HÉLICOPTÈRE

ROTOR PRINCIPAL



Introduction

Le rotor principal est la partie rotative d'un hélicoptère qui génère la portance. Le rotor se compose d'un mât, d'un moyeu et de pales de rotor. Le mât est un arbre métallique cylindrique creux qui s'étend vers le haut à partir de la transmission et est entraîné et parfois supporté par celle-ci. En haut du mât se trouve le point de fixation des pales du rotor appelé le moyeu. Les pales du rotor sont ensuite fixées au moyeu par différentes méthodes. Le rotor principal peut être composé de 2 à 5 pales selon les appareils.
Ci-dessous un rotor deux pales type BELL.

Rotor type Bell

Classification des types de rotors

Les systèmes du rotor principal sont classés selon la façon dont les pales du rotor principal sont fixées et se déplacent par rapport au moyeu du rotor principal. Les rotors peuvent être classés en quatre types : rotor articulé, rotor semi-rigide, rotor rigide et rotor flexible.

Rotor classification

Rotor articulé

Il s'agit d'un type de rotor développé par plusieurs fabricants d'hélicoptères. Ils furent les premiers rotors pratiques, fruits du Juan de la Cierva (espagnol). Il se compose généralement de trois pales ou plus.

Rotor articule

Chaque pale du rotor est fixée au moyeu du rotor au moyen de deux articulations, l'une dans le plan de rotation et l'autre perpendiculairement à celui-ci. La position des articulations est choisie par chaque fabricant, principalement en ce qui concerne la stabilité et le contrôle.
L'articulation horizontale, appelée aussi charnière de battement, permet à la pale de se déplacer de haut en bas par rapport au plan de rotation individuellement et aussi être avancée ou retardée par rapport à son sens de rotation (mouvement avant/arrière). Ce mouvement de battement est conçu pour compenser la dissymétrie de la portance. La charnière de battement peut être située à différentes distances du moyeu du rotor, et il peut y avoir plusieurs articulations.
L'articulation verticale, appelée charnière de traînée, permet à la pale de se déplacer d'avant en arrière. Ce mouvement s'appelle le décalage ou la traînée. Des amortisseurs sont habituellement utilisés pour empêcher les mouvements de va-et-vient excessifs autours de la charnière de traînée. Le but de la charnière de traînée et des amortisseurs est d'absorber l'accélération et la décélération des pales du rotor.

Rotor articule

Le but de la charnière de traînée et des amortisseurs est d'absorber l'accélération et la décélération des pales du rotor.

Rotor Pales articule

Plus la portance d'une pale augmente, plus elle a tendance à s'élever vers le haut. La charnière à battement de la pale permet ce mouvement. L'ensemble est équilibré par la force centrifuge du poids de la pale, qui essaie de la maintenir dans le plan horizontal.

Rotor Pales articule

Rotor semi-rigide

Le rotor semi-rigide, avec le rotor articulé, était le plus utilisé au début. Encore aujourd'hui, la plupart des petits hélicoptères l'utilisent, étant le type idéal pour les hélicoptères légers (grâce à sa simplicité, son faible poids et l'absence de matériaux coûteux pour les construire). Le rotor semi-rigide est généralement composé de deux pales qui sont montées de façon rigide sur le moyeu du rotor principal. Le moyeu du rotor est à son tour relié à l'arbre de rotor avec une articulation de battement. Cette disposition n'exige pas l'utilisation d'amortisseurs avant et arrière, car sous l'action de la dissymétrie de vitesse des pales avançantes et reculantes, le plan moyen du rotor bat à chaque tour autour de cet axe de battement. Lorsqu'une pale monte, l'autre descend. Le rotor semi-rigide est également muni d'une mise en drapeau, ce qui signifie que l'angle de pas de la pale change. Le système de rotor suspendu atténue les forces d'avance et de retard en montant les pales légèrement plus bas que le plan de rotation habituel, de sorte que les forces d'avance et de retard sont réduites au minimum. Comme les pales sont coniques vers le haut, le centre de pression des pales est presque dans le même plan que le moyeu.
Ci-dessous un rotor dit « semi-rigide » composé de deux pales fixées à un balancier par deux articulations souples en battement.

