc possible d'associer à ce dispositif des pales minces qui sont celles du meilleur rendement.
Il est même prévu dtutiliser des pales ultra-minces, en tôle d'acier par exemple. Mais le calcul montre que si la pale était uniformément flexible, les pivotements ne s'amor- ceraient pas,car la pale fléchirait automatiquement lorsque l'effort propulsif augmente et le déport consécutif du centre
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/ 1 de gravité vers l'avant provoquerait un couple centrifuge C tendant à augmenter le pas et équilibrant exactement la varia- tion du couple aérodynamique. Pour que l'amorçage se produi- se, il est prévu d'utiliser des pales minces, mais déformables uniquement sur une partie de leur longueur, la rigidité étant conservée vers l'emmanchement. La flexion initiale du bout de la pale dès que l'effort propulsif augmente n'empêche pas l'a- morçage et quand la pale est pivotée, sa partie élastique se redresse automatiquement.
Il est bien évident que l'invention comprend dans son cadre :
1 ) le cas où la fibte neutre de la pale répond à la dis- position décrite, mais n'est pas rectiligne, Ella peut être légèrement courbe, gauche ou plane, de façon à chercher, sec- tion par section, la compensation rigoureuse de la pale.
2 ) tout autre dispositif de pivotement des pales ou d'obtention du couple élastique.
Par exemple, on peut pivoter les pales sur des rou- lements ou des colonnettes à extrémités sphériques et adjoin- dre des ressorts simples ou ultiples agissant séparément sur chaque pale ou sur un organe commun de conjugaison.
3 ) tout autre dispositif d'obtention d'un couple centri- fuge résultant, tendant à augmenter le pas, indépendant du pivotement ou variant dans le même sens que le pas, et combi- né avec un couple aérodynamique et un couple élastique.
4 ) l'utilisation séparée de l'un des dispositifs faisant l'objet du brevet ou de plusieurs d'entre eux, ainsi que leurs variantes. d'est ainsi que : a) On peut se dispenser d'utiliser le compensateur de cou- ple dans le cas où on ne désire qu'une sensibilité restreinte. b) On peut inverser le bras de levier # en faisant passer le point AI de la fig. 1 en avant par rapport au sens de rotation. Il faut alors incliner les tiges de torsion vers l'arrière pour retrouver le couple centrifuge 02 ten-
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dant à augmenter le pas.
5 ) l'utilisation de la disposition caractéristique des pales ou du compensateur en cas d'une hélice à pas variable commandé. L'obtention du couple centrifuge c2 ou du couple compensateur, a alors pour objet de compenser le couple natu- rel de torsion tendant à bloquer les pales au pas minimum et de permettre ainsi une commande aussi douce que l'on veut dans les deux sens.
6 ) l'utilisation du compensateur sur les hélices pour lesquelles le couple centrifuge utilisé est le couple c1 dans le but d'être maître de la position d'équilibre.
En utilisant les dispositions selon l'invention, il est enfin possible d'obtenir, en vol, un effacement automati- que des pales dès que le moteur tend être entraîne par l'hé- lice, alors réceptrice.
Le moteur se cale et le pas des pales augmente suffi- somment pour que leur résistance aérodynamique devienne négli- geable. C'est un avantage considérable sur les avions multi- moteurs dont les qualités de vol, avec un certain nombre de moteurs arrêtés, se trouvent considérablement améliorées.
Les moteurs en action, grâce à la régulation du pas, conservant sensiblement leur vitesse tandis que le rendement de leurs hélices baisse beaucoup moins qu'avec des hélices à pas fixe. Pour les autres moteurs, les hélices au lieu d'en- traîner ces moteurs à vide avec une résistance axiale considé. rable se calent et s'effacent, ce qui annule sensiblement la résistance.
Le double bénéfice retiré pour les moteurs stoppés et ceux en action est considérable.
Dans ce but : a) Chaque pale est disposée de telle façon que le couple aérodynamique,résultant de l'effort propulsif et de la résis- tance à la rotation,l'emporte sur le couple centrifuge résul- tant à l'altitude pour laquelle est envisagé l'effaaemsnt des pales. de façon que la tige centrale soit alors tordue vers
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les pas décroissants.
Ceci dans le but qu'on puisse à cette altitude remettre les moteurs stoppés en marche, leurs hélices reprenant aussitôt leurs positions normales. b) Le compensateur de couple est monté de telle façon qu'il laisse à la pale la liberté de s'effacer vers les pas croissants à partir d'un certain pivotement par un échappement ou un ver- rouillage. c) La tige de torsion,à son extrémité opposée à la pale, est libre de tourner vers les pas croissants, sur un roulement à billes combiné à une rondelle Belleville ou autre.
Il est avantageux qu'en régime normal les billes ne supportent pas la totalité de la traction centrifuge et que la liberté unilatérale ne soit pas donnée à la tige, sar à haute altitude, le couple aérodynamique est toujours inférieur au couple centrifuge.
On y parvient en disposant le chemin de roulement de billes sur une plaque de butée élastique telle qu'en régime normal cette plaque cède et donne la butée sur des surfaces planes de préférence légèrement striées pour supprimer toute liberté, Quand la vitesse de rotation s'est abaissée suf- fisamment, la réaction de la plaque élastique l'emporte, le contact des surfaces planes est supprimé et la liberté vers les pas croissants est donnée à la tige sur les billes.
Il en résulte que, quand l'hélice est réceptrice, sa vitesse de rotation baissent considérablement, la portée se fait sur les billes et l'effacement vers les pas croissants s'opère par inversions simultanées de l'effort propulsif et de la résistance à la rotation. Tous les couples de pivote- ment tendent alors à augmenter le pas et les pales s'effacent automatiquement jusqu'à une limite fixée par une butée. Dès que le moteur est remis en route, à une altitude telle que le couple aérodynamique l'emporte sur le couple centrifuge, les pales reprennent leurs positions normales.
A titre de variante, on peut tolérer que le couple
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centrifuge résultant l'emporte légèrement sur le couple aérody- namique et compenser la différence par un ressort. La diffé- rance d'équilibre entre les deux couples doit rester suffisam- ment faible pour que le ressort ne s'oppose pas à l'effacement.
