COMMENT VOLE UN HELICOPTERE

PRINCIPES DU VOL

Pour résumer simplement, l’hélicoptère vole en remplaçant les ailes fixes d’un aéroplane " normal " par une voilure tournante : les pales. Lors de son déplacement dans l’air, le rotor génère une portance, de la même façon que le fait une voilure fixe. La portance générée peut être contrôlée et manipulée par le pilote afin de produire un déplacement dans pratiquement toutes les directions.

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CONFIGURATION DES HELICOPTERES

Un hélicoptère classique possède 2 ensembles de rotors. Le premier, appelé communément disque rotor installé horizontalement, est composé de 2 pales séparées et produit la portance. Ce rotor peut comporter de 2 à 8 pales en fonction du type d’hélicoptère. Le second ensemble plus petit monté verticalement à l’extrémité de la queue est le rotor anti-couple, dont le pas varie.

La fonction du rotor de queue consiste comme son nom l’indique à contrer le couple produit par le rotor principal. Lorsque le moteur fait tourner les pales du rotor principal, dans la direction des aiguilles d’une montre, le fuselage de l’appareil obéit à la 3ème loi de Newton sur le mouvement, et bouge dans la direction opposée, pour chaque action existe une réaction opposée. (Ce phénomène n’existe pas si les pales sont débrayées du moteur lors d'une autorotation).

Afin de garder le fuselage dans un plan constant, le rotor de queue est nécessaire pour contrer le fuselage dans la direction opposée à la direction des aiguilles d’une montre. Ce type de configuration est utilisée dans la plupart des hélicoptères actuels tels que le R22, Bell 206, Ecureuil etc.

Le rotor de queue est l'objet de beaucoup d'attentions car il est bruyant et consomme beaucoup de puissance lors des manoeuvres. Afin de le rendre plus silencieux on utilise la technique du fenestron qui consiste à le caréner et à disposer asymétriquement les pales afin de réduire le bruit. Cette technique est utilisée sur l' EC120 et EC 135.

EC 135

Un développement intéressant concerna le Djinn . Cet appareil utilisait un mode de fonctionnement très différent de celui des hélicoptères classiques : en effet, le rotor principal n'est pas entraîné par la force mécanique d'une turbine, mais par la réaction produite par l'éjection d'air comprimé en bout de pales. Ce procédé, qui n'induit pas d'effet de couple dù à la force exercée sur le rotor, permet de ne pas utiliser de rotor anticouple. On voit sur la photo suivante la prise d'air issue de la turbine qui alimente les pales en air compressé à la base du rotor. Le controle de direction se fait à l'aide du flux résiduel de la turbine sur la gouverne verticale mobile.

Il existe d'autres variations sur ce thème comme les rotors en tandem du Boeing Chinook et du Vertol Sea Knight. Des réacteurs ont même été utilisés à ce propos comme pour le British Fairey Gyrodyne et Rotodyne.

Fairey Rotodyne

Boeing Chinook

On a utilisé aussi les rotors contrarotatifs permettant de supprimer le rotor de queue et de supprimer l'effet de couple chez Kaman avec le K-Max utilisé pour le transport de lourdes charges à système de rotors engrénés et Kamov à usage militaire à rotors coaxiaux contrarotatifs.

K-MAX sur fond de Fujiyama

Kamov 25

Rotors contrarotatifs  KAMOV 

Animation rotors contrarotatifs Kamov 

Le Mil Mi 12 présente une configuration de rotors en tandem côte à côte :

Schema Mil 12

Mil Mi 12

 On assiste aussi à des développements surprenants sans rotor de queue tels que le MD 900 et 600 EXPLORER NOTAR :

NOTAR=NO TAil Rotor

L’effet anti-couple étant produit par de l’air compressé à l’aide de la turbine dans la queue et éjecté latéralement à son extrémité, et régulé à l’aide de valves.

Enfin l’évolution de l’hélicoptère vers l’avion avec l’OSPREY à rotors inclinables qui décolle comme un hélicoptère et vole comme un avion.

Phase de transition de vol Osprey

 

 

 

LES COMMANDES DE VOL

Le pilote possède 3 systèmes principaux de commandes, le levier du cyclique 5 (manche) , le collectif 1 , et les pédales de palonnier 6 .

Le manche contrôle l’angle du rotor principal en inclinant la tête du rotor sur lequel sont fixées les pales à l’aide de biellettes de pas 3 , dans la direction du déplacement désiré par l’intermédiaire du plateau cyclique fixe 2 et tournant 4 .

Le collectif contrôle l’angle de pas commun de toutes les pales, et en conjonction avec le cyclique modifie la portance générée par le rotor.

Le palonnier augmente ou diminue la puissance du rotor de queue en faisant varier le pas du rotor de queue en fonction de la puissance transmise par le collectif qui fait varier le couple.

Action du cyclique : inclinaison du disque rotor, le plateau s'incline

Action du collectif : changement de pas des pales, le plateau monte

Cliquer sur l'image ci dessus pour voir l'action des commandes sur le plateau cyclique

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COMMANDES DU BELL 407

Tout ceci fait de l’hélicoptère une machine incroyablement complexe du point de vue aérodynamique comme nous le verrons plus loin.

 

 

 

 

 

 

 

LES FACTEURS AFFECTANT L'HELICOPTERE

L’hélicoptère, malgré ses étonnantes capacités, n’est en aucune façon une machine miraculeuse éloignée des réalités techniques. Alors qu’il paraît relativement fragile, il est remarquablement à l’aise dans les mauvaises conditions de vol.

Par exemple son efficacité et ses performances sont moins dégradées par rapport aux turbulences ou aux cisaillements de vent qu’un avion. En dehors des vents forts qui affecteront un hélicoptère peu puissant, la température, l’humidité et l’altitude influent sur les performances.

Chaque facteur modifie les caractéristiques de l’air qui passe à travers le rotor. Plus l’altitude est élevée, moins la portance est grande, il en est de même avec la température élevée.

L’humidité qui augmente l’hygrométrie réduit aussi la portance. En plus l’humidité pénètre dans les pales en bois provoquant des distorsions et des vibrations. C’est pour cette raison que les pales sont métalliques ou en matériau composite.

LES MOTEURS

Les moteurs à pistons employés au début étaient insuffisants pour permettre l’emport d’une charge utile, ce problème a été résolu par l’emploi de turbines plus légères et plus puissantes (turbo-shaft).

 

Eclaté des différents modules de la turbine.

La boite de transfert principale est à gauche