hélicoptère

Eurocopter AS350BA de la Fleet Air Arm de la Royal Australian Navy

Un hélicoptère ou des hélicoptères est un avion à décollage et atterrissage verticaux , la puissance du moteur vers un ou plusieurs rotors disposés presque horizontalement pour la portance et la propulsion est transmise. Ceux-ci fonctionnent comme des ailes tournantes ou des ailes. Les hélicoptères font ainsi partie des aéronefs à voilure tournante et sont de loin les représentants les plus importants de ce grand groupe d'aéronefs. "Aile rotative" est aussi la traduction analogue du mot hélicoptère, ou héli pour faire court , qui est composé du grec ancien ἕλιξ hélix ( Gen. ἕλικος hélikos ) " enroulement, spirale, vis " et πτερόν pterón " aile ". Les mots hélicoptère et hélicoptère sont synonymes. Familièrement, les hélicoptères deviennent de plus en plus populaires dans les pays germanophones (voir aussi les parents d'hélicoptères ). Officiellement, cependant, les deux mots sont utilisés en Suisse.

La définition du terme hélicoptère est variable. Au sens le plus large, les hélicoptères et les aéronefs à voilure tournante sont traités comme des synonymes. Cependant, les aéronefs à voilure tournante sans rotor principal motorisé, tels que les gyroscopes avec leurs propres rotors de propulsion , ne sont généralement pas comptés parmi les hélicoptères. Dans le cas des aéronefs qui combinent les propriétés de ces deux aéronefs, la classification aux hélicoptères est incohérente. Les hélicoptères qui ont également des ailes rigides sont appelés hélicoptères composites . Les avions convertibles ne comptent pas parmi les hélicoptères.

histoire

Le principe de la flottabilité hélicoïdale était déjà connu des anciens chinois, qui l'avaient déjà utilisé il y a 2500 ans dans le jouet « toupie volante ». Léonard de Vinci avait réalisé des croquis d' hélicoptère dans ses « Manuscrits de Paris » vers 1487-1490 , mais ce n'est qu'au XXe siècle que cette idée fut techniquement mise en œuvre. Pionniers du développement d'hélicoptères inclus Jakob Degen , Étienne Œhmichen , Raúl Pateras Pescara , Oszkár Asbóth , Juan de la Cierva , Engelbert Zaschka , Louis Charles Breguet , Alberto Santos Dumont , Henrich Focke , Anton Flettner et Igor Sikorski .

Débuts

Conception précoce d'une « vis de vol » par Léonard de Vinci
Hélicoptère expérimental d' Enrico Forlanini (1877), exposé au Museo nazionale della scienza e della tecnologia Leonardo da Vinci Milan
Raúl Pateras-Pescara vol d'essai d'un hélicoptère à l'aérodrome d' Issy-les-Moulineaux , Paris (1922)

Un jouet appelé "Chinese air top" était déjà connu en Europe au 14ème siècle et est toujours produit sous une forme modifiée aujourd'hui. C'était une structure en forme de rotor faite de plumes d'oiseaux surélevées, qui, lorsqu'elles étaient tournées, pouvaient s'élever verticalement dans les airs, comme un hélicoptère. Léonard de Vinci s'est occupé de l'hélicoptère au XVe siècle et a dessiné un avion qui devait recevoir un entraînement à la manière de la vis à eau d'Archimède. 1768, le mathématicien français Alexis Jean-Pierre Paucton a conçu le premier concept, Pterophore a appelé à un hélicoptère à propulsion humaine avec deux rotors de portance et de poussée distincts compétents. En 1783, le naturaliste français Christian de Launoy et son mécanicien Bienvenu construisirent une version coaxiale du gyroscope chinois. L'ingénieur britannique George Cayley a conçu une construction similaire .

Aux XVIIIe et XIXe siècles, il y avait une multitude d'idées pour les avions de type hélicoptère. Ainsi conçut Mikhail Lomonosov , un modèle réduit d'hélicoptère à rotors coaxiaux pour la recherche atmosphérique. Le maître horloger autrichien Jakob Degen a également expérimenté des modèles coaxiaux et utilisé un mécanisme d'horlogerie comme moteur. Vers 1825, l'Anglais David Mayer a construit un hélicoptère à propulsion musculaire, en 1828 l'Italien Vittorio Sarti a conçu un hélicoptère avec deux hélices tripales. L'Américain Robert Taylor acheva la construction du système de commande de pas collectif en 1842 et l'offrit au pionnier de l'aviation Sir George Cayley . Cela a adopté le concept Taylor pour un avion avec deux rotors coaxiaux montés latéralement et deux hélices pour la propulsion. Une machine à vapeur devait servir d'entraînement, mais elle s'est avérée trop lourde et a voué le projet à l'échec. En 1861, Gustave de Ponton d'Amecourt obtient un brevet pour un concept de rotor coaxial. Tous deux étaient évidemment conscients de la nécessité d'une compensation de couple, dont ils ont tenu compte en utilisant deux rotors principaux tournant dans des sens opposés. En 1869, l' ingénieur russe Alexander Nikolajewitsch Lodygin a soumis un concept d'hélicoptère à moteur électrique au ministère de la Guerre. Le modèle était déjà équipé d'un rotor principal et d'un rotor de queue. Vers 1870, Alphonse Pénaud a construit des hélicoptères coaxiaux avec des entraînements à élastique comme jouets pour enfants. L'un de ses petits avions aurait inspiré les frères Wright. En 1874, Fritz et Wilhelm von Achenbach ont esquissé un aéronef à voilure tournante avec un rotor principal et un rotor de queue (la configuration d'hélicoptère la plus courante aujourd'hui) qui était censé être propulsé par un moteur à vapeur. En 1877, l'Italien Enrico Forlanini construisit un petit hélicoptère sans pilote de 3,5 kg avec propulsion à vapeur et deux rotors coaxiaux tournant dans des directions opposées . Au cours de l'été de cette année-là, il a fait une démonstration de cet avion dans un parc public de Milan, volant pendant environ 20 secondes et 13 mètres de haut. Même Thomas Edison a construit en 1885 pour le compte de James Gordon Bennett Jr. un hélicoptère en raison de son poids élevé mais qui n'a pas décollé. Vers 1890, Wilhelm Kress construisit un avion à rotors coaxiaux et détermina la relation entre le diamètre du rotor, la puissance et la portance.

