Mécanique du vol de l'hélicoptère

Pierre Rougier

Description

Le comportement d'un hélicoptère peut être analysé globalement à l'aide de modélisations simples mais réalistes pourvu que l'on prenne en compte certaines hypothèses simplificatrices suggérées par les résultats de l'expérimentation en vol. En s'intéressant tout d'abord aux propriétés du rotor articulé, on peut décrire à peu près toutes les caractéristiques dynamiques des appareils monorotors y compris ceux équipés de rotor non articulé. En ce qui concerne la prédiction des performances, les raffinements successifs apportés à la théorie du vol stationnaire assurent des résultats très satisfaisants. Pour les performances en vol d'avancement, la modélisation est nettement moins réaliste et les bases théoriques plus fragiles. Les caractéristiques de pilotage de l'hélicoptère ont pu être quantifiées en utilisant les méthodes de la théorie des systèmes asservis. Il est ainsi possible d'interpréter les données résultant des essais en vol et fournir les valeurs des paramètres de définition souhaitables pour guider l'action des bureaux d'étude dans le processus de développement.
Introduction. Rappel historique. Le vol d'avancement et le moyeu articulé. Le pas collectif et la variation cyclique de pas. Dynamique du Rotor. Le mouvement de battement. Les rotors rigides. Le couplage pas-battement , liaison "k". Le mouvement de traînée. La résonance sol. Le vol d'avancement et le moyeu articulé. Virage, facteur de charge et décrochage rotor. Le réglage des pales. Limitations des pièces travaillant en fatigue. Performances. Le vol stationnaire. La théorie de Froude. Le vol stationnaire. La théorie de l'élément de pale. Le vol stationnaire. L'effet de sol. Le fenestron (rotor caréné équipant les appareils d'Eurocopter). Le vol en palier. Le vol en montée verticale. Le vol en montée oblique. L'autorotation et le diagramme hauteur-vitesse. Les anneaux tourbillonnaires ou vortex. Qualités de vol. Le moment de commande. La stabilité statique longitudinale. La stabilité statique transversale. La maniabilité. La stabilité dynamique. La manoeuvrabilité. Annexes. Équation de battement de la pale en vol stationnaire. Le cercle d'inversion. Optimisation des performances du rotor principal en vol stationnaire. Calcul du moment de commande sur le mât rotor. Bibliographie. Index.

Sujets

• Génie mécanique
• Conception

Informations

• Publié par: Hermès - Editions Lavoisier
• Date de parution: 23 mars 2007
• Nombre de lectures: 695
• EAN13: 9782746242920
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 11 Mo

Extrait

Mécanique du vol de l’hélicoptère

© LAVOISIER, 2007 LAVOISIER 11, rue Lavoisier 75008 Paris www.hermesscience.com www.lavoisier.fr ISBN 9782746216518 Le Code de la propriété intellectuelle n'autorisant, aux termes de l'article L. 1225, d'une part, que les "copies ou reproductions strictement réservées à l'usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective" et, d'autre part, que les analyses et les courtes citations dans un but d'exemple et d'illustration, "toute représentation ou reproduction intégrale, ou partielle, faite sans le consentement de l'auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause, est illicite" (article L. 1224). Cette représentation ou reproduction, par quelque procédé que ce soit, constituerait donc une contrefaçon sanctionnée par les articles L. 3352 et suivants du Code de la propriété intellectuelle. Tous les noms de sociétés ou de produits cités dans cet ouvrage sont utilisés à des fins d’identification et sont des marques de leurs détenteurs respectifs. Printed and bound in England by Antony Rowe Ltd, Chippenham, March 2007.

