AVIATION Hélicoptères
Technique et construction
Principe aérodynamique
Toute poussée aérodynamique est égale à la quantité de mouvement communiquée à l'air par unité de temps : F = q. ΔV (F est la poussée, q le débit d'air intéressé par le rotor, ΔV la variation de vitesse verticale qu'il subit). On en déduit que, au rendement près, la puissance nécessaire est : P = F. ΔV/2. Pour économiser la puissance, il faut donc associer faible variation de vitesse et gros débit d'air, d'où le grand diamètre des rotors.
Bilan de puissance
Encyclopædia Universalis France
En vol d'avancement, le débit q augmente avec la vitesse, ce qui réduit la puissance nécessaire à la sustentation. Inversement, les résistances de traînée aérodynamique croissent ; la puissance nécessaire passe par un minimum vers 90-140 km/h, puis augmente rapidement (fig. 1). Le rotor étant une aile médiocre, la finesse de l'hélicoptère est nettement inférieure à celle de l'avion.
Rotor
Encyclopædia Universalis France
En translation, le rotor souffre, en outre, de la dissymétrie propre à une voilure tournante. En chaque point de la pale avançante, la vitesse de vol s'ajoute à celle qui est due à sa rotation ; pour la pale reculante, elle se retranche.
Pour équilibrer les efforts, la pale avançante doit donc travailler à incidence réduite, la pale reculante à incidence accrue. Une première limitation de vitesse intervient ainsi, quand les incidences atteignent les valeurs de décrochage. Le décrochage de pale reculante s'accompagne de vibrations, de pertes de puissance et de contrôle. Une autre limitation provient des effets de compressibilité apparaissant en zone pale avançante aux valeurs critiques Mach-incidence du profil, c'est-à-dire au voisinage de la vitesse du son.
On améliore la vitesse des hélicoptères en affinant leurs fuselages et en créant des profils spéciaux qui reculent les limites du rotor. Les modèles rapides croisent aux environs de 290 km/h, ont des vitesses maximales de l'ordre de 320 km/h, et le record de vitesse est supérieur à 400 km/h.
Typologie
Les hélicoptères modernes ont une transmission mécanique qui relie par arbres et engrenages les rotors aux moteurs. Depuis l'Alouette II (France, 1954), le turbomoteur s'est rapidement généralisé, sauf sur les modèles très légers. L'architecture générale découle du choix fait pour compenser le couple d'entraînement du rotor. La plus répandue, parce que la plus simple, comporte un petit rotor d'axe horizontal placé en bout de queue. Il existe aussi des modèles à deux rotors contrarotatifs, disposés en tandem, coaxiaux, côte à côte, engrenants ou non.
Afin de dépasser les limites de vitesse de l'hélicoptère pur, sans renoncer à ses qualités, des engins plus complexes ont été imaginés : le combiné et le convertible. Sur le premier, une propulsion d'appoint et une aile fixe soulagent le rotor de ses tâches de traction et de sustentation à grande vitesse. La formule paraît de peu d'avenir, les gains de performance ne justifiant pas sa complication. Le convertible, comme son nom le suggère, passe en vol d'une configuration hélicoptère à une configuration avion. La solution en faveur consiste à monter en extrémité d'aile deux rotors pouvant pivoter de 900, tracteurs ou porteurs suivant leur position (fig. 3). Bell et Boeing Helicopters ont développé conjointement un tel convertible pour les forces armées des États-Unis : le V-22 Osprey (26 t). C'est à ce jour, le seul convertible qui ait atteint le stade de la production industrielle de série. Son usage est exclusivement militaire.
Problèmes techniques
Transmission de puissance
Le rotor absorbe une puissance importante, et à faible régime. Les transmissions doivent donc fournir un couple important, avec un fort taux de réduction, tout en étant légères et fiables. Leur fabrication exige une haute qualification.
Rotors
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Écrit par
- Louis François LEGRAND : ingénieur général de l'armement, ancien directeur de la division hélicoptères de la société Aérospatiale
- Pierre ROUGIER : ingénieur de l'École centrale de Lyon, docteur-ingénieur, chargé de cours à l'École nationale supérieure d'ingénieurs de construction aéronautique
Classification
Médias
Hélicoptères
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