En 1901, le premier vol d'un hélicoptère d' Hermann Ganswindt a eu lieu à Berlin-Schöneberg . Comme il n'y avait toujours pas de moteurs suffisamment puissants, Ganswindt a utilisé un poids de chute, qui a également entraîné le rotor via une corde. L'hélicoptère n'a volé que quelques secondes, mais il a décollé avec deux personnes à bord. Il manque un film des frères Skladanowsky de l'événement. Comme Ganswindt avait attaché une barre de sécurité, il fut donc accusé d'escroquerie en 1902 et placé en garde à vue pendant huit semaines. La même année, un hélicoptère conçu par Ján Bahýľ a également atteint une altitude de 50 cm.

Le 13 novembre 1907, Paul Cornu soulève son vélo volant de 260 kg pendant 20 secondes, à 30 cm à la verticale du sol. Il utilisait des rotors tandem propulsés par un moteur V8 de 24 ch. Ce fut le premier vol vertical habité libre documenté, bien que le vol soit mis en doute en raison de la faible puissance du moteur. Cette année-là, les frères Louis Charles et Jacques Bréguet, en collaboration avec le professeur Charles Richet, construisent également l'autogire n°1 à quatre rotors contrarotatifs, un moteur essence de 45 CV et une masse au décollage de 580 kg, qui, cependant, ne pouvait voler que verticalement vers le haut.

En 1909, avec le soutien du ministère russe de la Guerre , Vladimir Valerianovich von Tatarinoff a construit l' aéromobile Tatarinow , qui avait la forme d'une voiture avec une hélice avant et quatre hélices de levage montées au-dessus du véhicule. La construction peu prometteuse a été détruite par le concepteur après les critiques du public.

À partir de 1910, Boris Nikolajewitsch Jurjew a résolu quelques problèmes de base théoriques et constructifs de la stabilité et de l'entraînement et a développé le plateau oscillant .

En 1913, l'ingénieur de Dresde Otto Baumgärtel a conçu un avion à décollage vertical qui pouvait avancer sans hélice spéciale en déplaçant le centre de gravité.

En 1916, le Danois Jacob Christian Hansen Ellehammer a construit un hélicoptère avec des rotors coaxiaux et une hélice d'étrave, un moteur radial 6 cylindres auto-construit de 36 ch et la première utilisation du réglage collectif et cyclique des pales. L'italien Gaetano Arturo Crocco proposa cette technique en 1906. Ellehammer est ainsi l'inventeur de la commande de rotor commune d'aujourd'hui. Après le crash et la destruction de la machine, il abandonne le développement. Les frères Rüb à Stuttgart ont construit un autre rotor coaxial en 1917, qui, cependant, n'a pas pu décoller en raison d'un manque de puissance d'entraînement.

Vers la fin de la Première Guerre mondiale , les concepteurs Stephan Petróczy von Petrócz , Theodore von Kármán et Wilhelm Zurovec ont effectué avec succès des essais en vol pour le compte de l' armée austro-hongroise avec les avions à vis PKZ-1 et PKZ-2 portant leur nom. . De tels aéronefs à ascension verticale étaient destinés à remplacer les ballons captifs qui servaient jusqu'alors à l'observation ennemie. Le PKZ-2 à rotor coaxial et trois moteurs d'une puissance de 120 CV chacun atteint une altitude d'environ 50 m, ce qui était un record à l'époque. Lors d'un vol de démonstration à Fischamend le 10 juin 1918 , l'appareil s'écrase. La fin de la guerre a empêché le développement ultérieur.

Entre 1919 et 1922, Henry A. Berliner a conçu des hélicoptères aux États-Unis avec des rotors coaxiaux et côte à côte. Avec les deux, il a entrepris des vols en vol stationnaire à court terme.

Le 11 novembre 1922, Étienne Œhmichen apporte son Œhmichen No. 2 dans les airs, le premier décollage vertical avec un homme documenté et fiable, un quadricoptère.

Lors de la mise au point de son Autogiro en 1923 , Juan de la Cierva ( Espagne ) propose des solutions essentielles pour stabiliser le rotor d'un aéronef à voilure tournante. B. les articulations battantes . Ce concept a été breveté dans le brevet du Reich allemand n° 249702 de 1912 par Max Bartha et Josef Madzsar en relation avec la commande d'inclinaison de la tête pour un rotor coaxial. La même année, le plus grand hélicoptère du monde de l'époque, développé par George de Bothezat , vola aux États-Unis avec quatre rotors sur flèche et deux rotors de contrôle supplémentaires plus petits. Il avait une masse au décollage de 1600 kg et était propulsé par un moteur de 220 ch.

Le 18 Avril 1924, de l' amélioration Raúl Pateras Pescara développé Pescara No. 3 a doublé le record du monde d'avion à rotor établi par Œhmichen quatre jours plus tôt et a utilisé pour la première fois le réglage cyclique des pales pour utiliser le rotor principal pour la propulsion. L'hélicoptère Œhmichens avait quatre rotors principaux réglables, cinq hélices pour la stabilisation, deux hélices pour la propulsion, une hélice pour la direction et un moteur Gnôme de 180 CV comme entraînement. Malgré les deux premiers "records du monde" officiellement reconnus pour les hélicoptères, ces machines compliquées étaient une impasse technique.

