La surface S d'un rotor est la surface du cercle (ou disque) décrit par ses pales. S'il y a plusieurs rotors, S désigne la surface totale des rotors; mais il ne faut compter qu'une seule fois la surface de recouvrement de deux rotors dits “engrenants”; pour deux rotors coaxiaux (cas du KA50), la surface totale S vaut environ 1,3 la surface d'un seul rotor. En désignant par m la masse de l'appareil, un élément important à considérer est le rapport ( m / S ) . C'est-à-dire la charge alaire de l'hélicoptère. Elle vaut environ: - 10 kg/m² pour les petits appareils à moteurs à pistons - 15 à 20 kg/m² pour les appareils moyens à moteurs à pistons ou à turbomoteurs - 30 kg/m² pour les gros appareils à moteurs à pistons - 40 à 48 kg/m² pour les gros appareils à turbomoteurs L'amélioration des performances des rotors d'hélicoptères à suscité de nombreux travaux dans le monde entier, tant en aérodynamique, en aéroélasticité et en acoustique qu'en utilisation de matériaux nouveaux. Concernant l'aérodynamique, l'ONERA (Office National d'Etudes et de Recherches Aéronautiques) a entrepris depuis des années, en collaboration avec eurocopter, un programme de recherche à long terme sur l'amélioration de la connaissance de l‘écoulement de l'air autour des pales, ainsi que sur les méthodes de prévision des performances, ce qui a permis l'optimisation des pales des nouveaux hélicoptères (avec parfois des profils complexes) Ainsi tous les constructeurs, aussi bien européens qu'américains, ont cherché à développer de nouveau profils de pales mieux adpatés au fonctionnement sur rotor que le profil symétrique NACA 00012 (profils biconvexes symétriques standards couramment utilisés jusqu'au début des années 70).
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Pales métalliques: Les pales métalliques ont succédé aux premières pales en bois. Elles sont en général en alliage léger, bien que l'acier et le titane aient aussi été utilisés. C'est avec ce type de pales que la notion de “durée de vie” à pris toute son importance. En effet, les matériaux métalliques sont très sensibles à l'entaille, aux évolutions brutales et à la corrosion. Le longeron de section pleine est complété par un revêtement enveloppant, stabilisé par un remplissage en mousse “moltoprène”. Une ferrure boulonnée est rapportée et associée à une bielette; cet ensemble doit transmettre les efforts au moyeu. C'est le cas de l'alouette II. Une autre variante consiste à usiner le longeron pour lui donner une forme en C plus optimale (alouette III). Le longeron creux a une forme en D (alliage léger), convenant très bien pour transmettre toutes les sollicitations (effort centrifuges, flesion de battement et traînée, torsion) et assurer toute les raideurs. Sur ce longeron, des éléments appelés “pockets”, rapportés par collage, sont indépendants les auns des autres. Une telle technologie a été développée par Sikorsky puis l'aérospatiale; elle était basée sur une maintenance aisée. Les pockets endommagés étaient facilement remplaçables. En réalité, il arrivait fréquemment d'être obligé d'en remplacer plusieurs au cours de la remise en place de l'un d'eux. Ce longeron unique est naturellement une pièce vitale, et on imagine aisément que toute crique importante puisse faire perdre la raideur en torsion de la pale et d'autre part d'engendrer sa rupture. C'est pourquoi les hélicoptéristes (Sikorsky le premier suivi par nombreux autres) ont imaginé un détecteur de crique sur le longeron, baptisé BIM (Blade Inspection Method). Le principe est le suivant: Le longeron, après avoir été étanché à ses deux extrémités, est rempli d'azote sous pression (de l'ordre de 0,5 à 0,7 bar), et l'équivalent d'un manomètre est installé a l'emplanture de la pale (souvent appelé Vidéopi). Si une crique se forme et débouche, il y a fuite et l'équipage décèle l'anomalie en inspectant visuellement ce détecteur qui aura viré au rouge. Il a d'ailleurs été démontré que le temps de propagation d'une crique devenue critique est supérieur à la durée du plus long des vols possible avec la machine (garantie de sécurité). Le longeron est pris dans une ébauche forgée qui est usinée sur toute sa longueur, déterminant un coût prohibitif d'usinage et de contrôle.
cette figure représente une pale métallique du Puma SA 330
1. plaque d'emplanture 2. longeron 3. renfort de pale 4. contrepoids 5. plaque joint 6. butée de contrepoids 7. masse déquilibrage 8. support de repliage pale 9. masse d'équilibrage 10. saumon 11. masse d'équilibrage 12. caissons 13. arêtier d'équilibrage 14. contrepoids d'équilibrage 15. tabs
16. NIDA métallique 17. nervures de rive de caisson 18. nervures (droite et oblique) du renfort 19. pains de moltoprene 20. capuchon de renfort 21. indicateur de pression (B.I.M.) 22. valve de gonflage 23. entretoise 24. douille 25. douilles de fixation des broches de pale 26. joint d'étanchéité mamelon 27. mamelon fixation indicateur de pression 28. mamelon fixation valve de gonflage 29. joint d'étanchéité mamelon 30. goujon
Pales composites: L'utilisation des matériaux composites pour la fabrication des pales offre au moins 3 avantages majeurs: - insensibilité quasi-totale à l'entaille et aux phénomènes de fatique et corrosion - très bonne résistance aux impacts (d'origine civile ou militaire), avec une tenue résiduelle à la fatigue très supérieure à celle des matériaux métalliques - rapport de la résistance en fatigue à la masse spécifique trois fois plus élevé que pour l'acier et quatre fois supérieur que pour les alliages légers. La conséquence immédiate de ces avantages est, compte tenu des charges appliquées et des contraintes qui en résultent, une durée de vie pratiquement infinie (environ 20 000 heures ou plus). De plus, la technique utilisée, celle du moulage, permet, à travers la réalisation d'un moule: - l'utilisation de profils cambrés - une variation d'épaisseur relative du profil sur toute l'envergure de la pale donc une meilleure adaptation des profils. - des vrillages importants, dont la loi d'évolution le long de l'envergure peut être optimisée, notamment pour les performances du rotor en vol stationnaire et a grande vitesse. La conséquence est une nette amélioration des performances. C'est ainsi que le Puma SA330B, en passant au standard BA pales composites, voit sa masse décollable majorée de 400Kg et sa vitesse maximale accrue de 32Km/h.
En outre, on note une grande facillité de maintenance avec possiblité de réparations par l'utilisateur. En effet, le constructeur est à même de fournir des “kits” de réparation avec le manuel d'utilisation, et même de former les maintenanciers de ses clients (Eurocopter fournit ce genre de formation, dite “stage pales COV” sur son site pales de la Courneuve). Peut être même que dans l'avenir on utilisera le système de la pale jetable, comme un produit de grande consommation. Cela se fera en fonction du coût comparé d'une réparation importante et de celui d'une pale neuve.
Pales métalliques: Profil: épaisseur relative = 12% NACA 0012 Vrillage: -8° Corde: 0.537m Masse de l'hélicoptère: 7000kg
Pales composite: Profil: épaisseur relative variable de 12% à 6% double cambrure Vrillage: -12° Corde: 0.60m Masse de l'hélicoptère: 7400kg
Comme pour les pales métalliques, il n'existe pas de technologie type idéale, de sorte que chaque constructeur adapte la structure d'une pale à ses moyens industriels. De façon générale, on distingue 2 technologies différentes: - les pales constituées d'un longeron et d'un caisson de torsion matérialisé par un revêtement enveloppant. Dans cette catégorie, on retrouve les pales équipant les SA341 gazelle, SA360 dauphin, SA330 puma, SA332 super puma, MBB Bo105, Bell 412, etc... - les pales constituées d'un longeron et de plusieurs caissons. Elles équipent le Dauphin N (SA365N et SA366G), Ecureuil SA350 et SA355. Enfin, il faut signaler une pale multilongeron comportant 3 caissons de torsion, pale développée par Kaman Aerospace Corporation (USA) et équipant l'hélicoptère IMRB/K747 Par construction, les pales d'un même hélicoptère peuvent sembler semblables, mais il en est tout autrement. En effet, même si la technologie actuelle permet de reproduire à l'identique, elle est incapable de reproduire des clones. Au sein d'un même disque rotor, qu'il soit bi, tri ou même quadripale, chaque pale a son propre vrillage, sa propre masse. Pour permettre leur accord entre elles, elles sont classifiée chez le constructeur par rapport à une pale étalon suite à un test sur banc dynamique. Sur chaque pale Eurocopter, on voit apparaitre la mention d'un delta I, révélateur de façon de se comporter par rapport a l'étalon. Ainsi, sur un disque rotor, on cherchera toujours a mettre des pales de delta I se rapprochant afin de faciliter l'équilibrage dynamique. Pour parfaire ce réglage, il a été ajouter sur le bord de fuite des pales, dans le dernier 1/4 extérieur de chaque pale, un certain nombre de Tabs que l'utilisateur pourra tordre a l'aide une pince afin de la faire rentrer dans le sillage des autres pales (réglage du track). Pour les différences de masse des pales, les constructeurs on utilisés divers artifices. Eurocopter a lui choisi de mettre un petit réceptacle sur le manchon du MRP sur lequel on vient rattacher la pale. Lors de l'équilibrage dynamique du disque rotor en vol, le réglage dit du “balourd” s'effectuera par insertion de grenaille de plomb dans ces godets afin de réduire les vibrations.
protection bord d'attaque en inox
revêtement en alliage léger
remplissage en mousse moltoprène
longeron en alliage léger
Alouette II
longeron creux en alliage léger

