Avril 2007
L’Hélicoptère un Aéronef compliqué.
1) Généralités :
Nous avons déjà évoqué dans
Aujourd’hui nous voudrions traiter du cas particulier de l’Hélicoptère, véhicule aérien très particulier, et d’une complexité technique nettement supérieure aux avions même les plus sophistiqués surtout en ce qui concerne
Bien que Léonard de Vinci imagina en 1486 un engin volant s’apparentant à nos Hélicoptères actuels ce n’est que vers 1920 que le Français Oehmichen réalisa une machine digne de ce nom
après maints tâtonnements de la part d’autres Ingénieurs russes, allemands, italiens…Le Russe Sikorski, devenu Américain depuis, réalisa en 1939 l’Hélicoptère VS 300 qui marqua le vrai départ de ce véhicule aérien.
Le lancement quasi définitif de cet aéronef était subordonné à la résolution du problème du rapport Masse/ Puissance, les moteurs à pistons pénalisant ce critère et limitant donc la capacité d’emport de charge et de carburant.
C’est grâce au développement des turbines de puissance massique importante qu’on doit le « vrai » démarrage des Hélicoptères. En particulier en France les Sociétés Turboméca et Sud-Aviation* associèrent leurs efforts et la 1 ère machine fabriquée en série dès 1955 fut l’Alouette 2. Rappelons pour mémoire toutefois qu’à cette époque un Hélicoptère Sud Aviation fut réalisé selon un concept original reposant sur l’éjection de jets d’air à l’extrémité des pales du rotor principal simplifiant de ce fait les organes mécaniques de transmission, cet aéronef construit qu’en quelques exemplaires s’appelait le Djin.
Les bases techniques de l’Hélicoptère étaient acquises et l’on peut dire qu’aujourd’hui l’Alouette 2 est à l’origine de toute une famille de machines volantes de petite et moyenne tailles françaises et étrangères d’applications civiles et militaires…
Avant d’entrer dans la partie technique et technologique de ce texte rappelons toutefois que le premier usage intensif des Hélicoptères américains a été le rapatriement vers les hôpitaux de campagne US pendant la guerre de Corée dans les années 1950 ( Sikorski H 34 équipé de 2 moteurs à pistons) puis ensuite pendant la guerre d’Algérie par les Français pour des missions offensives avec cette même famille de machines.
Mais le summum en matière d’utilisation militaire fut la guerre américaine du Viet Nam où des milliers de ces machines motorisées avec des turbines et puissamment armées furent utilisées avec des pertes considérables de l’ordre de 150 par jour. Il est incontestable que la complexité et le nombre de pièces mécaniques peu ou pas protégées des projectiles ennemis malgré quelques éléments de blindage qui pénalisent les capacités d’emport d’armement et de carburant font de l’Hélicoptère de guerre un aéronef particulièrement vulnérable.
Aujourd’hui les Hélicoptères de combat sont moins vulnérables grâce à des systèmes de détection des missiles et autres filins terrestres…
Quant aux usages civils de cet aéronef il n’y a pas lieu de s’y appesantir longuement car nous en voyons tous les jours pour l’évacuation des blessés, la surveillance routière, les secours en montagne, les transports de charge dans les grands chantiers sans parler des loisirs. Il n’y aurait pas moins de 5000 hélicoptères en service rien qu’en Europe…
Rappelons qu’un Hélicoptère ne nécessite pas de longues pistes de décollage comme un avion, il peut décoller et atterrir sur quelques dizaines de mètres carrés non aménagés…
2) Un peu de technique :
Tout d’abord rappelons ce que nous avons évoqué dans un précédent texte : un aéronef, véhicule plus lourd que l’air, doit en vol générer une force de Portance équilibrant son poids et une force horizontale due aux moteurs équilibrant sa Trainée. Ce principe est incontournable mais ce qui parait clair pour un avion équipé d’une voilure fixe l’est moins dans le cas d’un véhicule aérien à voilure tournante…
De surcroit les modalités de pilotage sont d’un tout autre ordre ne serait-ce que parce qu’un Hélicoptère peut se déplacer et s’incliner sur un plan horizontal dans 4 directions ( avant, arrière, droite, gauche ), dans le plan vertical ( montée, descente) et faire un vol dit « stationnaire » c'est-à-dire sans déplacement dans un sens ou un autre.