L'invention comprend d'ailleurs dans son cadre tous les dispositifs permettant d'utiliser le montage préconisé des pales et la combinaison des trois couples fondamentaux pour obtenir lteffacement automatique des pales.
Les figures . 9 du dessin annexé représentent, à titre d'exemple seulement, une forme d'exécution de l'hélice selon l'invention, telle que décrite et représentée schémati- quement par les fige. 1 à 3.
La figure 4 est une vue en élévation, le nez du mo- teur placé en avant du. plan de figure.
La figure 5 est une vue de profil relative à la fig.4 en coupe suivant la ligne V-V de la fig' 4.
La figure 6 est une vue en plan relative à la fig. 5, et en coupe suivant la ligne VI-VI de cette figure.
Lesfigures7 et 8 sont respectivement desvuesen bout et de profil d'une hélice selon l'invention, et la fig. 9 en est un plan.
Dans cet exemple, les pales la et 1b sont reliées au- moyeu 2 de la même manière ; il suffira donc d'expliquer comment la pale la par exemple est reliée au dit moyeu.
Le pied de la pale la est muni de gorges, comme il est représenté en 3, ces gorges s'engageant dans des entailles correspondantes d'une douille 4, laquelle douille est reliée au moyeu 2 par la tige de torsion b, qui est fixée en rota- tion, avec la douille 4, par le moyen du verrou 6. La tige 5 est fixée, à son extrémité inférieure, par des cannelures 7 qui s'engagent dans des cannelures correspondantes d'un cha- peau 8 fixe.sur le fond 9 du tube 10, solidaire du moyen 2; un ou plusieurs ergots 11 empêchent la rotation du chapeau 8 par rapport au tube 10.
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Pour résister aux efforts radiaux, la douille 4 est rendue solidaire d'un tube 11 qui a même axe que la tige 5 et que le tube 10, le tube 11 étant supporté radialement par des paliers à rouleaux ou billes 12 et 13. Une butée 14 empêche l'allongement excessif de la tige 5 sous l'action de la traction centrifuge.
Un contrepoids 16 est articulé, en 17, sur le moyeu 2, et ce contrepoids est relié, par une bielle 18, ar- ticulée en 19 et en 20, à un collier 21 qui est fixe sur la douille 4. La disposition initiale est telle qua l'axe 22 de rotation de l'hélice, le centre de gravité du contre- poids 16 et l'axe d'articulation 17 de ce contrepoids, se trouvent normalement en ligne droite, de sorte que le con- trepoids 16 est en équilibre instable sous l'action des ef- forts centrifuges. Comme précédemment expliqué, dès que le contrepoids 16 quitte la position d'équilibre instable, la force centrifuge qui s'exerce sur lui tend à accroître le mou- vement de pivotement de la pale.
Un système de réglage de l'inclinaison de la pale la, par rapport à la douille 4, a été prévu en 23, ce régla- ge ayant lieu au moyen de la clé amovible 24. D'autre part, un autre réglage peut avoir lieu en desserrant l'éorou 25 de fixation de la tige de torsion 5, ce qui permet de régler las positions relatives des cannelures 7 de cette tige, par rapport à celles correspondantes du ohapeau 8. En pratique, les cannelures 7 pénètrent dans des cannelures correspondan- tes d'une rondelle 26, et cette rondelle 26 est fixée en rotation par rapport au chapeau 8, à l'aide de stries, plus particulièrement visibles en 27.
De cette façon, il suffit d'un faible desserrage de l'écrou 25 pour dégager la rondelle 26 du chapeau 8, et permettre le réglage angulaire de la po- sition de la tige 5 et, par conséquent, de la douille 4, Le réglage de la position du contrepoids 16, par rapport à la douille 4, s'obtient par desserrage préalable du collier 21,
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et nouveau barrage une fois le réglage effectué.
On a vu dans ce qui précède que la régulation automa- tique du pas s'obtient par l'équilibre,à tout instant, des cou- ples de pivotement suivants :
1 ) Un couple aérodynamique Ca dû à l'effort propulsif et tendant à réduire le pas ;
2 ) Un couple centrifuge sensiblement constant K#2, pro- portionnel au carré de la vitesse # de rotation et tendant tou- jours à accroître le pas.
Ce couple est produit par l'inclinaison en avant de l'axe de pivotement accompagné d'un déport convenable de la fi- bre neutre, par rapport à l'axe de rotation dans le sens de la rotation.
On crée ainsi un couple centrifuge supérieur au couple naturel centrifuge de pivotement de la pale d'une quan- tité K # 2.
3 ) Un couple aérodynamique c'a dû à la résistance à la rotation de la pale et à l'inclinaison en avant de l'axe de pivotement. Ce couple c'a proportionnel au couple moteur tend à réduire le pas en s'ajoutant à Ca.
4 ) Un couple de réaction élastique de la tige G #, pro- portionnel au pivotement, compté à partir d'une origine conve- nable,
5 ) Un couple centrifuge variable proportionnel au pivo- tement et tendant ainsi à rappeler la pale, annulé par l'action d'un contrepoids compensateur tendant toujours à accroître le pivotement.
6 ) Un couple supplémentaire K'# 2 dû au compensateur qui représente l'excès de l'action du compensateur sur le cou- ple centrifuge variable.
L'équation d'équilibre des couples, en comptant les pivotements positivement vers les pas décroissants, est ainsi de la forme :
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Le réglage du compensateur modifie le coefficient K' ce qui permet d'être maître, à volonté, de la sensibilité.
A couple moteur constant Ca est une fonction linéai- re du pivotement, de sorte que Ca + C'a = A + B # , d'où :
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D'autre part, si l'on se donne la vitesse V de l'avion, ce est, pour la pale, une fonction linéaire de #, # = A'# + B'. de sorte que le régime s'obtient par intersea- tion de cette dernière droite avec la courbe (2).
Le régime est toujours stable,car pour une augmen- tation de vitesse # le pivotement ## donné par la courbe d'automaticité est plus petit que celui qui correspond à la pale. Vers les pas décroissants, si la sensibilité est exces- sive, la pale va sur sa butée sans instabilité.