En Allemagne, l'ingénieur en chef Engelbert Zaschka a développé un autogire et un hélicoptère combinés en 1927. Dans le développement de Zaschka, contrairement aux gyroscopes et hélicoptères connus jusqu'alors, les rotors de l' avion rotatif Zaschka étaient inévitablement reliés à une masse en rotation avec un volant d'inertie agissant par deux gyroscopes . Le modèle d'hélicoptère avait donc un contrôle d'équilibre au moyen d'une masse en rotation ( énergie cinétique ). Cette disposition a permis un vol plané vertical en toute sécurité avec le moteur éteint .

À partir de 1925, Holländer AG von Baumhauer a essayé de mettre en œuvre l'arrangement de rotor qui est courant aujourd'hui, avec un rotor principal et un rotor de queue chacun. Son hélicoptère avait un rotor principal d'environ 15 m de diamètre, qui était propulsé par un moteur de 200 ch. Il a utilisé un moteur séparé de 80 ch pour entraîner le rotor de queue. Le premier vol a eu lieu en 1930, mais le développement a été arrêté après la rupture d'une pale du rotor principal. La même année, le Belge Nicholas Florine et l'Italien Corradino D'Ascanio testent avec succès leurs hélicoptères. La machine de Nicholas Florine avait un arrangement de rotor en tandem avec deux rotors à quatre pales de 7,2 m de diamètre et pesait environ 950 kg. Il était propulsé par un moteur Hispano Suiza de 220 ch et permettait des vols en stationnaire jusqu'à dix minutes. L'hélicoptère conçu par D'Ascanio avec des rotors coaxiaux et trois hélices auxiliaires réglables a volé jusqu'à 1078 m, a atteint une altitude de 18 m et un temps de vol de neuf minutes. Toujours en 1930, Raoul Hafner a construit un hélicoptère avec Bruno Nagler en Autriche . Bien que cela ait même eu un plateau oscillant, des problèmes de contrôle ont conduit à l'avortement des tests.

Entre 1930 et 1935, Oszkár Asbóth en Hongrie et Walter Rieseler en Allemagne ont expérimenté des hélicoptères à rotors coaxiaux, dans lesquels la contrôlabilité avec les unités de queue dans le courant descendant du rotor devrait être améliorée.

En 1932, sous la direction de Boris Nikolajewitsch Jurjew, le ZAGI 1-EA a été développé en Union soviétique avec un rotor principal et deux rotors de commande chacun à la proue et à la poupe. Celui-ci avait une masse au décollage de 1200 kg et deux moteurs de 120 ch chacun.

Le reste du 20e siècle

Au début des années 30, Louis Charles Breguet et René Dorand construisent le premier hélicoptère à voler de manière stable pendant longtemps avec le Gyroplane Laboratoire . Il avait des rotors coaxiaux et à partir de juin 1935, il détenait tous les records internationaux pour les hélicoptères.

Le Focke-Wulf Fw 61 , qui utilisait deux rotors disposés sur le côté, a battu plusieurs records du monde d'hélicoptères lors de son vol inaugural en juin 1936. C'était aussi le premier hélicoptère à effectuer un atterrissage en autorotation .

Aux États-Unis, le Sikorsky VS-300 , qui a décollé pour la première fois en 1939, a été le premier hélicoptère pratiquement utilisable. Ce prototype est devenu le modèle du Sikorsky R-4 , qui a été produit en série à partir de 1942 .

En 1941, le Focke-Achgelis Fa 223 allemand fut le premier hélicoptère à être construit en série, également avec deux rotors disposés sur le côté. Cela a été suivi en 1943 par le Flettner Fl 282 , également avec un double rotor, et en 1944 par le Sikorsky R-4 "Hoverfly" aux États-Unis, qui, comme son prédécesseur, le Sikorsky VS-300, utilisait un seul rotor ensemble avec un rotor de queue .

En 1943, le Doblhoff WNF 342, le premier hélicoptère expérimental à utiliser un entraînement de pointe de pale chaude, a volé . Le PV-1, également conçu par Frank Piasecki et Harold Venzie en 1943, avait une conception sans rotor de queue, similaire à la technologie NOTAR d'aujourd'hui . Cependant, les travaux sur celui-ci ont rapidement été abandonnés au profit d'une conception de rotor de queue.

Le 8 mars 1946, une construction du Got Arthur M. Young remonte le Bell 47 de la Bell Aircraft Corporation , un hélicoptère léger bicylindre ou dreisitziger, le premier hélicoptère civil à homologation de vol aux États-Unis. Ses variantes étaient présentes dans le monde entier jusque dans les années 1980 et au-delà.

Du côté soviétique, le Mil Mi-1 développé par Michail Mil fut le premier hélicoptère produit en série, dont le prototype GM-1 vola pour la première fois en septembre 1948.

En 1955, la société française Sud Aviation équipe son hélicoptère Alouette II d'une turbine à arbre Turbomeca Artouste de 250 kW et construit ainsi le premier hélicoptère équipé d'un entraînement par turbine à gaz , aujourd'hui utilisé par la quasi-totalité des constructeurs commerciaux. Seuls Robinson Helicopters ( Robinson R22 et Robinson R44 ), Brantly ( Brantly B-2 ou Brantly 305 ) et Sikorsky ( Schweizer 300C ) fabriquent encore des hélicoptères à moteurs à pistons.

La famille d'hélicoptères la plus construite à ce jour, le Bell 204 - connu sous le nom de Bell UH-1 en termes militaires - a décollé le 22 octobre 1956 lors de son vol inaugural .

