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CA 02207787 1997-06-0~
TRAIN D'ATTERRISSAGE A PATINS POUR HELICOPTERE
La présente invention concerne un train d'atterris-
sage pour hélicoptère, plus particulièrement destiné aux
hélicoptères légers, comprenant deux patins présentant
chacun une plage longitudinale d'appui au sol et reliés à
10une traverse avant et à une traverse arrière elles-mêmes
assujetties à la structure de l'appareil par des organes de
liaison, la traverse arrière étant fixee par les extrémités
de ses branches descendantes à la partie arrière desdites
plages longitudinales d'appui.
15De fa,con classique, les atterrisseurs à patins
comprennent principalement quatre éléments : deux traverses
reliées à la cellule par le haut et deux patins de contact
avec le sol reliés aux parties inférieures des traverses. De
tels atterrisseurs classiques sont décrits par exemple dans
20le document US 2 641 423 et dans le document FR 1 578 594.
A l'atterrissage, l'énergie d'impact est absorbée
par déformation élastique puis plastique des traverses,
essentiellement par un travail en flexion. En règle générale
les traverses sont en tubes d'acier et les patins en tubes
25d'aluminium. L'inconvénient majeur de ce concept réside dans
la grande rigidité du système, qui se traduit par des
facteurs d'accélération éleves lors des atterrissages, une
adaptation en fréquence difficile, relativement au phénomène
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dit de "résonance sol", et un poids de l'atterrisseur assez
élevé.
Le but de la présente invention est de remédier à
ces inconvénients de la technique antérieure et d'obtenir un
train d'atterrissage d'hélicoptère de conception nouvelle
permettant de réduire les inconvénients précédents dans des
proportions significatives :
- réduction de la masse d'environ 20 %,
- simplification de la fabrication et réduction du
cout d'environ 10 %,
- réduction du facteur de charge à l'atterrissage
d'environ 10 %,
- suppression des systèmes mécaniques antirésonance
sol.
A cet effet, un train d'atterrissage conforme à
l'invention, du type défini au début, est caractérisé en ce
que chacun desdits patins présente à l'avant une zone de
transition inclinée à double courbure s'orientant transver-
salement auxdites plages longitudinales d'appui au sol, au-
dessus du plan de ces dernières, les deux zones de transi-
tion constituant ensemble, de la sorte, une traverse avant
intégrée, décalée soit vers l'avant, soit vers l'arrière par
rapport à la délimitation avant du plan de contact desdites
plages longitudinales d'appui des patins sur le sol.
La partie arrière de ce train jouera le rôle des
patins proprement dits : lors des atterrissages, elle
viendra en contact avec le sol et transmettra principalement
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la torsion différentielle entre les éléments avant et
arrière du train. La traverse avant, qui se trouve ainsi
intégrée à la partie "patin", contribuera au bilan global
d'énergie et jouera, grâce à la flexion desdites zones de
transition, un rôle prépondérant pour l'absorption des
forces engendrées lors des atterrissages durs et glissés :
elle interdira l'effacement complet de l'atterrisseur vers
l'arrière quand les vitesses de glissé seront très élevées.
On comprend que la forme générale de cette traverse avant
intégrée, et située en porte-à-faux à l'avant des patins, ou
en retrait vers l'arrière, résulte principalement de
cintrages des tubes, dans deux plans différents, des deux
côtés du train (droit et gauche).
Le comportement en résonance sol est caractérisé
notamment par la raideur en roulis de l'atterrisseur. Le
mode de fixation de l'atterrisseur à la structure étant
effectué, par exemple par l'intermédiaire d'un seul point
arrière et de deux points avant, la raideur en torsion par
rapport à l'axe de tangage est principalement obtenue par la
flexion de la traverse avant. La variante selon laquelle les
points d'appui au sol de la traverse avant sont déportés
longitudinalement vers l'avant de l'appareil par rapport aux
points de fixation sur la structure de celui-ci présente
l'avantage de permettre que le fonctionnement en roulis de
l'ensemble fasse travailler la traverse avant à la fois en
torsion et en flexion au lieu d'en flexion pure. Il en
résulte une raideur en roulis abaissée, ce qui améliore le
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comportement de l'hélicoptère en résonance sol dans le mode
de roulis, ce qui évite tout phénomène divergent risquant de
causer un accident.
