Un rotor comprend, suivant les cas, de 2 à 8 pales, l'augmentation du nombre de pales correspondant le plus souvent aux appareils fortement chargés. Les pales soumises en permanence à des efforts de flexion alternées, doivent être de construction très soignée; le coefficient de portance Cz d'un profil doit être élevé, alors que le coefficient de traînée Cx du profil doit être aussi faible que possible; pour des raisons de facilité de construction, les pales ont souvent eu un profil symétrique, cette solution étant un compromis entre de bonne qualités aérodynamiques et mécaniques. La disposition la plus fréquente est celle du monorotor (avec hélice arrière anticouple s'il s'agit d'un hélicoptère à entrainement mécanique); la charge transportée doit être disposée au voisinage du centre de gravité de l'appareil, lequel se trouve pratiquement sous l'axe du rotor principal (équilibre du poids et de la sustentation en vol stationnaire ou vertical). La disposition birotor évite les inconvénients de l'hélice anticouple, car les deux rotor, tournant alors en sens inverses, ont leurs couples qui se compensent. L'ensemble est plus compliqué au point de vue construction. En général, la variation différentielle du pas général des deux rotors permet d'assurer le contrôle de l'appareil en lacet. Le plus souvent, les deux rotors sont disposés en tandem, un à chaque extrémité du fuselage. Celui-ci est alors relativement long, avec un encombrement faible en largeur, et les conditions de stabilité sont améliorées. La solution birotor en tandem est tout indiquée pour les appareils de transports (passagers et fret au centre, moteurs à l'avant ou à l'arrière dans une salle des machines spécialement aménagée), ainsi pour que les appareil utilisés sur les navires porte-avions (comportant des élévateurs de dimensions souvent relativement faibles). Malgré l'inconvénient d'une longue ligne de transmission entre les deux rotors, ce type d'appareil connaît depuis longtemps un développement très important, aussi bien pour les appareils faiblement chargés que pour les appareils lourds. Une autre disposifions des deux rotors consiste à les placer de part et d'autre du fuselage, en faisant engrener ou non les surfaces décrites par les pales. Le fuselage est alors relativement court, et, avec des rotors non engrenants, chacun a son axe situé au bout d'un long bras placé latéralement. Mais cette solution offre l'inconvénient de créer une traînée supplémentaire et de conférer du même coup à l'appareil un encombrement latéral souvent incompatible avec la nécessité de manoeuvrer sur des aires de faibles dimensions. Mais de toutes façons, cette solution est fort peu utilisée actuellement, bien qu'ayant connu une certaine vogue pendant quelques années. Il reste encore la solution des rotor superposés (dit coaxiaux ou contrarotatifs): la tête rotor est très compliquée, et les commandes du rotor supérieur doivent nécessairement passer à l'intérieur de l'arbre creux du rotor inférieur. Cette solution a toutefois permis, en 1935, le vol record d'une heure effectué par le “gyroplane - laboratoire bréguet - Dorand”, doté de deux rotors de diamètre 16,40 mètres. Les solutions à 3 ou 4 rotors sont trop compliquées. Elle sont totalement abandonnées. Il est important de souligner le rôle capital joué par le moyeu rotor principal (MRP): Par lui cheminent les efforts aérodynamiques provenant des pales, ainsir que tous les effets dynamiques générateurs de vibrations ou même d'instabilité. Réciproquement, il reçoit du fuselage la puissance motrice nécessaire pour l'entrainement du rotor ainsi que les commandes de pilotage en pas. En premier lieu, le MRP doit assurer à chaque pale trois degrès de liberté: En pas, en battement et en traînée. Par ailleurs, il doit assurer les fonctions secondaires découlant des premières: - comporter un système de pilotage en pas des pales, afin de commander leur angle d'incidence. Le dispositif généralement utilisé est celui du “plateau cyclique”. - Assurer la reprise du poids de chaque pale au repos lorsque le rotor est stoppé, et cela grâce a des butées dites “basses”; par contre, lorsque le rotor tourne, chaque pale doit pouvoir conserver une liberté suffisante en battement, en particulier pour permettre une inclinaison correcte du disque rotor en vue du déplacement de l'hélicoptère en vol de translation. A cet effet, il faut prévoir que ces butées soient éclipsables en rotation (sous l'effet de la force centrifuge), ou bien soient d'un type “anneau réciproque” avec décalage par rapport a un axe vertical (cas de la gazelle par exemple). - maîtriser les mouvements de traîner grâce à des dipositifs de raideur et d'amortissement, afin déviter tout problème de “résonnance sol”. Enfin quelques impératifs opérationnels ne doivent pas être oubliés lors de la conception du MRP: - possibilité de repliage des pales (manuellement ou automatiquement). - possibilité d'éclipsage des butées hautes de battement lors des utilisations avec du vent à vitesse très élevée. - possibilité