Il y a alors intérêt à pouvoir disjoindre les deux sensibilités par décalage de l'exoentrique du contrepoids, de qu'on peut obtenir en montant l'axe du contrepoids lui-même sur une douille formant excentrique réglable.
Ce type d'hélice convient tout spécialement au cas du moteur à compresseur maintenant le couple moteur constant jusqu'à une altitude H.
On adapte l'hélioe et on calcule le contrepoids de façon qu'à cette altitude H l'hélice tourne à son nombre de tous maximum, en montée et en palier.
Aux altitudes inférieures, on conserve a peu près rigoureusement ce marne nombre de tours en montée, avec, en palier, une baisse très minime du nombre de tours.
L'invention comprend dans son cadre toutes les com- binaisons et,même, inversions des couples de pivotement par modification des positions relatives des divers organes, pour répondre à tous les besoins d'adaptations différentes de celle avec compresseur.
Supposons, en effet, que l'on utilise ce type d'hé-
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lice avec un avion à plaf ond élevé et muni d'un moteur ordinai- re, dont le, couple décroisse régulièrement avec l'altitude, à peu près proportionnellement à la pression atmosphérique.
L'hélice étant adaptée pour une altitude basse, aux altitudes croissantes,les couples aérodynamiques Ca et C'a décroissent très vite quand l'altitude du vol augmente. Le pas d'hélice augmenterait, dans ces conditions, beaucoup trop vite, Le bénéfice acquis pour la montée à basse altitude, le serait au détriment du vol à haute altitude pour lequel le nombre de tours laisserait plus vite qu'avec une hélice ordi- naire.
Dans ce cas, il faut que le point d'appui du couple de pivotement dû à la force de traction, ne se fasse plus sur un couple centrifuge K # 2, mais bien sur la réadtion C'a du couple moteur.
Comme, dans ces conditions, Ca et CI$ décroissent en montée à des altitudes croissantes, à peu près de la même façon, en fonction de la densité de l'air, on peut obtenir une régulation favorable du pas à toutes les altitudes. Dans ce but :
1 ) On supprime ou on rend très petit le couple centri-
2 fuge constant fournissant le terme K# en annulant le déport de la fibre neutre par rapport à l'axe de rotation ou en le rendant très petit.
2 ) On inverse le couple aérodynamique C'a dfi à la réaction du couple moteur, en inversant l'inclinaison de l'axe de pivotement qui se fait vers l'arrière au lieu de se faire vers l'avant.
;5 ) On donne à la pale une compensation initiale à la flexion en lui donnant,autour de son axe de pivotement, un déport angulaire de quelques degrés vers l'avant.
Ce déport donne, en même temps, un couple centrifuge tendant à accroître le pas et qui vient compenser le couple centrifuge naturel de torsion de la pale,
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Supposons (fig. 10) l'axe de rotation en # perpen- dioulaire au plan du. tableau, l'axe de pivotement se projetant en A B et décalé par rapport à 0 en sens inverse de la rotation # pour un observateur placé en avant.
Supposons d'abord la fibre neutre dans un plan per- pendiculaire à l'axe de rotation qu'elle rencontre puisqu'elle est sans décalage.
La résistance à la rotation est T, proportionnelle au. couple moteur, à la distance Z du point A où la fibre neutre rencontre l'axe de pivotement.
Par rapport au point A; le moment de T est # = T Z perpendiculaire au plan normal à l'axe de rotation mené par la fibre neutre.
La tige de pivotement est oinlinée de 4 vers l'ar- rière et la projection de [alpha] sur l'axe de pivotemant est 1.
# sin [alpha]= T Z sin .
C'est le couple de pivotement C'a dû à la réac- tion du couple moteur :il tend à accroître le pas-
L'équation d'équilibre des couples prend alors la
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On adaptera l'hélice pour une faible altitude, 1500 ou 2000 mètres, de façon à obtenir à cette altitude le même nombre de tours en palier et en montée, égal au nombre de tours maximum admis.
1 ) Il sera généralement possible d'obtenir qu'en montée, à faible altitude, les deux couples Ea et C'a soient sensi- blement égaux. Ceci d'autant plus facilement que le déport en avant de la pale permet d'augmenter le couple #, donc C'a ainsi qu'on le voit facilement.
Comma en montée, l'effort de traction et le couple moteur décroissent avec la densité de l'air, à peu près de la même façon, la différence Ca - C'a restera nulle et le pas ne variera pas.
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On démontre, et l'expérience courante le vérifie, que, durant toute la montée, le nombre de tours restera cons- tant, donc égal à son maximum.
Il restera également constant en palier, puisqu'il doit passer par cette même valeur au plafond et à l'altitude pour laquelle on a déterminé l'hélice.
On obtient ainsi un nombre de tours du moteur uni- forme à tous les régimes de vol.
Il en découle un gain d'au moins 20 à 30 % sur les temps de montée, une élévation de la hauteur de plafond et un gain sur les Vitesses en palier.
2 ) Si, au début de la montée, Ca est supérieur à C'a, on a une très légère baisse du nombre de tours du sol mpla- fond et à tous les vols en palier, on retrouve à peu près exactement le même nombre de tours qu'en montée.
Les figures 11 à 16 sont relatives à une réalisation d'hélice, selon l'invention, applicable à un moteur avec compresseur.
La figure 11 est une vue de profil, avec coupe de l'hélice.
La figure 12 est une vue de face correspondante.
La figure 13 est une vue de profil partiel, en cou- pe, de l'hélice, par l'axe de la tige de torsion d'une pale.
Les figures 14, 15 et 16 sont des sections transver- sales de variantes d'exécution des tiges de torsion.
Cet exemple ésente les points caractéristiques suivants :
1 ) Le moyeu est constitué par un fût cylindrique 28 per- tant à'ses extrémités deux couvercles 29 et 30 dont l'un, du côté A R, porte une denture pour l'entraînement. Des bossages 31 reçoivent les tubes de pivotement 32.
2 ) Le montage est monobloo, les tubes de pivotement 31 portant directement les pales 33 vissées par un filetage 34 à gros filets.