Selon une autre caractéristique importante de
l'invention, l'ensemble des patins et traverses est consti-
tué de tubes d'aluminium, cet aluminium étant caractérisé
par une limite élastique égale à environ 75 % de la résis-
tance à la rupture, et par un allongement relatif à la
rupture au moins égal à 12 %.
Avantageusement aussi, l'épaisseur de paroi des
tubes constituant lesdites traverses avant et arrière est
dégressive entre la partie centrale de la traverse et sa
jonction au patin correspondant,
Ces différents compromis permettront de satisfaire
aux exigences de dimensionnement de l'atterrisseur et de
répondre aux trois critères suivants :
- absorption d'énergie correspondant aux vitesses
verticales d'impact normatives,
- vitesse critique d'atterrissage entraînant une
déformation résiduelle, située au-delà du spectre d'utilisa-
tion nominal, et
- souplesse suffisante pour éviter l'utilisation
d'un système additionnel antirésonnant.
La traverse arrière pourra être reliée de façon
classique à la partie arrière des plages longitudinales
d'appui. On pourra ainsi prévoir que les extrémités des
branches descendantes de la traverse arrière sont fixées
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auxdites plages longitudinales d'appui des patins par
l'intermédiaire de manchons en aluminium.
La traverse avant intégrée, comme la traverse
arrière, avec leurs organes de liaison à la structure de
l'appareil, pourront être réalisées selon différentes
variantes.
Un train d'atterrissage conforme à l'invention
pourra ainsi être caractérisé en ce que ladite traverse
avant est constituée de deux demi-branches reliées l'une à
l'autre vers le milieu de la traverse par un moyen de
jonction démontable et établissant la continuité de la
traverse en flexion.
A titre de variante on pourra cependant prévoir que
ladite traverse avant est constituée d'une seule branche
dont les extrémités sont chacune reliées par un moyen de
jonction démontable à la partie avant du patin corres-
pondant, ce moyen de jonction étant disposé entre les deux
courbures de la zone de transition concernée.
Dans les deux cas on pourra utiliser des moyens de
jonction constitués par un système de manchon vissé en
aluminium ou par un collier de fixation, ou encore assurer
la jonction par collage ou soudage lorsqu'une possibilité de
démontage ne sera pas exigée.
Quant aux organes de liaison entre lesdites traver-
ses avant et arrière et la structure de l'appareil, onpourra prévoir qu'ils sont du type à frottement contrôlé en
rotation, comportant à cet effet deux demi-colliers ou
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analogues enserrant le tube de la traverse, avec interposi-
tion d'un palier de matériau élastique du genre élastomère.
En effet, l'une des caractéristiques de l'invention réside
dans le fait qu'il existe un mouvement relatif de rotation
entre la traverse avant et la structure lors du fonctionne-
ment normal du train d'atterrissage. Ce mouvement peut être
utilisé pour introduire un éventuel amortissement.
Ces organes de liaison présenteront ainsi une
souplesse permettant de réduire les contraintes et moments
locaux dus aux grandes déformations, en autorisant un degré
de liberté en rotation.
On pourra encore prévoir plusieurs agencements
différents pour la disposition de ces organes de liaison
entre le train d'atterrissage et la structure de l'helicop-
tère, notamment en fonction des dimensions et de la masse dece dernier.
On pourra prévoir par exemple que le train comporte
au moins trois organes de liaison à la structure de l'appa-
reil, dont un assujetti centralement sur l'une desdites
traverses et les deux autres assujettis, en étant mutuelle-
ment écartés de part et d'autre de l'axe longitudinal du
train, sur l'autre traverse, ou encore qu'il comporte quatre
organes de liaison à la structure de l'appareil, assujettis
deux par deux sur l'une et l'autre traverse, en étant encore
mutuellement écartés de part et d'autre de l'axe longitudi-
nal du train.
