Rotor principal

L’énorme rotor en rotation est la caractéristique la plus reconnaissable de tout hélicoptère, mais aucun hélicoptère ne peut s’en sortir avec un seul rotor. Pourquoi? Un principe de base de la physique appelé troisième loi du mouvement de Newton nous dit que lorsqu’une force (appelée action) fait bouger quelque chose, une autre force, tout aussi grande (appelée réaction), fait bouger quelque chose d’autre dans la direction opposée; l’action et la réaction sont égales et opposées est une autre façon de le dire. Comme Un rotor d’hélicoptère tourne autour (l’action), tout le corps de l’engin a tendance à tourner un peu plus lentement dans la direction opposée (la réaction). Laissé à ses propres appareils, ce couple (force de rotation) rendrait un hélicoptère complètement incontrôlable, nous devons donc le contrecarrer d’une manière ou d’une autre avec ce qu’on appelle un contre-couple (une force de rotation dans le sens opposé). Une solution consiste à avoir un deuxième grand rotorsépinant dans l’autre sens. Parfois, cela est monté sur le même mât que le premier rotor (une conception appelée rotor coaxial);parfois, comme dans les énormes hélicoptères Chinook militaires, il y a un rotor alarge à chaque extrémité de l’engin (une conception appelée rotor tandem).

Photo: Rotor tandem: Ce Boeing CH-47 Chinook militaire a un rotor à l’avant et un à l’arrière et ils tournent dans des directions opposées pour annuler le couple de l’autre.Photo de Tamara Vaughn avec l’aimable autorisation de la Marine américaine.

Les pales du rotor principal d’un hélicoptère sont trois types de base qui permettent des mouvements croissants au fur et à mesure qu’elles se déplacent: elles sont appelées rigides, semi-rigides et entièrement articulated.As son nom l’indique, les pales rigides sont fermement fixées au rotorhub (la « roue » à laquelle les pales sont fixées au sommet du mât du rotor de pivotement) par une connexion pivotante appelée charnière de rotation (ou charnière de pas). Cela leur permet de « faire des plumes » (pivoter au fur et à mesure qu’ils tournent, ce qui, comme nous le découvrirons dans un instant, est la façon dont un hélicoptère se déplace). Les lames semi-rigides ont la même charnière de mise en drapeau, mais elles ont également une charnière chancelante (ou charnière battante) qui les laisse battre de haut en bas. Les lames entièrement articulées peuvent s’incliner et s’agiter, et elles ont également une troisième charnière (une charnière de traînée) qui leur permet de se déplacer légèrement en avant (« avance ») ou en arrière (« décalage ») de leur position normale. Chacun de ces types de pales présente des avantages et des inconvénients.

Rotor de queue

Photo: Le rotor de queue d’un hélicoptère Seahawk. Le rotor de queue est entraîné par un arbre d’entraînement en arrière deles moteurs principaux, parallèles au corps de l’hélicoptère. Si vous regardez de près, vous verrez que les pales du rotor peuvent être inclinées par le pilote lorsqu’elles tournent, ce qui génère une force de poussée plus ou moins importante et donne à l’hélicoptère la possibilité de tourner sur place lorsqu’il plane. Photo de James R. Evans avec l’aimable autorisation de la Marine américaine.

En plus de l’ajout d’un deuxième grand rotor, un autre moyen de contrer le couple du rotor principal consiste à utiliser une petite hélice orientée latéralement appelée rotor de queue, alimentée par un arbre d’entraînement du moteur qui traverse l’extrémité arrière de l’engin.Parfois, pour des raisons de sécurité, le rotor de queue est construit à l’intérieurla queue (une conception appelée fenestron ou queue d’éventail). Une autre alternative est appelée NOTAR® (« pas de rotor de queue »), qui utilise un jet d’air, tiré par un évent sur la queue, pour contrer le couple du rotor principal. Si un hélicoptère a une seule pale de rotor principal, il doit avoir un rotor de queue, un fenestron ou un NOTAR ou il ne peut pas voler en toute sécurité; de même, tout dommage au rotor de queue — tel qu’un tir d’oiseau ou un tir de missile — rend un hélicoptère dangereusement incontrôlable et, généralement, il s’écrase assez rapidement par la suite. La plupart des hélicoptères ontun aileron arrière vertical (pylône) qui aide également à contrecarrer une partie du couple du rotor principal.

Comment un hélicoptère survole-t-il et se dirige-t-il ?

Les rotors d’un hélicoptère sont des choses ingénieuses qui lui permettent de planer en l’air ou de se diriger dans n’importe quelle direction. Le pilote a cinq commandes de mouvement et de direction de base: deux leviers à main appelés tangage collectif et cyclique, un accélérateur et deux pédales. La plupart des commandes qu’un pilote exécute impliquent une interaction complexe entre ces différents contrôles, c’est pourquoi piloter un hélicoptère nécessite une telle compétence et concentration.

En vol stationnaire

Lorsqu’ils commencent à tourner, les pales des pales du moteur génèrent une portance qui surmonte le poids de l’engin, le poussant dans les airs. Si la portance est supérieure au poids, l’hélicoptère grimpe; s’il est inférieur au poids, l’hélicoptère tombe. Lorsque la portance et le poids sont exactement égaux, l’hélicoptère se déplace en l’air. Le pilote peut faire en sorte que les pales du rotor génèrent plus ou moins de portance à l’aide d’une commande appelée pas collectif (ou « collectif »), qui augmente ou diminue l’angle (« pas ») que toutes les pales font à l’air venant en sens inverse lorsqu’elles tournent autour. Pour le décollage, les lames doivent faire un angle raide pour générer un soulèvement maximal.