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3 ) La butée du tube de guidage limitant les allongements de la tige 35 se fait au-dessus de l'axe de rotation par une bague 36 en deux parties, tenues par une douille 37.
4 ) Le tube de guidage 32 porte à sa partie supérieure deux rangées de petits rouleaux 38 placés de telle sorte qua l'effort latéral se partage également entre les deux rangées.
5 ) La tige de torsion 35 est maintenue à ses deux extrémités par des filetages 39 identiques.
6 ) La butée dans les deux sens s'opère directemant sur les contrepoinds 40 par une tôle de butée 41.
4 ) En dehors de la surcharge des contrepoids,divers réglages sont prévus a) Décalage du contrepoids.
Le contrepoids est serré sur une entretoise 42 por- tant sur ses deux faces des dentures 43 à nombres de dents différents. On a ainsi,en avançant d'une dent d'un côté, et reculant d'une dent de l'autre, un réglage micrométrique pré- cis. b) Décalage de l'excentrique.
La douille 44 du contrepoids est excentrée dans son logement. En la faisant tourner on décala l'excentrique et on peut disjoindre les sensibilités vers les pas croissants, d'une part, et vers les pas décroissants, d'autre part.
L'arrêt de la douille se fait par une denture 45 sur un doigt 46.
Enfin, pour tous les types d'hélices, il est prévu d'utiliser des tiges 35 à plus grande élasticité de torsion qu'une tige cylindrique pleine qui, pour une surface donnée, donne le maximum de rigidité à la torsion.
Avec une tige pleine, pour un pivotement donné, le taux de travail à la torsion est proportionnel au rayon tandis que le taux de travail à l'extension centrifuge est en raison inverse du carré du rayon.
Il y a donc un rayon donnant le minimim de travail et dont on ne peut s'écarter.
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Pour avoir une marge d'adaptation plus grande, il est nécessaire de fractionner la section du tube en éléments de forme rectangulaire, triangulaire, etc.. donnant une élasticité de torsion beaucoup plus grande.
On peut garder un noyau central et découper en ai- lettes la section restante de la tige (fig. 14).
On peut supprimer le noyau ou découper la section de toute autre façon, la fractionnant en éléments beaucoup plus déformables en torsion que la section circulaire pleine (figs.
15 et 16).
On peut ainsi, tout en augmentant l'élasticité de torsion, donner à la tige une section plus grande permettant de la faire travailler à un taux arbitrairement choisi. On obtient ainsi un montage de la tige tel que celui indiqué sur la figure 13. D'ailleurs, on peut profiter de l'élasticité plus grande pour diminuer la longueur de la tige, donc le poids de l'ensemble.
REVENDICATIONS
1.- Hélice à pas automatiquement variable en vol, caractérisée en ce que le couple centrifuge exercé sur chaque pale, dans la direction des pas croissants, est rendu prati- quement indépendant du pivotement, c'est-à-dire de ltinciden- ce de la pale, ou même varie dans le même sens que cette in- cidence, et en ce que l'équilibre est obtenu entre trois cou- ples, un couple aérodynamique qui tend à réduire le pas, le couple centrifuge précité et, de préférence, toujours plus grand que le couple aérodynamique précité, et un couple élas- tique qui ne dépend que du pivotement de la pale.
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"PROPELLER WITH AUTOMATIC PITCH VARIATION"
The present invention relates to an airplane propeller with automatic variation of the pitch in flight.
There are already propellers the blades of which are freely pivoted in the hub, and in which an aerodynamic torque, tending to reduce the pitch, is balanced by an antagonistic centrifugal torque, this result being obtained by giving the blade a shape in yatagan, or by tilting its neutral fiber on the pivot axis.
These propellers in which, necessarily, a centrifugal torque dependent on the pivoting is used, do not provide any pure centrifugal regulation and do not make it possible to determine the position of equilibrium at will.
@
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The propeller according to the invention is essentially distinguished from the propellers already known, in that the centrifugal torque, which is exerted on the blade in the direction of the increasing pitch, is made practically independent of the pivoting, that is to say -to say of 1'incidence of the blade, we even vary in the same direction as this incidence, and in that the balance is obtained between three torques, an aerodynamic torque tending to reduce the pitch, the above-mentioned centrifugal torque, preferably always greater than the aerodynamic torque, and an elastic torque depending only on the pivoting of the blade.
To make the centrifugal torque practically independent of the pivoting, the neutral fiber of the blade is placed. according to an important character of the invention, in such a way that it does not pass through the axis of rotation of the helios, so as to use, for the creation of the centrifugal torque, either the arm of the lever determined by the offset, in the direction of travel, of the center of gravity, offset which is variable according to the pivoting, but on the contrary the lever arm due to the offset of the neutral fiber in the direction of rotation, offset which is practically constant, within the swivel limits of the blade.
In the initial position of the helix, the neutral fiber is preferably placed in a plane perpendicular to the axis of rotation, so that in this position there is no offset in the direction of rotation. advancement and that the torque due to such an offset is zero; and a centrifugal compensator arranged to be in unstable equilibrium in the normal position is combined with each blade, so that the influence of this compensator cancels out that of the offset of the center of gravity in the direction of travel, when the blade rotates.
The influence of the torque due to this inevitable offset is therefore suppressed, and it is even obvious that, using the compensator, a higher torque can be obtained in the opposite direction to the previous one, in order to increase the sensitivity at will.
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and the amplitude of regulation.
Consequently, the invention consists in obtaining at all times the pivoting equilibrium of three torques: a) an aerodynamic torque tending to reduce the pitch; b) a resulting centrifugal torque, adjusted by a compensator, tending to increase the pitch, preferably greater than the aerodynamic torque, independent of the pivoting or even varying in the same direction as the pitch; part of this flexible must obviously balance the natural torque of the blade around its neutral fiber, which tends to reduce the pitch; c) an elastic torque completing the pivoting equilibrium and therefore preferably tending to reduce the pitch.
Another characteristic of the invention consists in obtaining the elastic torque by a torsion rod located laterally with respect to the engine nose, therefore of great length, and at the same time retaining the blade at the centrifugal force, this blade being furthermore maintained by a guide tube on bearings.