Avantageusement encore, on peut mettre en oeuvre une
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,
traverse avant ou arrière présentant, entre deux tronçons de
traverse, une interruption dans sa partie centrale, lesdits
organes de liaison à la structure de l'appareil étant alors
assujettis en tant qu'articulations à rappel élastique aux
extrémités desdits tron,cons.
Selon encore une autre caractéristique de l'inven-
tion, ladite traverse arrière est constituée, pour sa partie
avant, d'un tube à profil aérodynamique cintré formant bord
d'attaque, ce tube étant prolongé vers l'arrière par un
carénage rapporté formant bord de fuite.
Cette disposition assurera une double fonction de
résistance par un dimensionnement de même rigidité que le
tube de référence, et une fonction aérodynamique relative à
la stabilité de l'hélicoptère. Quant au carénage rapporté,
il pourra ne pas participer à la résistance en flexion de la
traverse et être fixé sur la partie structurale avant par
tout moyen approprié, tel que vis, rivets ou collage.
Le train d'atterrissage pourra encore comporter des
marchepieds fixés sur lesdites zones de transition inclinées
à l'avant des patins, au-dessous des portes d'accès à la
cabine, ces marchepieds s'étendant, à partir desdites zones
de transition, uniquement vers l'arrière, ce qui permettra
tout glissement éventuel de cable, rendant inutile l'utili-
sation de coupe-câbles dans les parties inférieures de
l'hélicoptere.
Des modes d'exécution de l'invention vont maintenant
être décrits à titre d'exemples nullement limitatifs avec
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,
référence aux figures du dessin ci-annexé dans lequel :
- la figure l est une vue en perspective d'un mode
de réalisation d'un train d'atterrissage d'hélicoptère
conforme à l'invention ;
- la figure 2 représente en coupe transversale
l'organe de liaison à rappel élastique de la traverse
arrière à l'appareil ;
- la figure 3a est une vue du manchon de liaison au
niveau des extrémités des branches descendantes de la
traverse arrière, en coupe par l'axe de la plage longitudi-
nale d'appui correspondante ;
- la figure 3b est une vue du manchon selon une
coupe transversale à cet axe ;
- la figure 4a est une vue de profil de la partie
avant du train, montrant l'une des courbures de la zone de
transition tubulaire entre la plage d'appui au sol corres-
pondante et la traverse avant ;
- la figure 4b est une vue selon la ligne IV-IV de
la figure 4a, montrant l'autre courbure de la zone de
transition entre la précedente et la partie rectiligne de la
traverse ;
- la figure 5 est une vue en coupe axiale d'un
manchon de jonction demontable entre deux demi-branches
d'une traverse avant ;
- la figure 6 est une vue en coupe transversale à
l'axe, de l'organe de liaison à rappel elastique en rota-
tion, permettant d'assurer la liaison entre la traverse
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avant et la structure de l'hélicoptère ;
- la figure 7 est une vue en coupe transversale
d'une traverse arrière à profil aérodynamique ;
- la figure 8 est une vue de profil partielle de la
partie avant d'un hélicoptère équipé d'un train d'atterris-
sage conforme à l'invention, montrant la disposition des
marchepieds ;
- la figure 9a montre, à titre de variante et en
coupe axiale, un collier de fixation également utilisable
pour réaliser la jonction entre les deux demi-branches de la
traverse avant, la figure 9b étant une vue en coupe trans-
versale de ce manchon ;
- la figure 10 est une vue en perspective partielle
de l'avant du train d'atterrissage montrant une variante
pour l'emplacement du moyen de jonction démontable entre la
traverse avant et la partie avant du patin correspondant ;
- les figures lla à lld montrent plusieurs variantes
pour l'emplacement des organes de liaison entre les traver-
ses avant et arrière du train et la structure de l'appareil;
- la figure lle montre la possibilité de décaler
vers l'arrière la traverse avant intégrée ;
- la figure 12 montre en perspective les déformées
d'un train d'atterrissage classique de référence ; et
- la figure 13 montre comparativement, avec les
memes échelles, les déformées d'un train d'atterrissage
conforme à l'invention.