Le MBB BO 105 allemand a été fondé en 1967 en tant que premier hélicoptère avec une tête de rotor sans charnière avec GRP - des pales de rotor pour la première fois dans le Ka-26 Kamov avaient été utilisées, équipées. L' Eurocopter EC 135 en tant que successeur actuel utilise une forme plus développée, la tête de rotor sans joint et sans roulement. Là, les roulements pour le réglage de l'angle de la lame ont été remplacés par un élément de contrôle de torsion en plastique renforcé de fibre de verre avec un sac de contrôle.

En 1968, le Mil Mi-12 soviétique , le plus gros hélicoptère jamais construit, décolle. Il a des rotors disposés les uns à côté des autres, une masse maximale au décollage de 105 t avec une charge utile maximale de 40 t et 196 sièges passagers. Après trois prototypes qui ont établi de nombreux records, la production a été arrêtée.

En 1975, le Robinson R22 léger et peu coûteux, qui a été construit en production à grande échelle à partir de 1979, a effectué son premier vol.

En 1977 a eu lieu le premier vol du plus grand hélicoptère produit en série, le Mil Mi-26 , qui est toujours en production et utilisé aujourd'hui.

A partir de 1980, le Kamow Ka-50 "Hokum" fut le premier hélicoptère à être développé équipé d'un siège éjectable . Avec son développement ultérieur, le Kamow Ka-52 Alligator , c'est le seul hélicoptère à avoir été équipé à ce jour d'un siège éjectable. Les pales du rotor sont automatiquement soufflées lorsque le siège éjectable est activé.

À partir de 1983, le Boeing-Sikorsky RAH-66 Comanche était un hélicoptère de combat doté d' une technologie furtive , mais sa production a été arrêtée peu de temps avant qu'il ne soit prêt à être utilisé en 2004 en raison de l'escalade des coûts.

En 1984, le Sikorsky X-wing vola pour la première fois , dont le rotor est arrêté et verrouillé pendant le vol vers l'avant et sert alors d' aile supplémentaire . Comme pour les autres concepts VTOL , il est destiné à obtenir de meilleures performances de vol par rapport aux avions à voilure tournante purs. Cependant, il est resté avec un prototype .

En 1989, avec Da Vinci III, un hélicoptère de puissance musclée décolle pour la première fois du sol pour quelques secondes - jusqu'à 20 cm de haut, avec une manivelle à pédale et un seul rotor, en Californie.

21e siècle

En août 2008, le Sikorsky X2 a démontré lors de son vol inaugural l'adéquation du rotor coaxial, qui a été optimisé à l'aide des dernières méthodes, en combinaison avec une hélice propulsive - le principe des autogires antérieurs . Deux ans plus tard, il atteignait l'objectif de développement avec une vitesse réelle de 250  nœuds (463 km/h) et dépassait le précédent record de vitesse de 15 %. D'autres fabricants ont également essayé de nouveaux modèles à grande vitesse similaires, tels que Eurocopter le et Kamow le Ka-92 .

En octobre 2011, le Volocopter a été le premier vol habité au monde avec un hélicoptère à propulsion purement électrique.

En 2011/2012/2013, différentes équipes aux États-Unis ont amélioré les performances en salle avec 3 prototypes (Gamera (I), Gamera II et AeroVelo Atlas) de quadricoptères de puissance musculaire pour une personne. Plus récemment, l'Atlas a réalisé un temps de vol de 64 secondes, une altitude maximale de 3,3 m et une dérive de moins de 10 m, remportant ainsi le prix Sikorsky.

fonction

Les pales rotatives du rotor génèrent une portance dynamique à partir de l'air entrant . Comme pour les ailes rigides d' un avion, il s'agit, entre autres, en fonction de leur profil , de l' angle d'attaque et de la vitesse d'entrée (non constante sur la longueur de la pale) de l'air, voir rotor principal .

Lorsqu'un hélicoptère avance, la vitesse d'approche change car la vitesse orbitale et la vitesse anémométrique de la pale qui avance s'additionnent. Lorsque la feuille revient, ils soustraient, voir aussi le croquis ci-dessous .

En raison de l' aérodynamisme des pales du rotor, des forces asymétriques se produisent pendant le vol sur les pales se déplaçant vers l'avant et vers l'arrière, qui dans les modèles plus anciens devaient être absorbées par des articulations battantes et pivotantes sur la pièce jointe, la tête de rotor. Les conceptions plus récentes se passent de ces joints. Dans ces nouveaux modèles, la tête et les pales du rotor sont constituées d'un composé de matériaux d'élasticité différente ( élastomères ainsi que métaux à haute résistance et légers tels que le titane ), qui peuvent faire face aux forces dynamiques, qui changent constamment de taille et direction, sans endommager les composants. Une telle tête de rotor sans charnière a été réalisée pour la première fois sur le Bölkow Bo 105 avec des pales en plastique renforcé de fibres de verre et une tête de rotor solide en titane en combinaison avec des élastomères. Dans le cas de l' Eurocopter EC 135 , cela a été développé en une tête de rotor sans roulement , qui s'est imposée dans la plupart des modèles.