This avoids having to absorb the centrifugal thrust bearing on bearings, a cause of irregularity and inconsistency in operation,
To fully explain the principle of operation of the propeller according to the invention, there is shown schematically in Figures 1, 2 and 3 of the appended drawing, a propeller in which, for the purpose of generalization, we have in - clipped the neutral fiber in the direction of travel (as is known) and causes this neutral fiber to pass outside the axis of rotation of the propeller (according to the essential characteristic of the invention).
FIG. 1 represents a projection on a vertical plane perpendicular to the axis of rotation of the helium.
Figure 2 the projection on a horizontal plane.
Figure 3 the projection on a profile plane.
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On a plane perpendicular to the axis 0 of rotation, the neutral fiber of a blade, assumed, in this example, to be straight, projects along a straight line AB (fig. 1) sitazé with respect to the axis 0 with an offset e in the direction f of the rotation.
This offset allows, in its initial position, the total compensation of the blade by a centrifugal torque with respect to the torques due to the resistance to rotation and to the propulsive force.
The blade pivots on a torsion rod A D offset with respect to axis 0 in the opposite direction of rotation.
This rod A D supports the centrifugal traction and, being located laterally with respect to the nose of the engine, can have a length large enough to provide, in torsion, the deformations necessary for automaticity.
The lateral reactions are taken by a guide tube co-axial to the torsion rod, rotating on bearings and capable of resisting, pax stop, the centrifugal traction as soon as the torsion rod is extended by: quantity given,
This automatically limits the work to the extension of the central rod in case. the speed of rotation would become excessive.
As a consequence of such an assembly: a) The propulsive force, parallel to the axis of rotation, applied to the center of pressure I of the blade acts, in pivoting, with the lever arm h, distance of I to the torsion rod.
Since the lever arm h can be considerable, the sensitivity of the regulation, with respect to the variations in the propulsive force, is always sufficient. b) The centrifugal force G H, applied to the blade in its center of gravity, is directed along the perpendicular lowered from this point to the axis of rotation.
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It has, in the general example shown, two components, one N parallel to the vertical projection of the torsion rod, the other T perpendicular.
T provides a centrifugal torque C1 tending to increase the pitch as soon as the straight neutral fiber of the blade is tilted forward, so that the horizontal projection of the center of gravity G comes in front of the horizontal projection of A , of a quantity # counted parallel to axis 0. If the neutral fiber were inclined backwards, the torque C1, created by T, would tend to decrease the pitch.
In a plane passing through the torsion rod and parallel to the axis of rotation, this rod is inclined forward, which has a double result: a) The centrifugal component N becomes oblique with respect to the rod, its component perpendicular to this rod tending to increase the pitch and causing a second centrifugal regulating torque 02. b) The resistance to rotation of the blade. passing behind the torsion rod tends, like the propulsive force, to reduce the pitch.
The supporting calculation of the pairs c1 and c2 is very simple.
Assume first that the torsion rod is perpendicular to the axis of rotation. The centrifugal resultant H couples in A 'the plane led by point A of the torsion rod perpendicular to this rod. Point A 'is in front of the figure plane of a quantity 0 measuring the offset in front of the center of gravity of the blade. The force H decomposes into N and T, the first deported from # laterally and from # forward. The single centrifugal torque tending to increase the pitch is T # while the two blade compensation torques are N # and N #. It is easy to see that, for all the sections, we keep the com-
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thinking in a sufficiently precise way.
The lateral force on the bearings is T.
We will now imagine that the point A where the neutral fiber meets the torsion rod remaining fixed, the torsion rod is inclined towards the front of the angle # ', the point D passing behind the plane of the figure.
The moment, with respect to the point a of Test T # and its projection on the axis of the rod is the centrifugal torque C1 = T # cos #. But if # is the inclination of N on G H, we have T - N tg # hence c1 = N # sin # cos # '. these #
Regarding the second centrifugal torque, N is projected onto a plane perpendicular to the rod according to the force N sin # causing, around the rod, the second centrifugal torque c2 = N # sin # 'tending to increase the pitch .
We see that there is a complete analogy between the two couples C1 and C2, the centrifugal force T being, for the first time, associated with the arm of. variable lever # and, for the second, the centrifugal force N being associated with the arm of the constant lever # '.
When the blade is rotated, the lever arm # 'undergoes only minute variations, while the lever arm # varies as the center of gravity of the blade moves.
Under these conditions, in order to create a constant centrifugal torque according to the invention, not as has been done hitherto, the centrifugal component T associated with the variable lever arm is used, but, on the contrary, the component. perpendicular health N associated with the lever arm # 'practically constant.
To this end, first of all, preferably in the initial position, the inclination towards the xant of the neutral fiber is avoided, in order to keep only the offset in the direction of rotation, which offset, associated with the forward inclination of the pivot axis is characteristic of the invention. The arm
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lever J can be taken large enough to give, in horizontal flight close to the ground, the total balance of the blade with respect to the resistance to rotation and with respect to the propulsive force.
The centrifugal torque due to the T component and to the lever arm # is therefore not used. This torque is zero in the initial position, but takes a certain value, positive or negative, depending on the direction of pivoting during regulation. These variations are annoying here, since they oppose the pivoting, dampen the sensitivity and restrict the limits of the regulation.
This is why a centrifugal compensator is added to each blade and its purpose is to compensate for the variations in this torque which would limit the amplitude and the sensitivity of the automatic regulation. The compensator therefore always tends, in these conditions, unlike the torque C1, to accentuate a pivoting which has started.
An additional centrifugal torque is therefore introduced, which varies very quickly, and such that when the blade is pivoted towards increasing pitches, it tends to increase the pitch, the more the pivoting is greater. On the contrary, when the blade is pivoted towards decreasing pitches, it should tend to decrease the pitch, the more so as the pivot angle is greater.
It is thus possible, not only to compensate for variations in centrifugal torque C1, but by voluntarily accentuating the action of the compensator, to create a real strengthening of the regulation by the servo-motor action of this additional torque. . We are in control at will and in all cases of the precision, amplitude and sensitivity of the regulation.
