« Comment peut-on répondre aux problèmes liés au rotor anti-couple de l’hélicoptère ? »
TPE Hélicoptère
1.Forces en présence :
1.1 Gravité
Pour voler l’hélicoptère doit tout d’abord compenser une force : celle de la gravité, c’est elle qui nous attire vers le sol (le centre de la Terre). C'est une force d’attraction, qui s’exerce entre deux corps pesants (d’une masse non négligeable pour qu’elle se fasse sentir). On la retrouve partout dans la nature, mais elle s'exerce de façon exceptionnelle dans le domaine des planètes et des étoiles. Sa relation générale est la suivante :
1.2 Portance
Pour contrer cette loi une autre existe : la portance. La portance aérodynamique ou hydrodynamique est une force perpendiculaire au déplacement du fluide. Ce phénomène de portance est dû au fait que l'air passant au-dessus de la face supérieure de l'aile (appelée extrados) sera d'une vitesse supérieure à la vitesse de l'air passant sur la partie inférieure de l'aile (appelée l’intrados). C'est cette différence de vitesse qui, d'après Bernoulli, va créer une dépression à l'extrados, et une zone de haute pression à l'intrados. L'aile va donc être attirée dans la zone de dépression, vers le haut. La portance est la somme de ces deux forces complémentaires.
1.3 Traînée
La traînée est une force de frottement avec un fluide s'opposant au mouvement, dans le cas de l'hélicoptère, il s'agit de frottements entre les pales et l'air.
La traînée d'un hélicoptère représente les forces de frottements de l'air qui agissent sur la pale lorsque l'hélicoptère est en activité. La trainée est la résistance de ce mouvement. Le moteur de l'hélicoptère doit fournir de l'énergie pour compenser la trainée et ainsi empêcher la pale de ralentir en appliquant une force de traction. La force de traction est générée par le moteur et permet aux pales de tourner. La trainée s'exprime :
C’est grâce aux pales du rotor principal qui génèrent cette force de portance que l’hélicoptère peut décoller.
Ainsi en changeant l'angle d'incidence des pales du rotor principal, on peut faire monter, descendre, s'incliner ou tourner l'hélicoptère. En changeant celui des pales du rotor de queue, on peut faire tourner l'hélicoptère sur place ou le stabiliser en vol vers l'avant.
Pour contrôler la machine, le pilote dispose de 3 commandes :
- Le pas général qui modifie symétriquement l'angle d'incidence des pales du rotor principal pour faire descendre et monter l’hélicoptère.
- Le pas cyclique qui modifie de manière asymétrique l'angle d'incidence des pales du rotor principal pour incliner l’hélicoptère dans toutes les directions.
- Le palonnier qui modifie l'angle d'incidence des pales du rotor arrière afin de maintenir un cap ou faire tourner l’appareil sur place.
1.4 Traction
D’une manière générale, le mot traction désigne l’action de tirer. Dans un hélicoptère c’est une force parallèle à la direction vers laquelle est orienté le rotor. La traction permet à l’hélicoptère d’évoluer en translation.
La force de traction Ft sert à compenser les trois forces qui s’opposent à l’avancement de l’hélicoptère :
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La traînée aérodynamique nommée : Fx
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La force de gravité nommée : Fm
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La conséquence de l’accélération de l’hélicoptère qui est égale à la masse m multipliée par l’accélération γ nommée : Fa
Traction = traînée + gravité + accélération
Ft = Fx + Fm + Fa
Cette équation permet de déduire qu’il faut fournir une force de traction pour compenser la traînée aérodynamique, mais aussi une force supplémentaire si on veut monter ou accélérer.
