La Science De L'Autorotation : Un Guide Pour Débutants

Dans le monde de l'ingénierie, il s'agit de fabriquer des machines capables de fonctionner même dans les situations les plus difficiles.

L'autorotation est une manœuvre très importante pour les hélicoptères qui peut faire la différence entre la vie et la mort.

J'expliquerai ce qu'est l'autorotation, comment elle fonctionne et pourquoi elle est si importante pour les pilotes d'hélicoptère et les ingénieurs dans ce billet de blog.

Alors, préparez-vous à découvrir l'une des parties les plus importantes du pilotage d'un hélicoptère.

Introduction à l'autorotation en ingénierie

Définition formelle:

1. Rotation autour de n'importe quel axe d'un corps qui est symétrique et exposé à un courant d'air uniforme et maintenu uniquement par des moments aérodynamiques. 2. Rotation d'un profil symétrique décroché parallèlement à la direction du vent.

L'autorotation est un type de vol dans lequel le système de rotor principal d'un hélicoptère ou d'un autre aéronef à voilure tournante tourne sans être propulsé par le moteur.

Ceci est similaire au fonctionnement d'un autogire.

Lorsque le moteur ou le rotor de queue cesse de fonctionner, cette méthode est souvent utilisée pour faire atterrir l'hélicoptère rapidement. Mais il peut également être utilisé pour sortir d'un anneau vortex et comme outil d'entraînement lorsqu'un pilote apprend à voler.

Comment fonctionne l'autorotation

Pendant l'autorotation, le pilote déconnecte le moteur du système de rotor principal. Cela permet au flux d'air ascendant d'entraîner seul les pales du rotor.

Pour contrôler le régime d'autorotation, le pilote modifie la taille de la zone d'autorotation par rapport aux zones entraînée et de décrochage.

Pour plus de détails visitez cette page :

ardupilot

Aérodynamique de l'autorotation

L'autorotation est une procédure d'urgence très importante en vol d'hélicoptère. Il permet au rotor principal d'un hélicoptère de se déplacer uniquement à cause de la pression de l'air, et non à cause du moteur.

Variables affectant l'autorotation

Les principaux éléments qui affectent le bon fonctionnement de l'autorotation sont :

• Altitude densité : Aux altitudes haute densité, où l'air est moins dense, le taux de descente sera plus rapide.
• Poids brut : Les hélicoptères avec plus de poids tombent plus rapidement.
• Vitesse anémométrique : le pilote a le plus de contrôle sur le taux de descente pendant l'autorotation grâce à la vitesse anémométrique.

Tout comme en vol normal, la commande de pas cyclique fait aller l'avion plus vite ou plus lentement.

Les descentes en autorotation à des vitesses très basses ou très élevées sont plus dangereuses que celles effectuées à la vitesse minimale de descente.

• Vitesse de rotation du rotor : lorsque la vitesse de rotation du rotor augmente, le taux de descente diminue.

Région de conduite de l'autorotation

Lors d'une autorotation, la zone d'entraînement ou zone d'autorotation est généralement comprise entre 25 et 70 % du rayon de la pale. C'est là que s'exercent les forces qui font tourner les pales.

Il y a un angle par rapport à la force aérodynamique totale dans cette zone.

Atterrissage à la torche et absorption d'énergie

Lors de l'atterrissage à partir d'une autorotation, l'énergie cinétique stockée dans les pales en rotation et le mouvement vers l'avant de l'avion sont utilisés pour ralentir le taux de descente et effectuer un atterrissage en douceur.

Un taux de descente plus élevé signifie qu'il faut plus d'énergie du rotor pour arrêter un hélicoptère qu'un taux inférieur.

Manœuvres en autorotation

Lorsqu'un avion perd de la puissance, un pilote doit faire trois choses importantes :

• Autorotation : cette manœuvre couvre le passage d'un vol propulsé normal à une autorotation stable.
• Autorotation stable : lors d'une autorotation stable, les seules forces aérodynamiques du moteur doivent entraîner un couple net nul.

Parce que l'avion descend, l'air monte à travers le rotor principal. La forme des lames facilite également cela.