Par ailleurs, la loi fondamentale de mécanique qui énonce que l’action engendre une réaction s’applique tant aux forces linéaires qu’aux couples, en conséquence de quoi la rotation du rotor principal de sustentation doit être équilibrée par un couple équivalent mais de sens inverse : c’est le rôle du rotor anti-couple situé à l’arrière de l’Hélicoptère dans la plupart des cas. En effet, il existe des Hélicoptères, surtout parmi les gros porteurs, qui comportent 2 rotors de même dimension soit coaxiaux soit situés aux 2 extrémités de l’aéronef, il va de soi que les sens de rotation de ces 2 rotors sont inverses…
(Signalons pour information qu’il existe une variante de système anti-couple statique à base de jets de gaz comprimé appelé NOTAR.)
Le « cœur » mécanique d’un Hélicoptère est la boite de transmission principale (BTP) car celle-ci sert au couplage des moteurs et à la distribution des divers mouvements de rotation après adaptation en vitesses selon l’organe concerné :
- Rotor principal,
- Rotor anti-couple,
- Pompes hydrauliques,
- Générateurs électriques.
On peut imaginer la complexité d’une BTP quand on sait que les turbines, selon les cas, tournent entre 30 000 et 60 000 tours/minute alors que le rotor principal, lui, tourne aux alentours de 300 tours/minute dans les cas les plus fréquents et que les accessoires hydrauliques et électriques tournent à quelques milliers de tours/minute…
Avant de résumer en quelques phrases les données principales du pilotage d’un Hélicoptère il est utile de rappeler qu’en aérodynamique il y a des données difficilement contournables telles que les changements de régime d’écoulement des fluides concernés selon la vitesse : ce sont principalement le Nombre de Reynolds et le Nombre de Mach.
Nous ne nous intéresserons dans notre cas qu’au Nombre de Mach qui est le rapport de la vitesse du mobile à la vitesse du son (environ 340 m/s à 15° C ) car c’est une limite qu’il ne faut pas dépasser au niveau de l’extrémité des pales du rotor principal vitesse de rotation et vitesse de vol composées sous peine de vibrations excessives et de rupture…
La partie commandes de vol est également complexe car il faut pouvoir assurer les cas de vols évoqués plus haut avec un nombre raisonnable d’organes cinématiques à base de leviers et de pédales, en pratique on retrouve comme sur un avion classique :
- Un « manche à balai » pour le gauchissement, l’inclinaison et la vitesse de vol,
- Un palonnier pour la rotation dans le plan.
Par contre un levier de « Pas Général » commandé par la main gauche du pilote (assis à droite) pour l’ascension et la descente est la commande la plus importante car c’est elle qui positionne l’aéronef dans l’espace de vol en inclinant l’ensemble du rotor principal par rapport à l’axe de la machine.
La commande de « Pas Cyclique » est assurée par le manche à balai, tenu dans la main droite, qui modifie lors de chaque tour du rotor principal l’incidence de chacune de ses pales pour régler la vitesse de vol en tenant compte du fait que la vitesse tangentielle en extrémité de pale s’ajoute ou se retranche de la vitesse de translation cela afin de ne jamais dépasser la vitesse critique évoquée plus haut…A noter qu’en vol normal le rotor principal tourne à vitesse constante.
Nous n’entrerons pas dans les détails techniques concernant toutes les pièces constitutives d’une tête de rotor principal ( biellettes, articulations, amortisseurs, etc.) ne voulant pas alourdir davantage cet exposé réduit en signalant toutefois que l’utilisation de matériaux composites au niveau du rotor principal a résolu un certain nombre de problèmes précédemment traités par des pièces métalliques.
En cas de panne du ou des moteurs il existe une procédure de secours qu’on appelle l’autorotation qui permet, selon l’altitude de vol, de se poser sans dommage mais qui nécessite une parfaite maitrise du pilote qui s’entraine périodiquement à cette manœuvre.
Signalons qu’un brevet de pilote d’Hélicoptère implique d’avoir déjà un certain nombre d’heures de vol sur avion.
Rlz
* Le Département Hélicoptères de Sud Aviation est aujourd’hui intégré à
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