Sur la figure 1, on a désigné globalement en P les
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deux patins du train d'atterrissage, réalisés entièrement en
tubes d'aluminium et dont les plages longitudinales d'appui
au sol, dans leur partie rectiligne, ont été référencées 1.
A leur partie arrière ces plages d'appui 1 sont reliées à
une traverse arrière 2 par des manchons en aluminium 3 fixés
aux extrémités des branches descendantes 2a de la traverse,
ces branches descendantes prolongeant la partie centrale
inclinée de la traverse 2 après un cintrage dans le plan
vertical. Les manchons de fixation 3 sont mieux visibles aux
figures 3a et 3b. Ils ont la forme d'un T dont le pied
montant est vissé sur la branche 2a et dont les branches
horizontales sont rivetées sur la plage d'appui correspon-
dante 1 du patin P, ces moyens de fixation n'étant bien
entendu indiqués qu'à titre d'exemples.
La traverse arrière 2 peut être assujettie à la
structure résistante S de l'appareil par un organe de
liaison tel que 4, représenté en coupe transversale à la
figure 2. Cet organe est constitué par une monture 4a dont
la partie chevauchant le tube de la traverse 2, ainsi que la
partie en creux d'un couvercle vissé 4b sont garnies d'un
revêtement en élastomère 5 permettant d'obtenir un palier à
rappel élastique en rotation, avec les avantages mentionnés
plus haut quant au comportement du train vis-à-vis des
moments et autres efforts s'exerçant sur la traverse 2 au
moment de l'atterrissage.
A l'avant, chacun des patins P présente, à la suite
de la plage longitudinale d'appui 1 correspondante, une zone
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de transition T à double courbure, avant de constituer la
traverse avant intégrée 8. Cette zone de transition T est
obtenue par un premier cintrage C1 de rayon R, redressant la
plage d'appui 1 vers le haut (figure 4a), et par un second
cintrage C2, par exemple également de rayon R, faisant suite
au cintrage Cl et à la suite duquel s'étend transversalement
la traverse avant proprement dite 8.
Cette traverse intégrée peut être par exemple
constituée de deux demi-branches 8a, 8b d'égales longueurs
et reliées l'une à l'autre, par conséquent au milieu de la
traverse, par un moyen de jonction démontable établissant la
continuité de la traverse en flexion. Ce moyen de jonction
peut être réalisé de différentes façons, par exemple par un
système de manchon en aluminium 9, rigide et résistant, tel
que celui représenté à la figure 5 et qui peut être fixé sur
la traverse 8 par des vis. Selon la variante des figures 9a
et 9b, ce système pourrait être remplacé par un système à
collier de fixation 10 maintenu sur la traverse par des
boulons 11 de sorte à rester démontable.
S'il n'y a pas d'exigence de démontabilité, on peut
mettre en place sur la traverse 8, à la jonction entre les
demi-branches 8a et 8b, un manchon collé ou encore une
fixation par soudage, en utilisant pour les tubes de
l'aluminium soudable.
A titre de variante, la traverse avant 8 peut être
constituée d'une seule branche entre les deux zones de
transition T des patins P, étant alors prévus deux moyens de
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jonction démontables 9 ou 10 à la partie avant du patin, par
exemple entre les deux zones cintrées C1 et C2 de chaque
zone de transition T correspondante ; cette variante est
visible sur la figure 10 avec un manchon 9.
Quant à la liaison entre la traverse avant intégrée
8 et la structure S de l'hélicoptère, elle pourra être
assurée par le même type de moyens que ceux utilisés pour la
traverse arrière 2. On pourra utiliser des organes de
liaison tels que 6, à frottement contrôlé en rotation, l'un
d'eux étant représenté en coupe transversale à la figure 6.