Réglage de la lame

Le réglage cyclique (également périodique en rotation ) des pales - communément appelé aussi contrôle des pales - est utilisé pour contrôler le mouvement horizontal de l'hélicoptère, ce qui nécessite une inclinaison du plan du rotor principal. Pour initier ou terminer un vol avant, arrière ou latéral, les angles de calage des pales sont modifiés (cycliquement) pendant la rotation du rotor . Cela conduit à un mouvement de battement cyclique des pales, de sorte que leurs pointes de pale tournent sur un plan incliné dans la direction prévue. La flottabilité reste constante sur toute l'orbite. En conséquence, la poussée du rotor qui porte l'hélicoptère et le propulse vers l'avant est perpendiculaire au plan des extrémités des pales. La force qui s'élève verticalement en vol stationnaire reçoit maintenant une poussée propulsive vers l'avant en raison de cette inclinaison . En raison de la résistance du fuselage, l'ensemble de l'hélicoptère et donc son arbre de rotor s'inclinent également dans le sens du vol.

Si le centre de gravité de l'hélicoptère (avec une charge appropriée) se trouve dans le prolongement de l'arbre du rotor, la poussée passe par le centre de gravité à chaque trajet régulier. Le plan de la pointe de la pale est alors perpendiculaire à l'arbre du rotor et les mouvements de battement n'ont pas lieu. Ils ne sont disponibles que lorsque le centre de gravité est différent ou lorsque la vitesse doit être modifiée.

Avec le pas collectif ( pas ) du pilote change l' angle d'incidence de toutes les pales de manière uniforme, entraînant la montée ou la chute de l'hélicoptère. Des constructions simples, par exemple avec divers entraînements électriques dans des modèles réduits d'hélicoptères , remplacent cette commande en modifiant la vitesse. L'inconvénient ici est le temps de réaction plus long dû à l' inertie du rotor principal.

Les pales du rotor sont généralement commandées par un plateau oscillant . La partie fixe inférieure est déplacée vers le haut ou vers le bas par le pilote à l'aide du levier de réglage « collectif ». Avec le joystick "cyclique", il peut être incliné dans n'importe quelle direction. La partie supérieure du plateau oscillant (qui tourne avec le rotor) transmet l'angle de réglage souhaité aux pales du rotor via des pare-chocs et des leviers au pied des pales.

Variantes de rotor et compensation du moment de lacet

Une distinction est faite entre les systèmes à rotor unique, les rotors doubles , les rotors triples et les machines à quatre ( quadrocopter ) ou plus rotors. À l'exception de l' entraînement en bout de pale , les rotors sont toujours entraînés par un moteur dans le fuselage. Cela crée un contre- couple (moment de lacet) sur l'axe du rotor , qui ferait tourner le fuselage dans le sens opposé dans le cas d'un seul rotor. Différentes constructions sont utilisées pour compenser cela :

Système à rotor unique
Génération d'une contre- poussée latérale par un rotor de queue , également encapsulé comme une hélice carénée dans le Fenestron , ou par des tuyères de poussée dans le système de rotor NO-TAil (NOTAR)
Systèmes à double rotor
Deux rotors principaux tournant dans des sens opposés, dont les moments de lacet s'équilibrent - en étant disposés l'un au-dessus de l'autre sur le même axe ( rotor coaxial ), l'un derrière l'autre ( configuration tandem ) ou l'un à côté de l'autre ( transversal ). Une autre variante est constituée par les rotors imbriqués avec des axes de rotation mutuellement inclinés et rapprochés dans le double rotor Flettner . Avec le Sikorsky X2 , la conception coaxiale permet également des vitesses plus élevées en combinaison avec une hélice propulsive, comme cela a été utilisé pour la première fois en 1947 sur le Fairey Gyrodyne .
Systèmes à triple rotor
Rarement ( Cierva W.11 ), dans la planification ( Mil Mi-32 ) ou dans le modélisme ( Tribelle, Tricopter ) sont apparus des triples rotors dans lesquels le couple est compensé en inclinant légèrement les axes verticaux du rotor ou en faisant pivoter l'un des rotors.
Quadro et multicoptère
Le quadricoptère utilise quatre rotors dans un seul plan et permet de contrôler les trois axes grâce à un réglage lié du pas ou de la vitesse. Une disposition carrée est courante, le sens de rotation inverse des rotors voisins est nécessaire. Sur la base de cette technologie, des échantillons avec six, huit, douze ou plus (par exemple Volocopter avec 16 ou 18) rotors sont utilisés.
Entraînement de la pointe de la lame
Avec l' entraînement en bout de pale , le rotor est entraîné par le recul d' une hélice ou d'un jet de gaz, de sorte qu'aucun contre-couple n'agit sur le fuselage.

Un système à deux rotors est techniquement la construction la plus efficace, puisque tous les rotors sont utilisés pour la portance et la propulsion, tandis que le rotor de queue coûte environ 15 % de la puissance totale en vol stationnaire. Dans la pratique, cependant, le système monorotor avec un rotor de queue a largement prévalu. En termes économiques, les coûts de construction et de maintenance inférieurs avec une seule tête de rotor et une seule boîte de vitesses ont chacun un impact , car ce sont les deux composants les plus complexes et les plus sensibles d'un hélicoptère.

Les rotors de queue sont disponibles dans des versions de deux à cinq pales. Afin de réduire le bruit , des rotors à quatre pales en forme de X sont utilisés. Une variante particulièrement silencieuse est le Fenestron , une hélice chemisée dans la poutre de queue avec jusqu'à 18 pales.

Le rotor de queue est généralement entraîné à partir de la boîte de vitesses principale via des arbres et des engrenages de renvoi , de sorte que sa vitesse est toujours proportionnelle à celle du rotor principal. La poussée de braquage autour de l' axe de lacet est régulée par le pilote à l'aide des pédales via l' angle de calage des pales du rotor de queue, analogue au réglage collectif du rotor principal.

Pendant la croisière, le rotor de queue est soulagé dans de nombreuses conceptions par le fait qu'un stabilisateur vertical compense largement le moment de lacet. Ceci est généralement réalisé au moyen d'embouts sur la surface d'amortissement horizontale, qui sont inclinés par rapport à l'axe longitudinal du fuselage, et dans le cas d'une seule aile, généralement également par un profil asymétrique.

