L’hélicoptère :
un défi aérodynamique
Tenter d’expliquer le fonctionnement d’un hélicoptère en quelques mots relève du défi, compte tenu de la complexité aérodynamique de ce type d’appareil. En voici cependant les principes de base.
Le Prince Harry, pilote de la RAF en Afghanistan
Un hélicoptère est grossièrement composé de trois éléments fondamentaux. Un turbomoteur, à turbine libre ou non, - la tendance actuelle étant à la généralisation de la turbine libre - , un rotor principal qui, entraîné par l’intermédiaire de la boîte de transmission principale (BTP), assure à la fois la sustentation et la propulsion de l’hélicoptère ; enfin, un rotor arrière, caréné ou non, dont la fonction est double : assurer la compensation du couple de réaction provoquée par la rotation du rotor principal (figure 2) (c’est-à-dire le maintien de l’appareil dans l’axe) et permettre le contrôle de m’appareil sur l’axe de lacet.
Il faut noter que certaines « astuces » permettent de se dispenser de rotor arrière. Par exemple au moyen de deur rotors principaux contra-rotatifs (technologie utilisée par le constructeur soviétique Khamov), ou la propulsion du rotor principal par jets de gaz (essayées sur « Djinn » dans les années 50, ce type de technologie est remis au goût du jour grâce au concept « Notar », et utilisé sur le Fairey Rotodyne).
Les commandes de vol
Bien entendu, il faut ajouter à ces trois éléments essentiels, divers organes et accessoires indispensables. En ce qui concerne les commandes de vol, il faut distinguer les palonniers, qui pilotent l’incidence des pales du rotor arrière. La cyclique, étant le « manche à balai », dont le but est de piloter l’incidence des pales principales de façon cyclique. Pour avancer, par exemple, on augmente l’incidence de la pale arrière, donc sa portance. Elle se soulève, provoquant le basculement du rotor vers l’avant, et la mise en translation de l’appareil. Enfin, le collectif : il s’agit d’une commande qui agit de la même façon sur l’incidence de toutes les pales principales. On comprend facilement que cette commande permette de monter ou de descendre et d’augmenter, plus généralement, la puissance disponible au niveau du rotor.
La tête du rotor
Pour les différentes techniques spécifiques à l’hélicoptère, quelques problèmes sont à noter pour les pièces en mouvement au niveau des rotors, particulièrement ceux liés au fait que les forces aérodynamiques qui agissent sur le rotor ne sont pas symétriques. En effet, la vitesse linéaire en un point de la pale, née de la vitesse de rotation du rotor, il convient d’ajouter ou de retrancher la vitesse d’avancement de l’hélicoptère. D’où la notion de pale « avançante » et « reculante » impliquant l’existance des articulations de battement. De la même façon, l’apparition des forces d’inertie de Coriolis entraîne la nécessité des articulations de traînée.
Bien entendu, toutes ces articulations sont sources de complications techniques. Néanmoins, les têtes de rotors modernes se simplifient considérablement car l’utilisation de matériaux composites permet de supprimer bon nombre de pièces en mouvement (c’est le cas du « Starflex » sur Ecureuil).
Le problème de démultiplication
Les turbomoteurs d’hélicoptères ont des vitesses de rotation quasi constantes, de l’ordre de 40.000 tr/minute. Or, le rotor arrière tourne à environ 2.000 tr/minute, et le rotor principal à environ 360 tr/minute. On imagine dès lors aisément la complexité des systèmes de démultiplication indispensables, ainsi que les problèmes liés à la dissipation de l’énergie. Ces besoins sont assurés par les boîtes de transmission principale et arrière.
Tel est le tableau de ce qu’il est indispensable de savoir pour comprendre le fonctionnement de l’hélicoptère. Bien entendu, cette approche est loin d’être exhaustive et, pour ceux qui veulent aller plus loin, il faut consulter divers ouvrages de haute technicité.
Voilà pour la partie réelle. Mais...
Voyons maintenant pour la simulation de vol
Il faut bien reconnaître que les précédentes moutures de Flight Simulateur (y compris FS2000 (Fs1k1) et FS2002 (FS2k2) avaient un point commun : faire voler un hélicoptère relevait du défi. Soit il partait rapidement en autorotation irrécupérable, soit il rejoignait très vite le sol pour un beau crash. Fs2004 (FS9) a vu arriver une certaine fiabilité dans le vol des voilures tournantes, ce qui a permi de pouvoir "voler" un peu avec ces engins-là.