Comme pour les organes 4, la monture 6a et le couvercle
vissé 6b sont garnis intérieurement d'un revêtement en
élastomère 7 assurant l'élasticité voulue.
Sur la figure 1 on a représenté deux organes de
liaison 6 entre la traverse avant intégrée 8 et la structure
S de l'hélicoptère, et un seul organe de liaison 4 entre la
traverse arrière 2 et cette structure, mais la disposition
inverse est bien entendu également envisageable, comme
représenté à la figure lla, où l'on utilise un organe de
liaison 6 à l'avant et deux organes de liaison 4 à l'arriè-
re. Deux organes 4 à l'arrière et deux organes 6 à l'avant
sont également envisageables, comme représenté à la figure
llb.
Selon encore une autre variante, la traverse avant
intégrée (figure llc) ou la traverse arrière (figure lld)
présente une interruption centrale entre deux tron,cons
tubulaires de traverse, référencés en t pour la traverse
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avant et en t' pour la traverse arrière. Dans ce cas, les
organes de liaison, respectivement 6 et 4, sont assujettis
aux extrémités de ces tronçons, en tant qu'articulations à
rappel élastique en rotation, comme dans les autres modes de
réalisation.
La figure lle est une variante de la figure lla,
montrant la possibilité de décaler vers l'arrière la
traverse avant intégrée 8. Alors que dans tous les autres
modes de réalisation cette traverse est en porte-à-faux à
l'avant, c'est-à-dire décalée vers l'avant par rapport à la
délimitation avant du plan de contact des plages longitudi-
nales d'appui des patins sur le sol, dans le mode de
réalisation de la figure lle cette traverse 8 est en
retrait, c'est-à-dire décalée vers l'arrière par rapport à
la délimitation avant précitée, ce qui apporte les avantages
specifiques mentionnés plus haut.
L'invention permet encore la mise en oeuvre des
dispositions annexes suivantes :
- la traverse arrière 2 peut, au lieu d'être
constituée d'un tube à section ronde, être constituée en
deux parties : une partie tubulaire avant 2' en aluminium à
profil aérodynamique assurant la même rigidité que le tube
de référence tout en améliorant la stabilité de l'hélicoptè-
re, et un carenage 2" rapporté sur le tube 2' et constituant
le bord de fuite de la traverse, ce bord de fuite étant
réalisé par exemple à base de fibres de carbone, aramide,
verre, ou composite ;
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14
- on peut fixer sur la traverse avant 8 des marche-
pieds M' au-dessous des portes d'accès à la cabine, ces
marchepieds s'étendant vers l'avant à partir de la traverse,
ceci comme représenté aux figures 1 et 10. Cependant, en
déplaçant cette traverse 8 vers l'avant, les marchepieds M
peuvent s'étendre vers l'arrière à partir de la traverse,
comme représenté à la figure 8, ce qui permet d'éviter
l'utilisation de coupe-câbles à l'avant sous l'hélicoptère;
- enfin des plaques d'usure en acier inoxydable A
peuvent être fixées sous les patins P (figures 1 et 10) pour
réduire l'usure et les frottements. Ces plaques peuvent être
fixées aux patins P de façon amovible, grâce à des vis de
liaison.
Les figures 12 et 13 permettent de comparer le
comportement d'un train d'atterrissage à traverse avant 8
int~grée conforme à l'invention (figure 13), à celui d'un
train d'atterrissage classique (figure 12) à traverse avant
rapportée, de la même façon que la traverse arrière.
On voit que, grâce à la structure spéciale du tube
(caractéristiques de résistance et d'épaisseur de paroi
déterminées par la méthode des éléments finis), la traverse
arrière 2 peut subir une plus grande déformation que la
traverse arrière d'un train classique, ce qui permet de
mieux amortir les chocs à l'atterrissage. Le même résultat
est obtenu à l'avant du fait de la déformation de la
traverse avant 8 en flexion et de sa rotation, autorisée par
la flexion élastique des zones de transition T.