Le rotor principal est relié au rotor de queue par des engrenages, donc en vol normal, le rotor principal entraîne le rotor de queue.

Mais pendant la descente en autorotation en régime permanent, lorsque le moteur perd de la puissance et que le couple tombe à zéro, le rotor de queue cesse de fonctionner comme un dispositif anti-couple car il reçoit le couple du système de rotor principal via le système de transmission.

• Flare Landing : Dans cette manœuvre, les pales en rotation et le mouvement vers l'avant de l'avion sont utilisés pour ralentir le taux de descente et effectuer un atterrissage en douceur.
• Touch-Down - Le véhicule atterrit en douceur en utilisant l'énergie restant dans la tête du rotor.

Limitation de vitesse du manuel de vol pour l'autorotation

En autorotation, il y aura une vitesse au-dessus de laquelle les parties des pales du rotor qui traînent derrière le rotor s'étendront si loin le long de l'envergure des pales que le rotor commencera à ralentir beaucoup.

Cette vitesse anémométrique est généralement écrite comme la vitesse anémométrique maximale autorisée pour l'autorotation dans le manuel de vol.

Manœuvre d'autorotation d'hélicoptère

Autorotation de base et ses quatre sections

L'autorotation de base comporte quatre parties :

• Glide : Au cours de cette partie, l'hélicoptère est dans une descente autorotative stable et le pilote modifie la trajectoire de vol en tournant l'hélicoptère ou en modifiant la vitesse anémométrique.
• Flare : Dans cette section, le taux de descente est ralenti en utilisant l'énergie cinétique stockée dans les pales en rotation et le mouvement vers l'avant de l'avion.
• Atterrissage ou récupération de puissance : dans la dernière partie, soit l'hélicoptère atterrit en douceur, soit le pilote lui donne la puissance nécessaire pour se relever.

Application pratique et autorotations avancées

L'utilisation réelle de l'entraînement à l'autorotation est similaire à ce que font les pilotes lorsqu'ils pratiquent des atterrissages forcés sans puissance.

Comme dans un avion, tout ce que le pilote d'hélicoptère a à faire pour amorcer une remise de gaz est de remettre le courant. Mais il est très important d'être précis et de savoir déplacer l'hélicoptère lorsqu'il est en autorotation.

Collectif pour le contrôle du régime du rotor

Les pilotes d'hélicoptères doivent savoir utiliser le collectif pour contrôler la vitesse des rotors lors d'autorotations sans puissance dans un virage.

Lorsque le collectif est déplacé vers le haut, le régime du rotor augmente, et lorsqu'il est déplacé vers le bas, le régime moteur diminue.

Limites de sécurité et risques

Il y a des risques à faire des autorotations pendant l'entraînement.

Dans la dernière partie d'une autorotation, l'énergie cinétique de l'hélicoptère peut s'épuiser, le laissant avec peu ou pas d'effet d'amortissement

Cela pourrait entraîner un atterrissage brutal qui endommagerait l'hélicoptère.

Le diagramme hauteur de l'avion en fonction de la vitesse nous indique quelle est la manière la plus sûre d'effectuer cette manœuvre.

Modélisation et simulation de l'autorotation

Les simulations et les modèles sur ordinateur sont devenus des moyens populaires d'étudier et d'améliorer les performances de l'autorotation des hélicoptères.

Des simulations informatiques peuvent être utilisées pour comprendre comment différentes conceptions d'hélicoptères ou formes de pales de rotor affectent la capacité de l'hélicoptère à voler par lui-même.

Les chercheurs ont également fabriqué et testé dans un simulateur un certain nombre d'indices de pilotage qui permettront au pilote de contrôler plus facilement l'hélicoptère lorsqu'il tourne tout seul.

Pendant l'autorotation, un ensemble d'indices discrets et continus sont définis pour aider le pilote à savoir ce qui se passe et ce qu'il doit faire.

Avantages de la modélisation par simulation informatique

La modélisation par simulation informatique est utile lorsque la modification du système réel est difficile, coûteuse ou tout simplement pas une bonne idée.