To obtain this result, we use, for each blade, a counterweight such that, under the centrifugal action, it is in an unstable position. Articulated on the hub, it transmits its
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action with the blade by a rod wedged in such a way that a slight pivoting of the blade produces large displacements of the counterweight and large variations in the torque which it causes. It thus appears that such a counterweight, being in position of centrifugal instability always tends to reinforce the pivoting of the blade and causes an additional centrifugal torque meeting the conditions set out above.
By varying the mass, the lever arm or the counterweight setting, there is a very sensitive adjustment process for the pitch regulation, making it possible to obtain the desired number of revolutions with the greatest precision.
It thus appears that the operation of a propeller according to the invention makes it possible to obtain:
1) Aerodynamic regulation, that is to say in relation to variations in propulsive force and engine torque.
2) Centrifugal regulation, since one of the couples present does not depend on the speed.
3) An adjustment as precise as one wants, by the. compensator, sensitivity and amplitude of each of the two regulations.
Finally, the device has the advantage of automatically keeping the compensation of the blades when the propulsive force increases. The pivoting towards decreasing steps which accompanies the increase in this effect, shifting the center of gravity of the blades forward, produces a rectifying centrifugal torque which automatically balances the additional bending torque due to the propulsive force. It is therefore possible to associate this device with thin blades which are those of the best efficiency.
It is even planned to use ultra-thin blades, made of sheet steel for example. But the calculation shows that if the blade were uniformly flexible, the pivoting would not start, because the blade would flex automatically when the propulsive force increases and the consequent offset of the center.
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/ 1 of gravity forward would cause a centrifugal torque C tending to increase the pitch and exactly balancing the variation in the aerodynamic torque. For priming to occur, it is planned to use thin blades, but deformable only over part of their length, the rigidity being maintained towards the fitting. The initial bending of the tip of the blade as soon as the propulsive force increases does not prevent starting and when the blade is pivoted, its elastic part straightens automatically.
It is obvious that the invention includes within its scope:
1) the case where the neutral fiber of the blade corresponds to the arrangement described, but is not rectilinear, Ella can be slightly curved, left or plane, so as to seek, section by section, the rigorous compensation of the blade.
2) any other device for pivoting the blades or obtaining the elastic torque.
For example, it is possible to pivot the blades on bearings or columns with spherical ends and to add single or multiple springs acting separately on each blade or on a common coupling member.
3) any other device for obtaining a resulting centrifugal torque, tending to increase the pitch, independent of the pivoting or varying in the same direction as the pitch, and combined with an aerodynamic torque and an elastic torque.
4) the separate use of one or more of the devices covered by the patent, as well as their variants. is as well as: a) It is possible to dispense with the use of the torque compensator if only limited sensitivity is desired. b) The lever arm # can be reversed by passing point AI in fig. 1 forward with respect to the direction of rotation. It is then necessary to incline the torsion rods backwards to find the centrifugal torque 02 tension.
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before increasing the pace.
5) the use of the characteristic arrangement of the blades or of the compensator in the case of a controlled variable-pitch propeller. The object of obtaining the centrifugal torque c2 or the compensating torque is then to compensate for the natural torque tending to block the blades at the minimum pitch and thus to allow as gentle control as one wishes in both directions. .
6) the use of the compensator on the propellers for which the centrifugal torque used is the torque c1 in order to be in control of the equilibrium position.
By using the arrangements according to the invention, it is finally possible to obtain, in flight, automatic erasure of the blades as soon as the engine tends to be driven by the propeller, which is then the receiver.
The engine stalls and the pitch of the blades increases enough for their aerodynamic resistance to become negligible. This is a considerable advantage over multi-engine airplanes whose flight qualities, with a certain number of engines stopped, are considerably improved.
The motors in action, thanks to the regulation of the pitch, substantially maintaining their speed while the efficiency of their propellers drops much less than with fixed-pitch propellers. For the other engines, the propellers instead of driving these engines empty with a considerable axial resistance. rable become wedged and erased, which significantly cancels the resistance.
The double benefit obtained for engines stopped and those in action is considerable.
For this purpose: a) Each blade is arranged in such a way that the aerodynamic torque resulting from the propulsive force and the resistance to rotation outweighs the centrifugal torque resulting at the altitude at which is envisaged the effaaemsnt of the blades. so that the central rod is then twisted towards
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decreasing steps.
This with the aim of being able to put the stopped engines back into operation at this altitude, their propellers immediately resuming their normal positions. b) The torque compensator is mounted in such a way that it leaves the blade free to retract in increasing steps from a certain pivoting by an escapement or a lock. c) The torsion rod, at its end opposite the blade, is free to turn in increasing steps, on a ball bearing combined with a Belleville washer or the like.
It is advantageous that in normal operation the balls do not withstand all of the centrifugal traction and that the unilateral freedom is not given to the rod, sar at high altitude, the aerodynamic torque is always less than the centrifugal torque.
This is achieved by placing the ball raceway on a resilient stop plate such that, under normal conditions, this plate gives way and gives the stop on flat surfaces preferably slightly ridged to eliminate all freedom, When the speed of rotation s' is lowered enough, the reaction of the elastic plate wins, the contact of the flat surfaces is suppressed and the freedom towards increasing pitches is given to the rod on the balls.
As a result, when the propeller is receiving, its speed of rotation drops considerably, the range is on the balls and the erasure towards increasing pitches is effected by simultaneous inversions of the propulsive force and of the resistance to the rotation. All the pivot torques then tend to increase the pitch and the blades are automatically erased up to a limit set by a stop. As soon as the engine is restarted, at an altitude such that the aerodynamic torque outweighs the centrifugal torque, the blades return to their normal positions.
As an alternative, one can tolerate that the couple
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The resulting centrifugal slightly outweighs the aerodynamic torque and compensate for the difference by a spring. The difference in equilibrium between the two torques must remain small enough so that the spring does not oppose cancellation.
The invention moreover includes within its scope all the devices making it possible to use the recommended mounting of the blades and the combination of the three fundamental couples to obtain the automatic lteffacement of the blades.