Rotor semi rigide

Une charnière basculante permet au moyeu et aux pales du rotor d'osciller en un seul bloc. Les butées d'arrêt statique situées au-dessus du moyeu empêche tout balancement excessif lorsque les pales sont à l'arrêt. Lorsque les pales commencent à tourner, la force centrifuge écarte les butées statiques.
Les pales des rotors articulés sans butées et les rotors semi-rigides doivent être attachées lorsque l'hélicoptère est à l'arrêt au sol pour éviter éventuellement que des rafales ne les endommagent.

Rotor rigide

Ces rotors n'ont pas d'articulation, la flexibilité des pales devient donc décisive et prend la place des articulations. Le seul mouvement autorisé au moyen de roulements est celui qui consiste à modifier l'angle de pas. Ils permettent une grande marge dans les décalages du centre de gravité de l'avion, puisque le rotor lui-même compense ce déséquilibre par un moment résultant. Cela ne se produit pas dans la même mesure sur un rotor articulé ou semi-rigide où la compensation doit s'effectuer avec le levier de pas cyclique, ce qui soustrait la plage d'entraînement des commandes elles-mêmes. Ce rotor est utilisé par les hélicoptères allemands BK-117 appartenant actuellement à l'usine Airbus Helicopters.
Il est construit autour d'une tête de rotor monobloc en titane et de pales de rotor en composite renforcé de fibres.
Il a un grand avantage par rapport au faible poids, à la grande maniabilité de l'hélicoptère et au faible coût de maintenance. Par contre, si l'on parle de confort, par exemple lors d'un atterrissage relativement soudain (condition d'arrondi), l'hélicoptère semble vouloir se désintégrer du fait de ses grandes vibrations. Logiquement cette condition est prévue et n'entraîne pas de conséquences de dommages structurels.

Rotor  rigide

Rotor flexible

Héritier du rotor articulé, le rotor flexible a lentement dépassé ses prédécesseurs. Son fonctionnement est similaire à celui des rotors articulés, à la différence près que les articulations ont été éliminées grâce à l'utilisation de matériaux " flexibles " qui simulent le battement et "l'avance-retard " nécessaires. Ces matériaux sont des élastomères et des poutres en titane ou en fibre de verre.
Un élastomère est un polymère présentant des propriétés « élastiques », obtenues après réticulation.
Ci-dessous le rotor de l'hélicoptère Tigre.

Rotor flexible

Principe de fonctionnement

Il existe des rotors principaux à deux, trois, quatre pales voire plus, et de conceptions différentes selon les constructeurs pour transmettre les entrées cycliques et collectives au système de rotor principal, il est donc impossible de les étudier tous.
Le rotor bipale du Robinson R22 ou R44 servira de modèle.
Sur ce type d'hélicoptère le plateau cyclique est monté sur une boule monobloc. Cela permet au plateau cyclique entier de glisser vers le haut et vers le bas sur le mât du rotor (pour les entrées du collectif) et de s'incliner (pour les entrées du cyclique).
Le dessin ci-dessous montre comment les sollicitations du collectif affectent le plateau cyclique en le faisant glisser de haut en bas pour transmettre une variation du pas collectif.
À gauche le plateau cyclique à une position basse (écartement entre les deux petites flèches rouges).
À droite le plateau cyclique s'est déplacé vers le haut du mât (écartement entre les deux petites flèches rouges). Les biellettes du pas se sont déplacées vers le haut en même temps que le plateau cyclique. Puisque le plateau cyclique entier s'est déplacé vers le haut sans changer son inclinaison, les biellettes de pas se sont toutes déplacées vers le haut d'une certaine quantité, mais continuent à se déplacer vers le haut et vers le bas pendant la rotation en réponse à l'inclinaison du plateau cyclique.

Rotor  rigide

Le dessin ci-dessous montre comment les entrées cycliques affectent l'ensemble du plateau oscillant. À gauche le plateau cyclique est horizontal.
Tandis qu'à droite, il a été incliné. L'inclinaison force la biellette à se déplacer vers le haut lorsqu'elle se déplace vers le côté droit de l'image, et à se déplacer vers le bas lorsqu'elle se déplace vers le côté gauche de l'image. En se déplaçant vers le haut et vers le bas, l'inclinaison de la pale augmente et diminue.

Rotor  rigide

Pour finir voici une video de Karel Kinable de octobre 2008.


Source de cette page :
- Departamento de Aeronautica Facultad de Ingenieria Unniversidad Nacional de la Plata  
-   FAAA-H-8083-4


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