La sustentation d'un autogire est générée par le rotor. Celui-ci n'est pas entraîné par son propre moteur. Il se trouve continuellement en état d'autorotation pendant le vol.
Deux phénomènes essentiels font apparaître des éléments spécifiques à cette étude :
- la vitesse de déplacement du profil varie fortement entre le pied et l’extrémité de la pale.
- la pale peut battre verticalement, c’est-à-dire s’inscrire dans un plan incliné par rapport au plan d’entraînement (sollicitation par une commande cyclique ou une turbulence externe).
Les conclusions courantes tirées de la connaissance et de la compréhension des hélicoptères ou des avions ne sont pas valables lorsqu'elles sont appliquées au comportement de vol des autogires. En effet, aucun autre aéronef n'utilise l'état d'autorotation pour générer de la portance sur l'ensemble de l'enveloppe de vol.
La propulsion de la plupart des autogires qui volent aujourd'hui utilise un moteur alternatif monté dans une configuration de poussée qui entraîne une hélice à vitesse fixe ou constante.
Par définition, `θ` est l'angle de pas, angle formé par la corde du profil de la pale et le plan de rotation des pales. `α` est l'angle d'incidence ou angle d'attaque, angle formé par la corde du profil et la direction du vent relatif.
Système de rotor semi-rigide
Tout système de rotor capable d'autorotation peut être utilisé dans un gyroplane. En raison de sa simplicité, le système le plus largement utilisé est le système semi-rigide à tête basculante. Ce système se retrouve dans la plupart des autogires de construction amateur.
Dans ce système, la tête du rotor est montée sur une broche, qui peut être inclinée pour être contrôlée. Les pales du rotor sont fixées à une barre de moyeu qui peut ou non comporter des réglages pour faire varier le pas des pales.
Conicité
Sur une pale, la portance croît à partir du moyeu vers l’extrémité de la pale (dessin ci-dessus). Or, l’application du poids apparent de l’autogire prend son origine sur le moyeu. Il en résulte un angle entre le plan des pales à l’horizontale et les pales en rotation. La force centrifuge tend à s’opposer à la conicité en tirant sur la pale vers l’extérieur.
L'angle de conicité, déterminé par des projections du poids des pales, de la vitesse du rotor et de la charge à transporter, est intégré à la barre de moyeu. Cela minimise les moments de flexion de la barre de moyeu et élimine le besoin d'une charnière de conicité, qui est utilisée dans des systèmes de rotor plus complexes.
Grâce à une double articulation en TANGAGE et en ROULIS, la tête rotor peut être inclinée :
- d'avant en arrière (axe TANGAGE), en tirant ou en poussant sur le manche ;
- de gauche à droite (axe ROULIS) en déplaçant le manche vers la gauche ou vers la droite.
Système de rotor entièrement articulé
Certains autogyres sont équipés d'un systéme de rotor entièrement articulé. Très semblable à ceux utilisés sur les hélicoptères, le système de rotor articulé permet au pilote d'effectuer des changements de pas sur les pales du rotor. Ce système est beaucoup plus complexe que le système à balancier.
L'un des principaux avantages de l'utilisation d'un rotor entièrement articulé dans la conception d'un autogyre est qu'il permet généralement un décollage par "saut". Les caractéristiques requises du rotor pour un décollage par saut doivent inclure une méthode de changement de pas collectif, une pale avec une inertie suffisante et un mécanisme de prérotation capable d'atteindre environ 150 % du régime de vol du rotor.
Avant le décollage, le rotor de l'autogire doit d'abord atteindre une vitesse suffisante pour créer la portance nécessaire. Il existe plusieurs méthodes de décollage possibles selon la spécificité des autogires.
1ére méthode :
L’autogire décolle comme un avion, c'est-à-dire qu’il prend de la vitesse au sol à l'aide de son moteur, le disque du rotor étant incliné vers l'arrière, le vent relatif permet au rotor de prendre de la vitesse. 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.
2 éme méthode :
Faire tourner au sol les pales du rotor à la main, puis ensuite avec la mise en puissance du moteur, l'autogire commence à rouler au sol et le vent relatif permet au rotor de prendre de la vitesse. Ceci permet de réduire légerement la distance de décollage.
3 éme méthode :
Utiliser un prélanceur, qui fournit un moyen mécanique, hydraulique ou électrique pour faire tourner le rotor. De nombreux pré-lanceurs ne sont capables d'atteindre qu'une partie de la vitesse nécessaire au vol, le reste étant obtenu lors du roulage avant décollage. Lorsque le rotor a atteint une vitesse suffisamment importante, le prélanceur est débrayé et le rotor fonctionne en autorotation. La rotation est entretenue par le vent relatif dû au déplacement horizontal ou vertical de l’autogire qui alimente le rotor en permanence.
Dès lors, il ne peut plus s’arrêter tant que l’autogire est en mouvement.
4 éme méthode :
elle est utilisée sur des autogires très perfectionnés à contrôle collectif de pas, un prélanceur très puissant permettant de lancer le rotor à environ 500 tr/mn, parfois avec un rotor lesté pour augmenter son inertie : on parle alors d'autogire "sauteur" : en effet, lorsque le rotor est lancé, on le débraye, puis le contrôle de pas collectif permet un décollage relativement brutal et une élévation d'une trentaine de mètres d'altitude suivie immédiatement de la translation pour entretenir la rotation du rotor de façon traditionnelle.
Prélanceur mécanique
Les prélanceurs mécaniques sont généralement équipés d'embrayages ou de courroies pour l'engagement, d'un train d'entraînement et peuvent utiliser une transmission pour transférer la puissance du moteur au rotor. Les entraînements par friction et les câbles flexibles sont utilisés en conjonction avec un bendix et une couronne de type automobile sur de nombreux autogyres.
Ci-dessous, la tête du rotor avec le flexible entraînant le pignon prélanceur.
Prélanceur électrique
Le prélanceur électrique que l'on trouve sur certains autogires utilise un démarreur de type automobile Bendix et une couronne montés sur la tête du rotor pour transmettre un couple au système de rotor. ( Figure ci-dessous).
Ce système a l'avantage de la simplicité et de la facilité d'utilisation, mais il dépend de la disponibilité de l'énergie électrique. L'utilisation d'un dispositif de "démarrage progressif" peut atténuer les problèmes liés au couple de démarrage élevé initialement nécessaire pour faire tourner le système de rotor. Ce dispositif fournit des impulsions électriques au démarreur pendant environ 10 secondes avant de fournir une tension ininterrompue.