Direction d'urgence et autorotation

En cas de panne de l'entraînement, les hélicoptères peuvent atterrir en bon état. Pour ce faire, le pilote doit entamer une descente abrupte , le rotor libre étant maintenu en rotation ou accéléré autant que possible par l'air entrant de bas en haut, afin de maintenir ou d'augmenter le moment cinétique . L' autorotation qui en résulte , comme dans un autogire, fournit la portance qui limite le taux de descente et soutient l'hélicoptère lorsqu'il est maintenu en position verticale. Une compensation du moment de lacet n'est pas nécessaire, car seul le petit moment du frottement des roulements (dans la tête du rotor principal, la boîte de vitesses et l'entraînement) devrait être compensé, mais cela ne conduit pas à une augmentation critique du taux de lacet jusqu'à l'atterrissage. Un tel atterrissage est donc également possible si le rotor de queue tombe en panne, par ex. B. en cas de rupture de l'arbre d'entraînement du rotor de queue, du renvoi d'angle au rotor de queue ou même de toute la poutre de queue. Atteindre un endroit approprié pour cet atterrissage d'urgence, cependant, est plus critique.

Peu avant d'atteindre le fond, l' incidence collective ( angle d'attaque ) est augmentée de légèrement négative à positive afin d'augmenter significativement la portance. Cela ralentit le naufrage dans le but d'un toucher plus ou moins doux qui est sans danger pour la technologie et l'équipage, et la rotation du rotor est réduite. Le moment cinétique du rotor diminue et son énergie est consommée, il n'y a donc qu'une seule tentative de cette manœuvre délicate. La perte de contrôle autour de l'axe vertical et la nécessité de frapper au bon moment rendent cependant toujours cette manœuvre risquée.

Une hauteur minimale au-dessus du sol est requise pour l'atterrissage d'urgence, car si l'entraînement principal tombe en panne, l'affaissement est inévitable et il faut également du temps pour passer à la nouvelle position de vol .

L'atterrissage d'urgence avec autorotation doit être pratiqué régulièrement par les pilotes.

pilotage

Cockpit d'un AS 332 L1 "Super Puma" de la Police Fédérale Allemande
Cockpit de Sud Aviation SE.3130 Alouette II ZU-ALO en Afrique du Sud . Vous pouvez voir les pédales pour la direction gauche-droite

Un hélicoptère n'est pas un avion intrinsèquement stable - il a toujours tendance, surtout en vol stationnaire et en vol lent, à quitter son assiette et à pousser, s'incliner ou tourner dans un sens ou dans l'autre. C'est entre autres basé sur le fait que le point neutre est au - dessus du tronc et donc au-dessus du centre de gravité . Le pilote doit intercepter ces mouvements au moyen d'entrées de commande continues et opposées. À une vitesse de vol supérieure à environ 100 km/h, un hélicoptère se comporte de la même manière qu'un hydroptère et est donc facile à contrôler. L'atterrissage comporte des dangers particuliers , car si le moteur tombe en panne à trop basse altitude, il n'y a pas assez de réserves pour passer en autorotation. Lors du contact avec le sol, une résonance dite au sol peut se produire, ce qui peut très rapidement conduire à la destruction de l'hélicoptère.

Contrairement à un avion à voilure fixe, le pilote d'hélicoptère est généralement assis sur le côté droit. Il a besoin des mains et des pieds pour le contrôler :

  • De la main gauche il commande via un levier, le pas collectif ( pas anglais ). Le plateau oscillant est poussé vers le haut ou vers le bas sur l'axe du rotor et l'angle d'attaque de toutes les pales du rotor principal est modifié dans la même mesure et la portance du rotor est augmentée ou diminuée. Cela fait monter ou descendre l'hélicoptère. Afin d'éviter que la vitesse du rotor ne chute en raison de l'augmentation résultante de la résistance de l'air lorsque l'angle d'attaque des pales du rotor principal est augmenté, ce levier est également utilisé pour augmenter la puissance du moteur ou de la turbine. Cela se fait soit manuellement avec une poignée tournante sur le levier, soit automatiquement. En modifiant la puissance du moteur ou de la turbine, le couple généré est également modifié, ce qui rend nécessaire des contre-mesures via le rotor de queue.
  • Le pilote contrôle le réglage des pales cycliques avec la main droite à l'aide du manche de commande (sur la photo au dessus du manche en S au milieu devant le siège du pilote) . Cela incline le plateau cyclique et modifie le plan du rotor en conséquence, initiant ainsi le mouvement de l'hélicoptère autour de l'axe longitudinal (roulement à gauche ou à droite) et transversal (tangage vers l'avant ou vers l'arrière). Les commandes de contrôle données à la tête de rotor avec le manche de commande via le plateau cyclique permettent également des combinaisons de mouvements de tangage et de roulis.
  • Sur le plancher du cockpit se trouvent deux pédales avec lesquelles l'angle d'attaque du rotor de queue et donc le mouvement de l'hélicoptère autour de l' axe de lacet (axe vertical), c'est-à-dire la rotation à droite ou à gauche, est contrôlé.

Performances de vol

Superposition de vitesse sur la feuille avant et arrière

En principe, les hélicoptères ne parviennent pas ( en avant) les performances de vol de voilure fixe avion : La vitesse maximale est généralement comprise entre 200 et 300 km / h des hélicoptères de combat atteignent plus de 360 km / h. Le record de vitesse est de 472 km/h et a été atteint le 7 juin 2013 avec un Eurocopter X³.