Là est la grande question. J’ai le souvenir d’un meeting sur l’aérodrome de Narbonne dans les années 2000 où nous avions un stand de simulation de vol particulièrement bien équipé. Nos voisins directs étaient des gendarmes, venus en hélicoptère depuis leur base de Toulouse avec le dernier cri d’appareil, un EC135 qui remplace désormais l’Ecureuil. Bien évidemment, ils sont venus nous rendre visite. Nous avions le EC135 dans notre hangar virtuel et le pilote a voulu l’essayer sur notre simulateur : il s’y est repris à 4 fois avant de le faire décoller convenablement et à le faire évoluer. Il était en sueur ! Un de nos membres du club, très habitué à cet appareil, l’a décollé du premier coup et l’a fait évoluer dans diverses situation pendant plus d’un quart d’heure. Ce n’est pas pour autant que nous nous sommes sentis « supérieurs » à ce pilote chevronné ayant plusieurs milliers d’heures de vol sur le vrai EC135. Cependant, tout le monde a bien plaisanté sur ce coup-là, avec respect certes mais il a été obligé d'honnorer le Bar des Pilotes par une tournée mémorable !
Tout pilote sur simulateur dira qu’il est « impossible » de décoller et de « stabiliser » un hélicoptère sur simulateur. C’est inexact. En fait, il faut savoir certaines choses fondamentales et surtout avoir du doigté. Pour un habitué du pilotage d’un avion des réflexes ont été acquis. Or, le pilotage d’un hélicoptère fait appel à d’autres réflexes plus difficiles à acquérir, même en comprenant parfaitement le principe du vol de cet appareil. Justement car son vol est sensiblement plus complexe que comprendre le vol d’un avion.
Pour décoller avec un avion, on met plein gaz ou presque. Ici non : on augmente proigressivement le collectif, mais pas à fond. Il faut surtout agir avec douceur en augmentant progressivement le pas collectif jusqu’à ce que l’appareil quitte le sol.
L’action sur le collectif ayant permis de quitter le sol, de quelques mètres par exemple, une légère action sur le manche vers l’avant va provoquer l’inclinaison de l’appareil, nez vers le sol. Il va en résulter deux conséquences. La première c’est que la force verticale, qui avait permis de quitter le sol et de s’immobiliser, n’est plus tout à fait verticale mais légèrement inclinée vers l’avant. D’où une composante horizontale qui va faire avancer l’appareil. La deuxième est que la composante a légèrement diminué en intensité, ce qui va provoquer la mise en mouvement vers le sol. Il faut donc contrer tout de suite par une légère augmentation du collectif.
L’autre problème est le retour au sol. Réduire la vitesse horizontale vers l’avant en tirant légèrement le manche vers l’arrière. En même temps, pour éviter la remontée, réduire légèrement le collectif, et mettre même un peu plus de manche pour permettre de perdre de l’altitude. L’entrainement permettra rapidement d’obtenir un résultat satisfaisant consistant à toucher le sol en douceur avec une vitesse horizontale nulle. L’idéal étant, en outre, d’agir au dernier moment pour que tous les points de contact rencontrent le sol simultanément, évitant un nez trop bas ou une queue trop basse. Si on arrive à proximité du point d’atterrissage souhaité avec une vitesse trop grande, il ne faut pas chercher à se poser coûte que coûte. Ça risque d’être très difficile et dangereux. Mieux vaut se résigner à faire une nouvelle approche.
Le grand secret réside dans un seul mot : légèrement. De toute manière, en aviation, il faut agir par touches légères sinon c’est la catastrophe. Selon moi, la principale difficulté réside dans le décollage. Si l’appareil commence à partir dans tous les sens et à tanguer, il va être rapidement incontrôlable. Laisser le manche au neutre pour le stabiliser. S’il ne le fait pas dans les quelques secondes qui suivent, c’est le crash assuré. C’est pourquoi les pilotes sur simulateur disent qu’il est « impossible à maitriser ». Tour cela s’apprend.
Et n’oublions surtout pas le code d’Honneur du pilote : ramener au sol en parfait état de marche l’appareil - quel qu’il soit - que nous avons fait décoller d’un terrain dans les règles de l’art. Ceci pour avoir la satisfaction de pouvoir dire : « je l’ai fait et réussi ». C’est peut-être puéril mais tellement dans le droit chemin de l’esprit d’un pilote... qu'il soit réel ou simulé !
Bons vols sur hélicoptères !!!
SOURCES
Comme je n'ai ni la science infuse ni mon brevet d'hélicoptère, il faut bien que les renseignements soient pris auprès d'une source absolument irréfutable. Le partie "vol réel" est issue de de la plume du Commandant DELON, Commandant de l'EH 1/67 "Pyrénées" de Cazaux - Air Actu n°440 de Mars 1991 - page 42.
La partie "simulation" m'incombe et est la résultante de pas mal de temps passé à maîtriser le pendulaire qu'est un hélicoptère. Ceci avec plus ou moins de bonheur.