Il utilise un logiciel informatique pour modéliser un système réel ou proposé, et les concepteurs, les gestionnaires de programme, les analystes et les ingénieurs l'utilisent pour comprendre et évaluer des scénarios de cas hypothétiques.

Par exemple, au lieu de planter des dizaines de nouvelles voitures, les constructeurs automobiles utilisent des simulations informatiques pour tester leurs nouvelles gammes de véhicules.

Limites de la modélisation par simulation informatique

En général, l'un des problèmes des modèles informatiques est qu'ils ne peuvent pas prendre en compte avec précision tous les facteurs susceptibles d'affecter le fonctionnement d'un système.

Cela est particulièrement vrai lorsqu'il s'agit de comprendre des phénomènes aérodynamiques complexes, comme la façon dont un hélicoptère peut tourner tout seul.

Une autre chose qui doit être examinée est la façon dont les simulations informatiques affectent le grand public. Ainsi, utiliser la modélisation et la simulation sans faire attention pourrait conduire à des conclusions erronées.

Certaines règles, comme déterminer où un système de défense ne fonctionne pas correctement, doivent être prises en compte pour juger de la validité de tout système simulé.

En fin de compte, les simulations informatiques présentent de nombreux avantages, mais elles présentent également certains problèmes qui doivent être soigneusement réfléchis avant de tirer des conclusions.

Exemples réels d'autorotation

Des exemples concrets d'autorotation montrent à quel point il est important pour les pilotes d'hélicoptère de savoir comment effectuer cette manœuvre en cas d'urgence.

Robinson Heli Down Autorotation

L'autorotation Robinson Heli Down est un moyen pour un hélicoptère d'atterrir en toute sécurité si son moteur cesse de fonctionner.

Les pilotes d'hélicoptère Robinson l'utilisent souvent dans le cadre de leur formation, et voici les étapes :

• Le pilote doit d'abord s'apercevoir que le moteur s'est arrêté de fonctionner puis entamer aussitôt la manœuvre d'autorotation en baissant le collectif et en entrant dans une descente en autorotation.
• Pour se rendre dans une zone d'atterrissage en toute sécurité, le pilote doit alors établir un taux de descente constant et maintenir la vitesse des rotors constante tout en tournant.
• Pendant la descente, le pilote doit garder un œil sur la vitesse et le régime du rotor et utiliser la commande de pas cyclique pour effectuer les changements nécessaires tout en gardant le contrôle de l'avion.
• Lorsque l'hélicoptère se rapproche du sol, le pilote doit le tourner sur le côté pour adoucir l'atterrissage et ralentir son taux de descente.

Autorotation dans les drones

L'autorotation est utile non seulement pour les hélicoptères de taille normale, mais également pour les hélicoptères télécommandés et les drones.

L'idée derrière l'autorotation n'a pas changé : le rotor principal tourne parce que l'air monte à travers lui, plutôt que parce que le moteur le fait tourner.

Autorotation dans les hélicoptères et drones télécommandés

La plupart des hélicoptères télécommandés à pas collectif (RC) peuvent également s'automatiquer si le moteur s'éteint ou si le moteur cesse de fonctionner pour une raison quelconque.

Pour que l'hélicoptère puisse effectuer des autorotations, l'arbre du rotor principal doit pouvoir être retiré du reste de l'ensemble d'entraînement ou d'engrenage.

Certains petits drones peuvent utiliser un petit moteur électrique pour maintenir le rotor en rotation à la même vitesse pendant l'autorotation, tandis que d'autres peuvent compter uniquement sur les forces de l'air pour maintenir le rotor en rotation à la même vitesse.

Pour les hélicoptères et les drones télécommandés, la clé d'un atterrissage en autorotation réussi est de maintenir la vitesse du rotor constante et d'utiliser les commandes de tangage, cyclique et collectif pour contrôler la vitesse de descente et d'avancement de l'avion.

Pour les hélicoptères et les drones télécommandés, la meilleure façon d'effectuer des atterrissages en autorotation est de s'entraîner dans une zone dégagée et sûre, loin des personnes, des bâtiments et d'autres obstacles, et de rendre progressivement les manœuvres plus difficiles à mesure que vos compétences s'améliorent.