La vitesse maximale est limitée par l' aérodynamisme des pales du rotor : la pale qui avance a une vitesse plus élevée que celle qui recule par rapport à l'air entrant par l'avant. Si la pale de tête s'approche de la vitesse du son dans la zone extérieure , il y a une diminution de la portance, une forte augmentation de la résistance et une grande contrainte sur la pale en raison des moments de torsion . Cela se manifeste par de fortes vibrations, rendant difficile le contrôle de l'hélicoptère par le pilote.

Pour un diamètre de rotor typique de 10 m, cela signifie que le rotor ne peut pas effectuer plus d'environ 11 tours par seconde (soit 660 tours par minute) sans la vitesse du son dans les zones extérieures des pales du rotor (environ 343 m /s à 20°C) est dépassée. Les vitesses typiques du rotor en fonctionnement sont donc bien inférieures à cette valeur.

Or, la vitesse d'un hélicoptère est souvent limitée par la pale de rotor rétractable : ici la combinaison d'un angle d'attaque élevé (réglage cyclique, voir ci-dessus) et d'une faible vitesse d'écoulement conduit à un décrochage et donc à une perte de portance. Lorsqu'ils atteignent la vitesse critique, de nombreux hélicoptères basculent donc du côté où les pales du rotor tournent vers l'arrière avant que les pales tournant vers l'avant n'atteignent la plage supersonique.

La hauteur du sommet est également limitée et se situe généralement autour de 5 000 mètres, avec des modèles individuels atteignant jusqu'à 9 000 mètres. Le record d'altitude FAI de 12 442 m a été établi en juin 1972 par Jean Boulet avec un Aérospatiale SA-315 . Il n'a été surenchéri (12 954 m) qu'en mars 2002 par le vol de Fred North à bord d'un Eurocopter AS 350 (12 954 m), qui n'a pourtant pas encore été reconnu comme record officiel par la FAI (2012).

La consommation de carburant d' un hélicoptère est généralement nettement supérieure à celle d'un hydroptère avec la même charge utile par rapport à la route de vol.

Un avantage de l'hélicoptère, en revanche, est la possibilité de rester en l'air ( vol stationnaire , aussi appelé stationnaire ), de voler en arrière ou de côté, et de tourner autour de l'axe vertical ( axe de lacet ) en vol lent . Il peut aussi décoller et atterrir à la verticale (VTOL) et n'a donc pas besoin de piste . S'il n'y a pas d' héliport régulier disponible, un espace plat et dégagé avec un diamètre suffisant est suffisant.

Dossiers (sélection)

Taper enregistrer Type d'hélicoptère pilote Date emplacement
Vitesse horizontale 472,3 km/h Eurocopter X 3 Hervé Jammayrac 07 juin 2013 Istres (FRA)
Hauteur d'escalade la plus élevée 12 954 m Eurocopter AS 350 Frédéric Nord 25 mars 2002 Le Cap (ZAF)
Altitude de départ la plus élevée 8 848 mètres Eurocopter AS 350 Didier Delsalle 14 mai 2005 Mont Everest (NPL)
Vol le plus long sans atterrissage 3 561,55 km Hugues OH-6 Robert G. Ferry 06 avril 1966 Culver City , Californie - Ormond Beach , Floride (États-Unis)

La NASA prévoit un petit hélicoptère de 1,8 kg pour voler dans l'atmosphère martienne en 2021. La densité de l'atmosphère martienne ressemble déjà à la faible densité de l'atmosphère terrestre à 30 500 m d'altitude lorsqu'elle décolle de la surface martienne. Cependant, l'accélération due à la gravité sur Mars (3,71 m/s²) n'est que d'environ un tiers de celle sur Terre (9,81 m/s²).

utilisation

L'exploitation d'un hélicoptère moderne est nettement plus coûteuse que celle d'un avion à voilure fixe avec une charge utile comparable. Néanmoins, en raison de sa capacité à atterrir, décoller et survoler un terrain non préparé, il existe un certain nombre de domaines d'application supplémentaires, distinguables entre civils et militaires.

Usage civil

French Aérospatiale SA-315 Lama comme hélicoptère-caméra

L'utilisation la plus courante en Europe centrale , mesurée en termes d'heures de vol, est de loin le vol de travail. Il s'agit notamment de la surveillance des lignes de transport d'électricité, de gaz et de pétrole, les vols en foresterie et en agriculture (vols agricoles , tels que l'application de pesticides ou d'engrais), les vols de charges externes, les vols d'enquête, les vols d'images, la lutte contre les incendies de forêt, etc. ligne de plomb pour tirer un téléphérique, des lignes aériennes ou des ponts de singe peuvent également être réalisés avec un modèle d'hélicoptère. Une épée avec huit grandes lames de scie circulaire est utilisée pour couper la croissance des arbres sur les lignes aériennes. Un hélicoptère militaire a été utilisé par downdraft (downwash) pour souffler de la neige extrêmement lourde recouvrant les branches pouvant entraîner la fracture des arbres le long d'une voie ferrée bloquée.

Un autre domaine d'application important est le sauvetage aérien par hélicoptère de sauvetage , pour lequel il existe plus de 70 bases rien qu'en Allemagne. D' autres spécialisations sont le transport de soins intensifs hélicoptères , des hélicoptères de sauvetage de grande capacité , médecin d'urgence des hélicoptères et des services de secours en montagne . Les hélicoptères sont également devenus un facteur de soutien important pour la police de , par exemple lors de la recherche des personnes disparues, la lutte contre la criminalité ou lutte contre les incendies à l' aide extérieure conteneurs anti-incendie .