de dégivrage des pales lors d'un vol en conditions givrantes. Les conceptions rotor ont considérablement évolué dans la seconde moitié du 20° siècle, les hélicoptéristes ayant toujours cherché a simplifier cet ensemble complexe et délicat, par ailleurs lourds et onéreux, qu'est une tête rotor. Il semble que les MRP puissent être classés en 4 catégories, répertoriées en termes britanniques ou américains: - See-saw Rotor; rotor essentiellement bipale articulé en battement (balancier), articulé en pas mais non articulé en trainée. - Fully Articuled Rotor: rotor articulé en battement, en pas et en trainée. - Hingeless Rotor: rotor non articulé en battement ou en trainée, mais articulé en pas. - Bearingless Rotor: rotor sans articulation en battement, en trainée ou en pas. Cette classification reste très théorique. Par exemple le moyeu de SA341 gazelle de l'aérospatiale est le premier à avoir été équipé d'amortisseur de trainée type adaptateur de fréquence, et pourtant il a souvent été désigné de “non articulé en trainée”. Par ailleurs, le moyeu “hingeless” a souvent été désigné par les termes rigide ou semi-rigide. En réalité le terme rigide est impropre car le constructeur a davantage recherché la flexibilité plutot que la rigidité dans le cas d'un rotor non articulé (par exemple, le MBB Bo105). On peut aussi citer le moyeu du Lynx (Westland) pour lequel les bras sont en titane et dont la forme elliptique appropriée permet d'obtenir la souplesse souhaitée. D'autres constructeurs ont imaginé le type “hingeless” en remplaçant les roulements mécaniques par des “roulement à base d'élastomères” dont le matériaux essentiel est le caoutchouc.
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Le véritable premier moyeu est celui de type articulé équipant tous les hélicoptères Alouette de l'aérospatiale. Il offre l'avantage de se présenter d'une façon tout à fait classique, et ce sont ses perfectionnements successifs qui ont permis d'aboutir aux solutions plus performantes utilisées sur les hélicoptères modernes. Ci dessus, le moyeu du puma SA330. Le plateau inférieur 5 est relié à 3 servo-commandes qui commandent son déplacement: - verticalement lorsque les 3 servos agissent simultanément (action sur le pas général ou pas collectif). - en inclinaison lorsque les 3 servos n'agissent pas de la même valeur (action sur le manche cyclique). Le plateau inférieur, dit “plateau fixe”, est guidé dans son déplacement vertical par une rotule qui coulisse sur son guide. Ce plateau peut donc prendre toutes les positions en hauteur et peut aurtour d'une de ces positions s'incliner dans toutes les directions par rotulage sur cette rotule. Ce plateau est immobilisé en rotation par un compas (10) fixe qui lui permet, malgré tout, toutes les positions commandées par le pilote. Sur ce plateau fixe, se monte le plateau “tournant” qui, comme son nom l'indique, tourne entraîné par le compas tournant lui-même lié au rotor par un entraîneur. Ce plateau reçoit autant de biellettes (7) qu'il y a de pales au moyeu. La rotation par rapport au plateau fixe et son encastrement sur ce dernier sont réalisés par deux roulements à contact oblique montés précontraint, donc sans jeu. Le mouvement de ce plateau, en dehors de sa rotation, est commandé par le précédent. En agissant sur les biellettes d'une façon cyclique, le plateau impose, par tour, une variation d'incidence à la pale, ce qui a pour objet d'incliner le disque du rotor et de permettre ainsi l'avancement et l'évolution de l'hélicoptère.
Le moyeu en balancier a vu le jour en série sur les Hiller 360 et Bell 47 américains. C'est un moyeu bipale essentiellement basé sur l'obtention d'une stabilisation améliorée de l'appareil. Ce moyeu n'est cité qu'a titre d'information, car il est actuellement abandonné mais toutefois encore en service sur les hélicoptères pour lesquels il a été conçu. Sur le rotormatic, une barre montée a 90° par rapport aux pales est munie de palettes aérodynamiques. Le pilotage cyclique s'effectue en commandant l'incidence de ces palettes par un plateau cyclique normal. Le plan de rotation des palettes est donc le plande contrôle du rotor. Si par suite d'une rafale, le rotor principal tend à basculer, il modifie l'incidence des palettes du rotor auxiliaire, et la réaction qui en résulte ramène le rotor principal dans son plan de départ. La barre stabilisatrice de Bell est un stabilisateur gyroscopique pur. La barre, lestée de 2 masses profilées, est articulée sur l'arbre rotor. Ce gyroscope occupe une position dans l'espace indépendante de la position de l'arbre. De ce fait, si cette barre commande l'incidence des pales, il est aisé d'avoir une position du rotor fixe dans l'espace. La commande du rotor se fait à travers le gyroscope par une bielle qui combine la commande et la réaction du gyroscope. Des amortisseurs sont montés pour asservir en partie le gyroscope au déplacement de l'arbre, sinon l'appareil serait parfaitement stable mais non pilotable.
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