Illustration : Comment un hélicoptère plane et dirige : Dessin du haut: La commande de pas collectif modifie l’angle (ou pas) de chacune des pales du rotor de la même quantité en même temps (flèches vertes) — en d’autres termes, collectivement. Si les lames font un angle plus raide, elles génèrent plus de portance pour que l’ensemble de l’engin se déplace directement vers le haut (flèche orange). Dessin du bas: La commande de pas cyclique modifie l’angle des pales de rotor sélectives au fur et à mesure qu’elles tournent, de sorte que (dans ce cas) la pale située à gauche produit toujours un peu plus de portance, tandis que la pale opposée (représentée ici à droite) produit toujours un peu moins de portance. Cela signifie que plus de portance est produite sur le côté gauche de l’hélicoptère, de sorte que la portance globale (flèche orange) est inclinée vers la droite, orientant l’hélicoptère entier dans cette direction.

Comment cela se passe-t-il ? Comme nous l’avons déjà vu, le rotor principal est relié au moyeu en haut du mât par une charnière qui permet à chaque pale de pivoter pendant qu’elle tourne, de sorte qu’elle fait un angle plus raide ou moins profond par rapport à l’air venant en sens inverse. Les lames ont de courtes tiges verticales (liens de pas) attachées à elles qui sont reliées à un disque métallique rotatif appelé plateau oscillant, plus bas sur le mât. Ce plateau oscillant glisse sur des roulements autour d’une seconde plaque similaire directement en dessous qui ne tourne pas. Lorsque le pilote déplace le collectif dans un sens, les deux plateaux oscillants se déplacent vers le haut, poussant vers le haut sur les biellettes de tangage qui inclinent les pales du rotor à un angle plus élevé. Déplacer le collectif dans l’autre sens déplace les plateaux cycliques vers le bas, en tirant sur les maillons de pas et en inclinant les lames dans un angle moins profond.

À la fin du collectif, il y a un étrangleur relié par un câble au moteur. C’est comme l’accélérateur d’acar ou l’accélérateur d’une moto, augmentant ou diminuant la vitesse du moteur de sorte que le rotor fait plus ou moins de portance.

Direction

Les rotors assurent également la direction pour un hélicoptère en faisant plus de portance d’un côté que de l’autre. Ils le font en pivotant d’avant en arrière (en plumes) pendant qu’ils tournent, donc, par exemple, ils font un angle plus raide lorsqu’ils sont du côté gauche de l’engin que lorsqu’ils sont à droite. Cela signifie qu’ils génèrent plus de portance à la dérive, inclinant l’engin vers la droite et le dirigeant dans cette direction. Le pilote dirige ainsi à l’aide d’un deuxième levier appelé pas cyclique (également connu sous le nom de « manche cyclique » ou simplement « cyclique »), similaire à un joystick, qui fait pivoter les pales. L’ingénieux mécanisme à plateau oscillant translate les mouvements du pilote en mouvements appropriés des pales du rotor.Supposons que le pilote veuille voler vers la droite. Tout d’abord, elle déplace le cyclique vers la droite et un système de leviers connectés fait également basculer les deux plateaux oscillants vers la droite. Cela fait que les pales du rotor s’inclinent à un angle raide lorsqu’elles sont à gauche et à un angle peu profond lorsqu’elles sont à droite, de sorte que le rotor produit plus de portance sur le côté gauche, orientant l’engin vers la droite.

Illustration: Comment le plateau oscillant dirige un hélicoptère. Au centre, vous pouvez voir une vue simplifiée du mécanisme du plateau oscillant. Il y a deux disques en haut du mât du rotor, un supérieur (rouge) qui tourne sur des roulements à billes (orange) autour d’un inférieur (bleu) qui ne tourne pas du tout. Quatre biellettes de pas (vert) relient le plateau oscillant supérieur aux pales du rotor. Supposons maintenant que vous vouliez voler vers la droite. Vous inclinez le cyclique dans cette direction. Cela incline les deux plaques oscillantes vers la droite. Lorsque les pales du rotor tournent, les plateaux oscillants inclinés forcent les liens de pas vers le haut lorsqu’ils sont à gauche et vers le bas lorsqu’ils sont à droite. Cela permet à chaque pale de rotor de s’incliner à un angle plus raide lorsqu’elle est à gauche et à un angle moins profond lorsqu’elle est à droite. Cela produit plus de portance à gauche, en orientant le hachoir vers la droite.

Le pilote peut également diriger le nez d’un hélicoptère dans une certaine direction à l’aide d’une paire de commandes au pied, appelées pédales antitorques, qui modifient le pas des lames de queue de sorte qu’elles effectuent une poussée plus ou moins latérale qu’en vol normal. Cela fait que tout l’engin tourne lentement dans le sens de l’horloge ou dans le sens inverse des aiguilles d’une montre afin qu’il se dirige dans une direction différente.Sur les hélicoptères à rotor tandem comme le Chinook, qui n’ont pas de rotor de queue, les pédales inclinent les plateaux cycliques des rotors avant et arrière de manière opposée, orientant l’engin en conséquence.