Hélicoptère - Dossier : II) L'orientation

II ) L'orientation de l'hélicoptère

Effet de couple :

Lorsque le rotor principal est en rotation dans un sens, il se produit un couple mécanique qui s’exerce entre le rotor et le reste de l’appareil. Ce couple tend à faire tourner l’hélicoptère dans le sens inverse à la rotation du rotor. Ceci s’explique par le principe de mécanique : action = réaction. Ainsi si on suspendait l’hélicoptère en tenant ses pales et qu’on mettait le moteur en marche, il tournerait quand même sur lui-même et dans le sens inverse au mouvement imprimé par le moteur aux pales.
Bien sûr, plus le pas collectif (donc la traction) est important plus l’effet de couple est important.

Rotor anticouple :

C’est pour cette raison que l’hélicoptère possède un rotor plus petit à l’arrière du fuselage d’axe horizontal dit rotor anticouple (voir photos). Cela permet de maintenir l’hélicoptère dans la même direction mais aussi de le diriger en lacet, c'est à dire selon l'axe vertical, en modulant le pas de ses pales, parfois aussi sa vitesse de rotation (entre 1500 et 4000 tours/min).

Le pilote commande le rotor de queue par l'intermédiaire des pédales dites de palonnier qui se trouvent à ses pieds. La pédale de gauche permet de tourner l'appareil vers la gauche et la pédale de droite vers la droite.

Tendance à la translation :

Mais malgré tout, l'hélicoptère à tendance à se déplacer en translation vers un coté.

Nous prenons ici l'exemple d'un rotor tournant dans le sens contraire des aiguilles d'une montre. Le couple peut être représenté par deux forces de même direction mais de sens opposés appliquées à l’avant et à l’arrière de l’appareil. ( et ).

L’idéal pour contrer ces forces serait d’appliquer deux forces opposées à et c’est à dire placer un rotor anticouple aux deux extrémités de l’appareil, et .

Mais il est plus aisé de n’en placer qu'un seul à l’arrière en doublant sa force ( + ).

et ont alors des valeurs égales et opposées donc elles se compensent. Reste et . C’est pourquoi l’hélicoptère dévie vers la gauche. Cet effet augmente avec le pas collectif.

En vol quasi-stationnaire, ce glissement est compensé soit par le pilote en inclinant dès que nécessaire le manche de déplacement en translation (nous étudions cette commande dans la troisième partie) vers le coté qui lui est opposé, soit de façon mécanique en fonction du pas.

Innovations technologiques concernant l'effet de couple :

On parle du problème de l'effet de couple car même si on arrive à le contrer avec un rotor anticouple il présente de nombreux inconvénients, à cause de son fort bruit (dû à l'interaction avec le vent induit du rotor) et de son importante consommation d’énergie (10 à 20 % de la motorisation). C'est pourquoi de nombreuses avancées ont été faites...

Ainsi la compagnie française Eurocopter a inventé en 1967 le " Fenestron " : rotor anti-couple avec des pales à pas variable plus fines et plus nombreuses carénées dans la poutre de queue. Outre son esthétisme, il permet d'éviter les accidents au sol de personnes malencontreusement proches de la machine et en vol d'objets pouvant heurter le fuselage. De plus, il est moins bruyant, surtout sur les nouveaux modèles où ses pales sont disposées asymétriquement.

Il existe un autre système (NOTAR, abréviation de NO TAil Rotor) qui ne fonctionne pas avec un rotor anticouple mais en produisant un souffle transversal en bout de queue.

Ces deux systèmes sont maintenant produits à grande échelle.

Apparu en 1953, le Djinn (Société Nationale de Construction Aéronautique du Sud-Ouest) possède un fonctionnement original. La rotation du rotor principal est produite non pas par la force mécanique d'une turbine mais par de l'éjection d'air comprimé au bout des pales. Cela lui permet de ne pas subir l'effet de couple. Il possède le record d'altitude dans la catégorie des moins de 500 kg avec 4789 m, fut vendu à quelques 200 exemplaires à travers le monde, mais n'est plus fabriqué aujourd'hui.

Aussi il existe des hélicoptères à deux rotors qui tournent en sens opposé et qui par conséquent ont des couples opposés qui se compensent :

Ils peuvent être coaxiaux (ici le Kamov russe) :

Pour diriger l’appareil en lacet on augmente le pas collectif d’un des deux rotors et on diminue l’autre de façon à se retrouver avec un couple final qui entraîne l’appareil en rotation.

Ils peuvent être engrenés comme ici le K-Max de la firme Kaman :

Dans ce cas le lacet est assuré avec un rotor qui tracte l'appareil vers l'avant et l'autre vers l'arrière.

Ils peuvent être en tandem (ici le Boeing Chinook) : pour diriger l’appareil en lacet, on fait varier la commande de direction du rotor avant et arrière de telle façon qu’ils entraînent l’appareil dans des sens opposés.

Notre hélicoptère peut donc voler à la verticale et changer de direction, maintenant il ne lui reste plus qu'à se propulser.

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