Grande Encyclopédie Larousse 1971-1976Éd. 1971-1976
G

giraviation (suite)

Hélicoptères

Dans ces aéronefs, la propulsion et la sustentation sont assurées par la rotation d’un ou de plusieurs rotors. Chaque pale de rotor peut être assimilée à une aile d’avion soumise à la vitesse résultante de la vitesse de translation de l’appareil et de la vitesse de rotation du rotor. Cette vitesse résultante étant différente selon que la pale est en position « avançante » ou « reculante », il en résulte une dissymétrie transversale qui pourrait entraîner un basculement ; pour y remédier, les pales sont généralement articulées au moyeu, ce qui leur permet de prendre une position d’équilibre assurant sur toute la rotation la constance de la vitesse résultante. Chaque pale est donc soumise à une force, ce qui conduit pour l’ensemble du rotor à une résultante pratiquement dirigée suivant l’axe de rotation. En inclinant ce dernier dans une direction quelconque, on obtient une composante de poussée dans cette direction. En fait, une commande permettant d’incliner l’axe du rotor est assez complexe, mais la résultante aérodynamique peut être également inclinée en faisant varier cycliquement le pas des pales au cours de la rotation ; la composante horizontale est alors orientée dans la direction où les pales sont en position la plus basse.

Cela définit deux commandes pour le rotor d’un hélicoptère : l’une de pas collectif, qui règle la valeur de la sustentation, et l’autre de pas cyclique, qui règle les mouvements horizontaux.

Il y a quelques années est apparue une nouvelle technique, qui permet de supprimer les articulations de battement et la commande de pas cyclique ; il s’agit du rotor rigide, constitué de pales rigidement fixées sur le rotor, mais dont la flexibilité les rend aptes à prendre une orientation différente au cours de leur rotation, de façon à compenser les variations de sustentation. La réalisation de telles pales est due en grande partie à la mise au point de matériaux composites, à base notamment de fibres de verre. Parmi les appareils ayant adopté cette formule figurent le Lockheed « XH-51 », et le « SA-341 » de l’Aérospatiale.

Lorsque le rotor d’un hélicoptère est entraîné mécaniquement, il apparaît par réaction un couple appliqué au fuselage et qui tend à le faire tourner en sens inverse de la rotation du rotor. On compense l’effet de ce couple en montant à l’arrière du fuselage, parallèlement à son plan de symétrie, un petit rotor, dit rotor anticouple, dont on peut contrôler la poussée en faisant varier le pas de ses pales. Ce rotor sert également à commander les mouvements de lacet de l’appareil. Cependant, lorsque l’arrière du fuselage est assez bas, la présence d’un élément tournant si près du sol présente quelques dangers lors des manœuvres au sol. C’est pourquoi on carène parfois ce rotor anticouple dans l’épaisseur même de la dérive. Cette solution autorise des atterrissages avec angles de cabré plus importants.

Sur les hélicoptères dont le rotor principal est entraîné par éjection de gaz en bouts de pales, le rotor anticouple disparaît, puisqu’il n’y a plus de liaison mécanique entre le rotor et le fuselage, et, par suite, plus de couple de réaction. Ce mode d’entraînement, apparu pour la première fois dans les années 50 sur le « Djinn » de Sud-Aviation, est cependant encore peu développé et n’a donné lieu qu’à la réalisation de prototypes expérimentaux, comme le Dornier « Do-132 » ; il n’en constitue pas moins une solution d’avenir grâce aux simplifications qu’elle permet pour les mécanismes de tête de rotor.


Performances actuelles et évolution future

L’accroissement des performances depuis les premiers temps de la giraviation est dû à deux facteurs principaux : l’augmentation de la puissance motrice et l’allégement des structures.

• Augmentation de la puissance motrice. La plus grande partie des hélicoptères modernes font appel à des turbomoteurs dont le poids spécifique et l’encombrement sont beaucoup plus faibles que ceux des moteurs à pistons. Dans ces turbomoteurs, la turbine est décomposée en deux éléments : l’un qui entraîne le compresseur et l’autre, dit turbine libre, qui est uniquement accouplé au rotor. Ce système accroît dans une large mesure la souplesse d’exploitation. Parmi les meilleurs turbomoteurs pour hélicoptères figure le « Turmo III » de Turboméca, qui équipe notamment le « Super-Frelon » et dont la puissance spécifique est de près de 7 ch/kg.

• Allégement des structures. Mais de gros progrès ont été obtenus sur le plan du poids grâce à l’adoption de nouveaux matériaux à base de fibres de verre pour la fabrication des pales de rotors. Des stratifiés en tissu de verre et en résine sont aussi largement utilisés dans les structures de fuselage. On prévoit également le recours à des matériaux composites à base de fibres de bore non seulement pour les pales de rotors, mais aussi pour d’autres éléments. Pour les pales, le bore devrait permettre, en plus du gain de poids, une amélioration de la flexibilité, se traduisant par l’obtention de meilleures qualité aérodynamiques.

La vitesse de croisière maximale atteinte par un hélicoptère pur dépasse actuellement 350 km/h ; les limites proviennent de deux causes : d’une part, la baisse de portance sur les pales reculantes et, d’autre part, l’approche d’une vitesse sonique en bout des pales avançantes. On peut remédier au premier point par l’adjonction au rotor d’une petite voilure fixe, mais on quitte alors le domaine des hélicoptères proprement dits. Une autre solution récemment mise au point par Sikorsky consiste à associer deux rotors contrarotatifs liés au même moyeu, de telle sorte que leurs pales soient toujours parfaitement symétriques ; ainsi, la portance est toujours équilibrée entre les deux côtés de l’appareil, ce qui, en outre, a pour effet de supprimer la commande de pas cyclique et entraîne donc une simplification de la tête de rotor. Un système de ce type comportant deux rotors de 12 m de diamètre a été essayé en soufflerie et a donné de bons résultats. Il semble que des vitesses supérieures à 400 km/h puissent être atteintes. Il existe encore la technique des pales à volet fluide, dans laquelle un jet de gaz chauds est éjecté au bord de fuite des pales ; cette solution a été préconisée en France par la firme Dorand et a également fait l’objet de nombreux essais de soufflerie.