Les hélicoptères de transport sont utilisés pour le transport civil de passagers , par exemple sur les plates - formes pétrolières , où ils représentent un élément important de la logistique. Une autre application est le transport de marchandises, lorsque les marchandises doivent être amenées rapidement et directement à un endroit spécifique. En haute montagne , le transport des matériaux de construction et des composants est souvent important pour la construction et l'approvisionnement des installations alpines en raison du manque de voies terrestres adaptées. Il en va de même pour les travaux de montage dans des endroits inaccessibles ; parfois, des hélicoptères y sont également utilisés comme grues de construction . Les refuges alpins inaccessibles aux véhicules et qui étaient approvisionnés en bêtes de somme jusque dans les années 1970 ou en porteurs pour les voies d'accès plus difficiles sont aujourd'hui principalement ravitaillés en vivres et évacués par hélicoptère. Dans les vignobles escarpés et non mécanisables , les produits phytosanitaires sont parfois pulvérisés par hélicoptère. Dans le secteur du tourisme, des vols touristiques et de l' héliski sont proposés. Une autre utilisation des hélicoptères est la voltige , dans laquelle la haute résilience des concepts d'hélicoptères modernes, en particulier les rotors et leurs commandes, est démontrée.

729 hélicoptères sont immatriculés en Allemagne (fin 2017). Ils ont la classe d'immatriculation H, c'est -à- dire qu'ils ont un numéro d'immatriculation d' aéronef sous la forme D-Hxxx.

Utilisation militaire

Hélicoptère d' attaque AH-64D Apache Longbow avec unité radar au-dessus du rotor

En plus de l'utilisation prédominante comme hélicoptère de transport pour le transport de troupes, il existe d'autres applications militaires typiques

Autre utilisation

Le 23 septembre 2009, lors du braquage d'hélicoptère à Västberga en Suède, un hélicoptère a été utilisé pour braquer un dépôt d'argent. Les malfaiteurs ont atterri avec cela sur le toit de l'immeuble, ont pénétré par une lucarne et se sont échappés avec l'équivalent d'environ 4,1 millions d'euros.

Licences de pilote

Le pilotage d'un hélicoptère nécessite des connaissances et des compétences particulières, dont certaines sont très différentes de celles requises pour les avions.

Il existe quatre types de licences de pilote en Allemagne :

Les accidents

Lors d'un exercice dans les montagnes d'Albanie, des hélicoptères de combat du type Hughes AH-64 Apache se sont écrasés (1999)

Par rapport aux hydroptères, les hélicoptères ont un taux d'accidents nettement plus élevé : entre 1980 et 1998, le Federal Bureau of Aircraft Accident Investigation (BFU) a enregistré 54 accidents par million de départs avec des hélicoptères avec six morts, avec des hydroptères seulement dix accidents avec 1,6 morts. Les causes d'accidents sont proportionnellement à plus de 80 % d'erreurs humaines.

D'un point de vue technique, les hélicoptères ne sont pas plus dangereux que les hydroptères et sont conçus et approuvés selon les mêmes exigences de fiabilité. Le risque plus élevé d'accidents s'explique davantage par les conditions d'exploitation : les services de secours et les militaires ne peuvent pas déterminer un emplacement à l'avance, les obstacles tels que les antennes ou les lignes électriques sont alors en partie inconnus du pilote. Les opérations en haute montagne, telles que le transport de charges et le sauvetage en montagne, peuvent à leur tour amener l'entraînement à la limite de ses performances en raison de la densité de l'air plus faible et des courants descendants. En cas d'échec, les conditions d' atterrissage en autorotation sont souvent mauvaises.

Des coupe-cordes en option au-dessus et au-dessous de la cabine peuvent couper les cordes dans certaines situations pour éviter les accidents. Les câbles pour lignes électriques, haubans de mâts et téléphériques ne sont que partiellement marqués et représentés sur des cartes détaillées de 50 000 mètres et représentent un danger particulier lors des vols à basse altitude.

Article sur la technologie

De plus amples détails sur la construction et la technologie des hélicoptères peuvent être trouvés dans ces articles :

Variantes de la conception pour la compensation de couple
Configuration du rotor de queue - hélicoptère avec rotors latéraux - configuration tandem - rotor coaxial - double rotor Flettner - entraînement en bout de pale
Conceptions d'avions connexes
Autogire - Avion - Aéronefs convertibles - décollage vertical - VTOL
rotor
Rotor principal - tête de rotor - plateau oscillant - joint de battement - joint tournant
Flotter
Dispositif d'atterrissage
Moteur d'hélicoptère
Modèle réduit d'hélicoptère

Principaux fabricants

L'Europe :

Amérique du Sud:

Asie:

Afrique:

Amérique du Nord:

Voir également

Littérature

En ordre chronologique:

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Film

  • Himmelsreiter - L'histoire de l'hélicoptère. Documentation, Allemagne, 2006, 52 min., Réalisateurs : Mario Göhring, Peter Bardehle, production : NDR , Arte , première diffusion : 19 avril 2006
  • Les machines volantes du professeur Oehmichen. Documentaire, France, 2009, 52 min., Réalisateur : Stéphane Begoin ; Production : arte F , première diffusion : 20 juin 2009, table des matières ( souvenir du 1er juillet 2009 dans Internet Archive ) par arte
  • History of Helicopters - Helicopter Invention Documentary Film youtube.com, Vidéo 44:21, History TV Channel, 9 mars 2015, consulté le 13 octobre 2017. - Des jouets en Chine, de la technologie pour les vols habités et du premier hélicoptère sans pilote. Avec Sergueï Sikorsky.

liens web

Wiktionnaire : Hélicoptère  - explications de sens, origines des mots, synonymes, traductions
Wiktionnaire : Hélicoptère  - explications de sens, origines des mots, synonymes, traductions
Commons : Hélicoptère  - Collection de photos, vidéos et fichiers audio

Preuve individuelle

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