Aéronefs à voilure tournantes ou gyravion

 

Partie 2 auto-rotation et autogyre

 

Auto-rotation

L'autorotation est un état de vol dans lequel le système de rotor principal d'un hélicoptère ou d'un aéronef similaire tourne sous l'action de l'air qui monte à travers le rotor, plutôt que la puissance du moteur entraînant le rotor. Le terme autorotation date de 1915 à 1920 et correspond au début du développement de l'hélicoptère. Il fait référence aux rotors tournant sans le moteur.  Il est analogue au vol plané d'un aéronef à voilure fixe.

L’autorotation est un phénomène naturel bien connu et facilement observable lors de la chute de la samare (fruit de l’érable). Cette petite graine possède une extension en forme d'aile membraneuse qui lui permet de tourner dans l’air, de ralentir sa chute et s’il y a du vent d’être emportée au loin.  La chute produit du vent relatif qui la fait tourner et la vitesse de rotation de la graine s’appliquant sur cette partie en forme d’aile produit de la portance.

Le principe est le même, sauf que le rapport poids/ portance et nettement plus avantageux pour la samare que pour l’hélicoptère.

L’utilisation la plus courante de l’autorotation dans les hélicoptères consiste à atterrir en sécurité en cas de panne moteur ou de panne du rotor de queue. Il s’agit d’une procédure d’urgence couramment aux pilotes d’hélicoptère dans le cadre de leur formation.

En vol normal avec hélicoptère motorisé, l'air est aspiré dans le système de rotor principal par le haut et est évacué vers le bas, mais pendant l'autorotation, l'air monte dans le système de rotor par le bas lorsque l'hélicoptère descend. L'autorotation est autorisée mécaniquement en raison à la fois d'une unité à roue libre, qui permet au rotor principal de continuer à tourner même si le moteur n'est pas en marche, ainsi que des forces aérodynamiques du vent relatif maintenant la vitesse du rotor. C'est le moyen par lequel un hélicoptère peut atterrir en cas de panne moteur complète.

 

Lorsque le moteur tombe en panne dans un hélicoptère monomoteur, il peut effectuer un retour au sol. Il perd de l'énergie potentielle en réduisant la hauteur afin que le rotor continue de tourner, qui continue ensuite à fournir une portance. L'auto-rotation peut s'effectuer directement vers le bas en vol vertical, mais il est généralement recommandé de maintenir la vitesse d'avancement, à la manière d'un vol à voile fixe. Le taux de descente est beaucoup plus faible s'il existe une vitesse d'avancement. Cela évite à l’hélicoptère d’être pris dans son propre vortex, et les atterrissages en autorotation étant toujours un peu brutaux, une partie de l’énergie sera canalisée et absorbée par le glissement des patins avec le sol.

MISE EN AUTOROTATION

 

L'autogire ou autogyre

C’est un aéronef à voilure tournante libre. Celle-ci assure la sustentation de l'appareil mais non sa propulsion comme pour l’hélicoptère.

Il fut Inventé en 1923 par Juan de La Cierva. Cette formule fut exploitée dans les années 1920, mais elle perdit son intérêt avec la venue de l’hélicoptère.  Si en 1957 avec  le prototype du Fairey Rotodyne, l’autogire rentrait dans le groupe des gros porteurs, la formule est tombée en désuétude et on ne retrouve actuellement l’autogire que dans le groupe des ULM.

 

 

 

Mécanique du vol

On distingue trois parties importantes à considérer sur un autogire :

Le rotor principal le disque rotor doit présenter un angle d'incidence positif pour fournir la portance nécessaire, comme un hélicoptère en autorotation. Sauf sur les modèles les plus sophistiqués, il n’y a pas de commande d’incidence des pales, mais un basculement du rotor.

Le chariot, qui contient quasiment toute la masse de la machine dont le moteur

Le moteur, c’est lui qui délivre la puissance à l’hélice propulsive et fournit l’énergie électrique au prélanceur quand l’autogire en est doté.

L'hélice propulsive entraînée par un moteur, qui fournit la poussée.

 

Pilotage

Décollage

Il existe trois types de décollages possibles selon le type d'autogire :

1 La méthode traditionnelle sans prélanceur. L'autogire décolle comme un avion, c'est-à-dire qu'il prend de la vitesse au sol, le vent relatif permet au rotor de prendre de la vitesse de rotation, quand la vitesse du rotor approche les 350 tr/min à environ 40 km/h, l'autogire décolle comme un avion sur une distance relativement longue. C’est l’équivalent de la phase d’accélération d’un avion.

2 La méthode plus récente, avec un prélanceur de rotor électrique, mécanique ou hydraulique qui consiste à lancer le rotor à 250-350 tr/min de façon à permettre une distance de décollage plus courte. Le prélanceur n'étant utilisé qu'au sol.

3 La dernière méthode est utilisée sur des autogires très perfectionnés à contrôle collectif de pas, un prélanceur plus puissant qu’en 2 permet de lancer le rotor à environ 500 tr/min, le rotor peut être lesté pour augmenter l’inertie en rotation (on parle alors d'autogire « sauteur »). Lorsque le rotor est lancé, on le débraye, puis le contrôle de pas collectif permet un décollage relativement brusque et une élévation d'une trentaine de mètres d'altitude mais qui doit être suivie d’une translation horizontale immédiate pour entretenir la rotation du rotor.

En vol

Pour monter il faut basculer la tête du rotor vers l’arrière (tirer sur le manche) . Le phénomène de précession gyroscopique abaisse l’arrière du rotor et augmente l’angle d’incidence. La seconde solution consiste à augmenter la vitesse de rotation du rotor à incidence constante.

Pour descendre il faut basculer la tête du rotor vers l’avant (pousser sur le manche). Le même phénomène de précession gyroscopique monte l’arrière du rotor, l’angle d’incidence baisse tout en restant positif. On peut aussi abaisser la vitesse du rotor à même incidence.

Pour le vol en descente sans propulsion, (par exemple, lorsque le moteur est défaillant), on incline fortement le rotor vers l’avant pour obtenir un angle d’incidence proche de celui utilisés en descente. Une traction T est générée qui entretient la vitesse de l’appareil.

Pour virer, il faut agir sur la dérive (palonier) dans le sens voulu, il faut également pencher le rotor dans le même sens que la dérive. Deux nouvelles forces apparaissent, Fv la force du virage et Fc la force centrifuge. Il en résulte une inclinaison de l’appareil.

Commandes de vol

Action du pilote	Action sur l’autogire	Mouvement
Lancer le rotor Jusqu’à obtenir une fréquence de rotation minimum de 150 tr/min qui permettra lors du déplacement dans l’air de l’autogire d’entretenir l’autorotation du rotor, ceci se fait manuellement ou à l’aide d’un moteur électrique « débrayable ».	Rotation du rotor de l’autogire	Rotation du rotor
Mettre les gaz du moteur de propulsion Acquisition d’une vitesse de translation suffisante au décollage.	Vitesse de rotation de l’hélice plus importante, donc augmentation de la sustentation	Déplacement vers l’avant Augmentation de la vitesse du rotor
Tirer le manche Pour monter en faisant varier l’angle d’attaque.
Pousser le manche : Pour descendre	0°<α<10°