Mécanique du vol de l’hélicoptère Pierre Rougier

T ABLE DES MATIÈRES

Avant-propos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Chapitre 1. Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.1. Rappel historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.2. Le vol d’avancement et le moyeu articulé . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.3. Le pas collectif et la variation cyclique de pas . . . . . . . . . . . . 17

Chapitre 2. Dynamique du rotor21. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1. Le mouvement de battement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.2. Les rotors rigides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.3. Le couplage pas-battement, liaison « k » . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.4. Le mouvement de traînée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.5. La résonance sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.6. Le vol d’avancement et le moyeu articulé . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.6.1. Cas particulier des faibles vitesses d’avancement . . . . . . . 55 2.6.2. Cas des fortes vitesses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 2.6.3. La bosse de manche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 2.6.4. Basculement latéral du disque dû à la conicité . . . . . . . . . 60 2.6.5. Cercle d’inversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 2.6.6. Décrochage de pale reculante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 2.6.7. VNE (velocity never exceed. . . . . . . . . . . . . . . . . ) . 64 2.7. Virage, facteur de charge et décrochage rotor . . . . . . . . . . . . 65 2.7.1. Equilibre de l’hélicoptère en virage stabilisé . . . . . . . . . . 65 2.7.2. Marge de manœuvre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 2.7.3. Limite de manœuvre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

6 Mécanique de vol de l’hélicoptère

2.8. Le réglage des pales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 2.8.1. Réglage au sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 2.8.2. Réglage en vol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 2.9. Limitations des pièces travaillant en fatigue . . . . . . . . . . . . . 87 2.9.1. Le phénomène de fatigue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 2.9.2. L’endommagement dû à la fatigue . . . . . . . . . . . . . . . . 93

Chapitre 3. Performances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 3.1. Le vol stationnaire. La théorie de Froude . . . . . . . . . . . . . . . 99 3.2. Le vol stationnaire. La théorie de l’élément de pale . . . . . . . . 103 3.2.1. Evaluation de l’incidence aérodynamique d’une section de pale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 3.3. Le vol stationnaire. L’effet de sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 3.4. Le fenestron (rotor caréné équipant les appareils d’Eurocopter) 116 3.5. Le vol en palier. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 3.5.1. La puissance induite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 3.5.2. La puissance de profil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 3.5.3. La puissance de fuselage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 3.6. Le vol en montée verticale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 3.7. Le vol en montée oblique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 3.8. L’autorotation et le diagramme hauteur-vitesse . . . . . . . . . . . 145 3.8.1. Caractéristiques des profils dans les coordonnées d’Eiffel . 145 3.8.2. Caractéristiques des profils dans les coordonnées de Lilienthal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 3.8.3. L’atterrissage en autorotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 3.8.3.1. La descente stabilisée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 3.8.3.2. Leflare154. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.8.3.3. La remise à plat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 3.8.4. Diagramme hauteur-vitesse des appareils multi moteurs . . 159 3.9. Les anneaux tourbillonnaires ouvortex. . . . . . . . . . . . . . . . 161

Chapitre 4. Qualités de vol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 4.1. Le moment de commande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 4.2. La stabilité statique longitudinale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 4.3. La stabilité statique transversale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 4.3.1. Effet girouette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

Table des matières 7

4.3.2. Effet dièdre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 4.4. La maniabilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 4.4.1. Mouvement de tangage ou de roulis en vol stationnaire . . . 184 4.4.2. Mouvement de lacet en vol stationnaire . . . . . . . . . . . . . 187 4.4.3. Généralisation au vol d’avancement . . . . . . . . . . . . . . . 189 4.4.4. Etude de la réponse à un échelon . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 4.5. La stabilité dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 4.5.1. Stabilité dynamique de tangage (phugoïde) . . . . . . . . . . 195 4.6. La manœuvrabilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 4.6.1. Marge au palonnier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 4.6.1.1. Cas de la pale idéalement vrillée . . . . . . . . . . . . . . 201 4.6.1.2. Cas de la pale non vrillée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 4.6.2. Marge au cyclique longitudinal . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 4.6.3. Marge au cyclique latéral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207

Chapitre 5. Annexes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 5.1. Equation de battement de la pale en vol stationnaire . . . . . . . . 209 5.2. Le cercle d’inversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 5.3. Optimisation des performances du rotor principal en vol stationnaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 5.4. Calcul du moment de commande sur le mât rotor . . . . . . . . . . 218 5.4.1. Cas d’un rotor articulé bipale d’excentricité e . . . . . . . . . 218 5.4.2. Cas d’un rotor quadripale d’excentricité e . . . . . . . . . . . 219 5.4.3. Cas du rotor tripale d’excentricité e . . . . . . . . . . . . . . . 220

Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Index. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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