SA 330 Puma (pales métalliques)
Masse nécessaire au centrage
Remplissage en “NIDA” en alliage d'aluminium
protection du bord d'attaque en INOX
Pockets indépendants mais reliés au bord de fuite par un arrêtier en fibre de verre
protection de bord d'attaque en INOX
Masse nécessaire au centrage
longeron creux en alliage léger
nervure d'extrémité en pocket

pocket indépendant collé sur le longeron
Super Frelon SA 321 (pales métalliques)
Alouette III
protection bord d'attaque en inox
revêtement en alliage léger
remplissage en mousse moltoprène
longeron en alliage léger
arêtier de bord de fuite en alliage léger

protection du bord d'attaque en INOX
Revêtement en couches de tissus # (chaine et trame) en plus de verre E
arêtier en fibres de verre R
arêtier en couches orientées à 45° fibre de carbone, haut module
protection du bord d'attaque en INOX
protection du bord d'attaque en INOX
arêtier en fibres de carbone longitudinales, haut module
longeron en fibres de verre longitudinales
remplissage en NIDA “Nomex”
remplissage en mousse de polyuréthane
caisson de torsion: - ruban de verre E, orientés à 45° - fibres de verre R

Puma - Dauphin
astar 350
bell 412
pale IMRB/K 747
longeron multi-caisson en roving verre
remplissage en NIDA “Nomex”
arêtier en kevlar
revêtement en tissus de verre
fermeture d'emplanture
masse d'équillibrage
fermeture bord de fuite
longeron en fibres de verre R longitudinales
remplissage en NIDA “Nomex”
revêtement en couches orientées à 45°
saumon INOX
douilles de fixation
longeron en fibre de verre longitudinales (verre S2)
protection bord d'attaque en titane
protection bord d'attaque extrémité: INOX
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