The figures . 9 of the appended drawing show, by way of example only, one embodiment of the propeller according to the invention, as described and shown schematically by the figs. 1 to 3.
FIG. 4 is a view in elevation, the nose of the engine placed in front of the. figure plan.
Figure 5 is a side view of Fig.4 in section along the line V-V of Fig '4.
FIG. 6 is a plan view relating to FIG. 5, and in section along line VI-VI of this figure.
Lesfigures7 and 8 are respectively desvuesen end and in profile of a propeller according to the invention, and FIG. 9 is a plan.
In this example, the blades 1a and 1b are connected to the hub 2 in the same way; it will therefore suffice to explain how the blade 1a for example is connected to said hub.
The root of the blade 1a is provided with grooves, as shown at 3, these grooves engaging in corresponding notches of a sleeve 4, which sleeve is connected to the hub 2 by the torsion rod b, which is fixed in rotation, with the sleeve 4, by means of the latch 6. The rod 5 is fixed, at its lower end, by grooves 7 which engage in corresponding grooves of a cap 8 fixed. the bottom 9 of the tube 10, integral with the means 2; one or more lugs 11 prevent the cap 8 from rotating relative to the tube 10.
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To resist the radial forces, the sleeve 4 is made integral with a tube 11 which has the same axis as the rod 5 and as the tube 10, the tube 11 being supported radially by roller or ball bearings 12 and 13. A stopper 14 prevents excessive elongation of the rod 5 under the action of centrifugal traction.
A counterweight 16 is articulated, at 17, on the hub 2, and this counterweight is connected, by a connecting rod 18, articulated at 19 and at 20, to a collar 21 which is fixed on the sleeve 4. The initial arrangement is such that the axis 22 of rotation of the propeller, the center of gravity of the counterweight 16 and the hinge axis 17 of this counterweight, are normally in a straight line, so that the counterweight 16 is in unstable equilibrium under the action of centrifugal forces. As previously explained, as soon as the counterweight 16 leaves the unstable equilibrium position, the centrifugal force exerted on it tends to increase the pivoting movement of the blade.
A system for adjusting the inclination of the blade 1a, relative to the sleeve 4, has been provided at 23, this adjustment taking place by means of the removable key 24. On the other hand, another adjustment may have to be made. place by loosening the fixing hole 25 of the torsion rod 5, which makes it possible to adjust the relative positions of the grooves 7 of this rod, with respect to the corresponding ones of the hat 8. In practice, the grooves 7 enter the grooves corresponding to a washer 26, and this washer 26 is fixed in rotation with respect to the cap 8, by means of grooves, more particularly visible at 27.
In this way, a slight loosening of the nut 25 is sufficient to release the washer 26 from the cap 8, and to allow the angular adjustment of the position of the rod 5 and, consequently, of the sleeve 4. adjustment of the position of the counterweight 16, relative to the bush 4, is obtained by prior loosening of the collar 21,
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and new dam after adjustment.
We have seen in what precedes that the automatic regulation of the pitch is obtained by the equilibrium, at any moment, of the following pivoting couples:
1) An aerodynamic torque Ca due to the propulsive force and tending to reduce the pitch;
2) A substantially constant centrifugal torque K # 2, proportional to the square of the speed # of rotation and always tending to increase the pitch.
This torque is produced by the forward inclination of the pivot axis accompanied by a suitable offset of the neutral fiber, relative to the axis of rotation in the direction of rotation.
This creates a centrifugal torque greater than the natural centrifugal blade pivoting torque by a quantity K # 2.
3) An aerodynamic torque is due to the resistance to the rotation of the blade and to the forward tilt of the pivot axis. This torque is proportional to the engine torque tends to reduce the step by adding to Ca.
4) An elastic reaction torque of the rod G #, proportional to the pivoting, counted from a suitable origin,
5) A variable centrifugal torque proportional to the pivoting and thus tending to recall the blade, canceled by the action of a compensating counterweight always tending to increase the pivoting.
6) An additional torque K '# 2 due to the compensator which represents the excess of the action of the compensator on the variable centrifugal torque.
The equilibrium equation of the couples, by counting the pivotings positively towards the decreasing steps, is thus of the form:
EMI14.1
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/
The adjustment of the compensator modifies the coefficient K ′ which makes it possible to be in control, at will, of the sensitivity.
At constant motor torque Ca is a linear function of the pivoting, so that Ca + C'a = A + B #, hence:
EMI15.1
On the other hand, if we give ourselves the speed V of the airplane, it is, for the blade, a linear function of #, # = A '# + B'. so that the regime is obtained by intersection of this last straight line with the curve (2).
The engine speed is always stable, because for an increase in speed # the pivoting ## given by the automaticity curve is smaller than that which corresponds to the blade. Towards decreasing steps, if the sensitivity is excessive, the blade goes to its stop without instability.
It is then advantageous to be able to separate the two sensitivities by shifting the exoentric of the counterweight, which can be obtained by mounting the axis of the counterweight itself on a sleeve forming an adjustable eccentric.
This type of propeller is especially suitable for a compressor engine maintaining the engine torque constant up to an altitude H.
The helioe is adapted and the counterweight is calculated so that at this altitude H the propeller turns at its maximum number of all, in ascent and in level.
At lower altitudes, this marl number of uphill laps is more or less rigorously conserved, with, in level, a very minimal decrease in the number of laps.
The invention includes within its scope all the combinations and, even, reversals of the pivoting torques by modifying the relative positions of the various members, to meet all the needs for adaptations different from that with a compressor.
Suppose, in fact, that we use this type of
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Competitive with an airplane with a high ceiling and fitted with an ordinary engine, the torque of which decreases regularly with altitude, roughly in proportion to atmospheric pressure.
The propeller being adapted for a low altitude, with increasing altitudes, the aerodynamic torques Ca and C'a decrease very quickly when the altitude of the flight increases. The propeller pitch would increase, in these conditions, much too quickly. The benefit acquired for the climb at low altitude would be to the detriment of high altitude flight for which the number of turns would leave faster than with a computer propeller. naire.
