Décollage des aéronefs
Iliona & Marine
Un hélicoptère se compose d’un fuselage constitué d’une cabine, d’un réservoir à carburant, d’un ou plusieurs turbomoteurs. Il comporte aussi un rotor principal et un rotor de queue.
Qu’est-ce que le profil d’une aile ou d’une pale ?
Le profil d’une aile ou d’une pale est le contour de la voilure vu de côté sur une section donnée. Nous obtenons ce profil si nous « coupons » l’aile ou la pale et que l’on regarde cette découpe.
Une pale d'hélicoptère peut avoir, comme l’avion, différents profils. Ici, nous nous intéresserons plus particulièrement aux pales de profil symétrique.
Le rotor principal fait tourner les pales et c'est grâce à lui que l'hélicoptère arrive à s'élever dans les airs. Les pales tournent et créent leur propre vent. En tournant à grande vitesse le rotor assure deux fonctions: portance (force verticale) et propulsion (force horizontale).
C'est le même principe que les ailes d'un avion, sauf qu'ici ce sont des pales qui tournent.
Pour qu'un objet plus lourd que l'air décolle, il faut l'équiper d'une aile et il faut que l'air circule autour de cette aile.
Dans le cas de l'avion, l'air circule autour d'une aile qui a un profil bombé au-dessus et plat en-dessous. Les molécules d'air arrivant sur un même point de l'aile se divisent et doivent se rejoindre en un même point d'arrivée. Une partie des molécules d'air se retrouvent sur l'intrados, elles vont plus vite que celles qui se retrouvent sur l'extrados. Les molécules d'air qui passent au-dessus sont obligées d'aller plus vite et donc exercent moins de pression. L'aile est donc aspirée vers le haut et il y a création d'une portance.
L'hélicoptère décolle de la même façon que l'avion. Cet appareil est équipé de pales et il n'a pas besoin d'avancer pour que l'air circule autour de ces pales, contrairement à l'avion. Ses pales tournent et créent une portance. Cette dernière augmente, et l'hélicoptère peut décoller.
Comment faire tourner la voilure d'un hélicoptère?
On appelle voilure l’ensemble de la surface portante d’un aéronef. Les pales sont ici la voilure tournante.
Pour faire tourner la voilure d'un hélicoptère, il faut des moteurs très puissants appelés turbomoteurs. Ces derniers sont différents des réacteurs car ils ne servent pas à propulser l'hélicoptère vers l'avant mais ils font tourner le rotor à une vitesse angulaire constante.
A quoi correspond la vitesse angulaire?
La vitesse angulaire du rotor principal contrôle la vitesse ascensionnelle, donc l'altitude. C'est une mesure de la vitesse de rotation.
Pour faire décoller un hélicoptère il faut:
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Attendre que le rotor soit à son régime normal, c'est-à-dire que les pales tournent à leur vitesse maximale (en tours/minute)
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Tirer le levier appelé «pas général» pour faire varier l'inclinaison des pales. Cette commande se trouve dans la cabine de pilotage.
Pourquoi faire varier l'angle d'incidence α des pales afin que l'hélicoptère décolle?
Quand les pales de profil symétrique tournent à l'horizontale, il n'y a aucune portance. L'hélicoptère ne peut donc pas décoller.
Quand on incline le pas, c'est-à-dire qu'on donne du pas aux pales, l'air qui circule au-dessus de la pale a plus de chemin à parcourir que celui qui circule en-dessous. Nous avons donc une portance qui se crée et l'hélicoptère peut décoller.
α est l'angle d'incidence
Comment fonctionne le pas général?
Le rotor principal est équipé de deux plateaux (un plateau supérieur tournant et un plateau inférieur fixe) qui coulissent sur le mât rotor, mais seul le plateau du dessus tourne, entraîné par le moteur.
Sur le même plateau, deux bielles sont fixées et peuvent orienter les pales.
Quand on tire sur le levier de pas général, les deux plateaux se dressent, les bielles aussi et donnent du pas aux pales, ce qui les oriente et permet à l'hélicoptère de s'élever.
Cette commande permet de changer le pas de l'ensemble des pales du rotor.
A quoi sert le rotor de queue?
Quand le rotor principal tourne, il prend appui sur la cabine de l'hélicoptère et le fait tourner dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. La cabine tourne donc dans le sens inverse des pales. Le rotor de queue aussi appelé rotor anti-couple a pour objectif d'éviter que l'appareil ne tourne sur lui-même. Il permet de contrer le couple de réaction du rotor sur l’hélicoptère. Les couples des deux rotors tournant en sens inverse vont se compenser.
On remarque donc que quand les pales tournent, la vitesse du dessus de la pale va plus vite, cela crée une pression plus forte appelée dépression. La vitesse en-dessous de la pale va moins vite que celle au-dessus de la pale, la pression est donc plus faible que la pression au-dessus de la pale. Une portance est créée et l'hélicoptère est aspiré vers le haut.
Si on place ce rotor à l’arrière sur un plan vertical, il y aura toujours une dépression mais celle-ci aspirera l'appareil vers un côté. L'hélicoptère est donc aspiré dans le sens inverse, les deux forces s'opposent et l'hélicoptère ne tourne plus.
Comment changer l’angle d’incidence des pales du rotor de queue?
Les palonniers sont deux pédales situées dans la cabine du pilote qui agissent sur l'incidence des pales du rotor de queue.
Le rotor de queue et le rotor principal tournent dans un sens différent l'un de l'autre et c'est donc pour cela que les forces s'annulent pour permettre à l'hélicoptère d'être stable.
Quand l'hélicoptère décolle, toutes les pales ont la même portance car le disque rotor est horizontal.
Ainsi, l'hélicoptère a tendance à tourner en sens inverse de ses pales et il y a donc nécessité d’une force latérale pour annuler l’effet de ce couple. D’où la présence du rotor arrière à axe vertical.