Découvrir l’hélicoptère en séminaire

La disposition du ou des rotors sur un hélicoptère est peut-être sa caractéristique externe la plus distinctive et constitue un facteur important de son comportement, notamment de sa stabilité et de ses caractéristiques de contrôle. Habituellement, la puissance est fournie au rotor par l’intermédiaire de l’arbre, accompagnée d’un couple. L’aéronef en vol stable ne peut avoir aucune force ou moment net agissant sur lui, et donc la réaction du couple du rotor sur l’hélicoptère doit être équilibrée d’une certaine manière. La méthode choisie pour réaliser cet équilibre du couple est le principal déterminant de la configuration de l’hélicoptère. Deux méthodes sont généralement utilisées : une configuration avec un seul rotor principal et un rotor de queue, et des configurations avec deux rotors contrarotatifs.  La configuration avec un seul rotor principal et un rotor de queue utilise un petit rotor auxiliaire pour assurer l’équilibre du couple (et le contrôle du lacet). Ce rotor se trouve sur la poutre de queue, généralement légèrement au-delà du bord du disque du rotor principal. Le rotor de queue est normalement vertical, avec son arbre horizontal et parallèle à l’axe latéral de l’hélicoptère. Le couple d’équilibre est produit par la poussée du rotor de queue agissant sur un bras autour de l’arbre du rotor principal. Le rotor principal fournit la portance, la force de propulsion et les commandes de roulis, de tangage et de verticalité de cette configuration.  Une configuration à double rotor principal utilise deux rotors contrarotatifs, de taille et de charge égales, de sorte que les couples des rotors sont égaux et opposés. Il n’y a alors aucun moment de lacet net sur l’hélicoptère dû aux rotors principaux. Cette configuration équilibre au mieux le couple du rotor principal sans nécessiter un rotor auxiliaire absorbant la puissance. Cependant, les pertes par interférence aérodynamique entre les rotors absorbent à peu près la même quantité de puissance. L’arrangement le plus fréquent de biréacteurs est la configuration d’hélicoptère tandem – placement avant et arrière des rotors principaux sur le fuselage, généralement avec un chevauchement significatif des disques de rotor et avec le rotor arrière élevé verticalement au-dessus du rotor avant. Une configuration à deux rotors côte à côte a également trouvé quelques applications. Le fonctionnement en vol vertical, sans vitesse de translation, est le rôle particulier pour lequel l’hélicoptère est conçu. Le fonctionnement sans aucune vitesse par rapport à l’air, qu’elle soit verticale ou en translation, est appelé vol stationnaire. La portance et le contrôle en vol stationnaire sont maintenus par la rotation des ailes pour fournir des forces aérodynamiques sur les pales du rotor. Le vol vertical général implique une montée ou une descente avec le rotor à l’horizontale, et donc avec un écoulement purement axial à travers le disque du rotor. Un aéronef utile doit également être capable de voler en translation. L’hélicoptère accomplit un vol en translation en maintenant le rotor presque horizontal, de sorte que le disque du rotor voit une vitesse relative dans son propre plan en plus de la vitesse de rotation des pales. Le rotor continue à assurer la sustentation et le contrôle de l’appareil. Il fournit également la force propulsive pour soutenir le vol vers l’avant, grâce à une petite inclinaison vers l’avant de la poussée du rotor.  Un fonctionnement sûr après une perte de puissance est requis pour tout aéronef performant. L’aéronef à voilure fixe peut maintenir la portance et le contrôle en vol sans moteur, en descendant en plané à un angle faible. Les aéronefs à voilure tournante ont également la capacité de maintenir la portance et le contrôle après une perte de puissance. La descente sans moteur de l’hélicoptère est appelée autorotation. Le rotor continue à tourner et à assurer la portance et le contrôle. La puissance requise par le rotor est prélevée sur le flux d’air fourni par la descente de l’appareil. La procédure à suivre lorsqu’on reconnaît une perte de puissance est de régler les commandes comme il se doit pour une descente en autorotation, et d’établir un vol d’équilibre au taux de descente minimum. Ensuite, près du sol, l’hélicoptère est arrondi, utilisant l’énergie cinétique de rotation stockée par le rotor pour éliminer la vitesse verticale et de translation juste avant le toucher. On a constaté que le rotor de l’hélicoptère en descente verticale sans moteur est presque aussi efficace qu’un parachute du même diamètre que le disque du rotor ; environ la moitié de cette vitesse de descente peut être atteinte en vol avant.  Un avion à voilure tournante appelé autogiro utilise l’autorotation comme état de fonctionnement normal du rotor. Dans l’hélicoptère, la puissance est fournie directement au rotor, et le rotor fournit la force de propulsion ainsi que la portance. Dans le cas de l’autogire, aucune puissance ni aucun couple sur l’arbre n’est fourni au rotor. La puissance et la force de propulsion nécessaires pour maintenir le vol en palier sont fournies par une hélice ou un autre dispositif de propulsion. L’autogiro ressemble donc à un avion à voilure fixe, puisque le rotor joue le rôle de l’aile en fournissant uniquement la portance du véhicule, et non sa propulsion. Parfois, les forces et les moments de contrôle sont fournis par des surfaces aérodynamiques fixes comme dans l’avion, mais il est préférable d’obtenir le contrôle à partir du rotor. Le rotor se comporte comme une aile et possède un assez bon rapport portance/traînée. Bien que les performances du rotor ne soient pas aussi bonnes que celles d’une aile fixe, le rotor est capable de fournir une portance et un contrôle à des vitesses beaucoup plus faibles.

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