In this case, it is necessary that the fulcrum of the pivoting torque due to the tensile force no longer occurs on a centrifugal torque K # 2, but rather on the readtion C'a of the engine torque.
As, under these conditions, Ca and CI $ decrease uphill at increasing altitudes, in much the same way, depending on the density of the air, favorable pitch regulation can be obtained at all altitudes. For this purpose :
1) We remove or we make very small the centric couple
2 constant fuge providing the term K # by canceling the offset of the neutral fiber with respect to the axis of rotation or by making it very small.
2) We reverse the aerodynamic torque C'a dfi to the reaction of the engine torque, by reversing the inclination of the pivot axis which is done backwards instead of forward.
; 5) The blade is given initial bending compensation by giving it, around its pivot axis, an angular offset of a few degrees forward.
This offset gives, at the same time, a centrifugal torque tending to increase the pitch and which compensates for the natural centrifugal torque of the blade,
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Let us suppose (fig. 10) the axis of rotation in # perpendicular to the plane of. table, the pivot axis projecting at A B and offset from 0 in the opposite direction of rotation # for an observer placed in front.
Let us first suppose the neutral fiber in a plane perpendicular to the axis of rotation that it meets since it is without offset.
The resistance to rotation is T, proportional to. motor torque, at the distance Z from point A where the neutral fiber meets the pivot axis.
With respect to point A; the moment of T is # = T Z perpendicular to the plane normal to the axis of rotation driven by the neutral fiber.
The pivot rod is angled 4 backwards and the projection of [alpha] on the pivot axis is 1.
# sin [alpha] = T Z sin.
This is the pivot torque C'a due to the reaction of the engine torque: it tends to increase the pitch.
The equilibrium equation of the couples then takes the
EMI17.1
The propeller will be adapted for a low altitude, 1500 or 2000 meters, so as to obtain at this altitude the same number of level and climb turns, equal to the maximum number of turns allowed.
1) It will generally be possible to obtain that, when climbing, at low altitude, the two pairs Ea and C'a are appreciably equal. This is all the more easily as the offset forward of the blade makes it possible to increase the torque #, so that is how it is easily seen.
As you climb, the tractive effort and the engine torque decrease with the density of the air, in much the same way, the difference Ca - C'a will remain zero and the pitch will not vary.
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It is shown, and current experience verifies it, that, throughout the climb, the number of laps will remain constant, therefore equal to its maximum.
It will also remain constant in level, since it must pass through this same value at the ceiling and at the altitude for which the propeller has been determined.
This gives a uniform number of engine revolutions at all flight speeds.
This results in a gain of at least 20 to 30% on the rise times, a rise in the ceiling height and a gain on the level speeds.
2) If, at the start of the climb, Ca is greater than C'a, there is a very slight decrease in the number of revolutions from the ground mpla-bottom and on all level flights, we find almost exactly the same number of laps than uphill.
FIGS. 11 to 16 relate to an embodiment of a propeller, according to the invention, applicable to an engine with a compressor.
FIG. 11 is a side view, with section of the propeller.
Figure 12 is a corresponding front view.
FIG. 13 is a partial profile view, in section, of the propeller, through the axis of the torsion rod of a blade.
Figures 14, 15 and 16 are cross sections of alternative embodiments of the torsion rods.
This example has the following characteristic points:
1) The hub is formed by a cylindrical barrel 28 leaving at its ends two covers 29 and 30, one of which, on the side A R, carries teeth for the drive. Bosses 31 receive the pivot tubes 32.
2) The assembly is monobloo, the pivot tubes 31 directly carrying the blades 33 screwed by a thread 34 with coarse threads.
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3) The stop of the guide tube limiting the elongations of the rod 35 is made above the axis of rotation by a ring 36 in two parts, held by a sleeve 37.
4) The guide tube 32 carries at its upper part two rows of small rollers 38 placed so that the lateral force is shared equally between the two rows.
5) The torsion rod 35 is held at its two ends by identical threads 39.
6) The stop in both directions operates directly on the counterweights 40 by a stop plate 41.
4) Apart from the overload of the counterweights, various adjustments are provided a) Offset of the counterweight.
The counterweight is clamped on a spacer 42 carrying on its two faces teeth 43 with different numbers of teeth. In this way, moving forward with one tooth on one side and retreating from one tooth on the other, we have a precise micrometric adjustment. b) Offset of the eccentric.
The bush 44 of the counterweight is eccentric in its housing. By rotating it we shift the eccentric and we can separate the sensitivities towards increasing steps, on the one hand, and towards decreasing steps, on the other hand.
The bush is stopped by a toothing 45 on a finger 46.
Finally, for all types of propellers, provision is made to use rods 35 with greater torsional elasticity than a solid cylindrical rod which, for a given surface, gives the maximum torsional rigidity.
With a solid rod, for a given pivot, the torsional work rate is proportional to the radius while the centrifugal extension work rate is in inverse ratio to the square of the radius.
There is therefore a radius giving the minimum of work and from which one cannot deviate.
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In order to have a greater margin of adaptation, it is necessary to divide the section of the tube into elements of rectangular, triangular, etc. shape giving a much greater elasticity of torsion.
You can keep a central core and cut the remaining section of the stem into strips (fig. 14).
We can remove the core or cut the section in any other way, splitting it into elements much more deformable in torsion than the full circular section (figs.
15 and 16).
It is thus possible, while increasing the elasticity of torsion, to give the rod a larger section allowing it to work at an arbitrarily chosen rate. We thus obtain a mounting of the rod such as that shown in Figure 13. Moreover, we can take advantage of the greater elasticity to reduce the length of the rod, and therefore the weight of the assembly.
CLAIMS
1.- Propeller with automatically variable pitch in flight, characterized in that the centrifugal torque exerted on each blade, in the direction of the increasing pitch, is made practically independent of the pivoting, that is to say of the incident. of the blade, or even varies in the same direction as this incidence, and in that the equilibrium is obtained between three torques, an aerodynamic torque which tends to reduce the pitch, the aforementioned centrifugal torque and, preferably , always greater than the aforementioned aerodynamic torque, and an elastic torque which depends only on the pivoting of the blade.