De plus, il est important de garder l'avion en bon état et de faire un entretien et des inspections réguliers pour s'assurer qu'il fonctionne bien. Les pilotes doivent respecter toutes les lois et règles sur la façon d'utiliser les aéronefs télécommandés.

Le pilote automatique VECTOR, qui a été fabriqué par UAV Navigation, est l'un des rares pilotes automatiques capables de tourner entièrement de lui-même.

Pour bien maîtriser les autorotations, il est important de les pratiquer souvent dans un endroit sûr.

La clé d'un atterrissage en autorotation réussi est de chronométrer et de savoir quand ralentir votre descente et votre vitesse vers l'avant en évasant avec une commande cyclique arrière, en appliquant un pas collectif positif, puis en nivelant l'avion juste avant le toucher avec le cyclique avant pour atterrir doucement.

Il est également important de choisir un bon endroit pour atterrir et de s'en approcher au bon angle et à la bonne vitesse.

Vidéo et références

Conseil : Activez le bouton de sous-titrage si vous en avez besoin. Choisissez "traduction automatique" dans le bouton des paramètres, si vous n'êtes pas familier avec la langue anglaise. Vous devrez peut-être d'abord cliquer sur la langue de la vidéo avant que votre langue préférée ne soit disponible pour la traduction.

https://en.wikipedia.org/wiki/Autorotation

Cas d'utilisation

Utilisé dans:	Description:
Atterrissage d'urgence	L'une des façons les plus importantes d'utiliser l'autorotation est lorsque le moteur d'un hélicoptère s'arrête de fonctionner en cas d'urgence. Lorsque cela se produit, le pilote peut démarrer l'autorotation, ce qui permet à l'hélicoptère de planer en toute sécurité vers le sol. Ce geste peut sauver la vie du pilote et des personnes à bord.
Militaire	L'autorotation est une compétence utile pour les pilotes d'hélicoptères militaires qui sont en charge d'opérations militaires. Au combat, un hélicoptère peut avoir besoin de tomber rapidement au sol pour éviter d'être touché par le feu ennemi. En utilisant l'autorotation, le pilote peut faire atterrir l'hélicoptère rapidement et en toute sécurité.
Chercher et sauver	Les hélicoptères sont souvent utilisés pour la recherche et le sauvetage, en particulier dans les zones difficiles d'accès ou éloignées. Dans ce genre de situations, l'autorotation peut aider l'hélicoptère à atterrir en toute sécurité et en contrôle, même sur un terrain accidenté.
Agriculture	L'autorotation peut également être utilisée dans l'agriculture, en particulier lors du dépoussiérage des cultures.
Filmer et photographier	Les hélicoptères sont souvent utilisés pour prendre des photos d'en haut dans les industries du film et de la photographie.
Entretien des lignes électriques	Parfois, les hélicoptères sont utilisés pour effectuer l'entretien des lignes électriques, comme réparer ou remplacer les lignes brisées. L'autorotation peut aider l'hélicoptère à atterrir en toute sécurité et avec précision dans des endroits difficiles d'accès autrement.

Conclusion

En conclusion, l'idée d'autorotation montre à quel point l'ingénierie peut être puissante et à quel point les gens peuvent être créatifs.

Cela nous donne la confiance nécessaire pour voler dans des hélicoptères et d'autres avions, sachant que si le moteur s'arrête de fonctionner, nous pouvons toujours revenir au sol en toute sécurité.

L'autorotation nous montre également que lorsque nous repoussons les limites de ce qui est possible, nous pouvons faire des choses incroyables.

Les ingénieurs et les pilotes ont toujours été poussés à trouver de nouvelles et meilleures façons de voler, depuis les premiers vols jusqu'à la technologie de pointe utilisée dans l'aviation moderne.

L'autorotation n'est qu'une des choses incroyables que nous pouvons faire lorsque nous y mettons notre esprit.

Alors, la prochaine fois que vous lèverez les yeux et que vous verrez un hélicoptère voler, pensez à l'autorotation, une prouesse technique qui rend tout cela possible.