Fiche de révision : Aérodynamique de l’hélicoptère

📋 Plan du Cours

1. Équilibre des forces et moments
2. Caractéristiques physiques de l’air
3. Profils et forces aérodynamiques
4. Incidence, pas et décrochage
5. Vitesses et répartition des efforts

📖 1. Équilibre des forces et moments

★ À maîtriser

📌 La portance Fy équilibre la composante verticale de la force, la traînée Rx équilibre la composante Fx et le moment M du rotor principal est équilibré par le moment d’axe par rapport à l’axe du rotor.

• La modification de l’équilibre de l’hélicoptère s’effectue en agissant sur l’intensité et la direction de Fn ainsi que sur l’intensité de Ffac.

Compléments

📌 Le moment Mrac du dispositif anticouple est équilibré par le moment de Fr par rapport à G, tandis que Frac est équilibrée par la composante Fy de portance.

💡 Astuce mémo

Modifier Fn ou Ffac → modifier l’équilibre de l’hélicoptère

📖 2. Caractéristiques physiques de l’air

🔑 Notions clés & Définitions

• Masse volumique : Masse par unité de volume qui s’exprime en kg/m³.
• Pression : Force exercée par unité de surface qui s’exprime en pascals ou en hectopascals.

★ À maîtriser

• Avec l’altitude, diminuent:
  • la température
  • la pression
  • la masse volumique de l’air

Compléments

📐 Formule — La température vérifie $T(K)=T(°C)+273$.

💡 Astuce mémo

Altitude ↑ → température, pression et masse volumique ↓

📖 3. Profils et forces aérodynamiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Profil de pale : Coupe de la pale perpendiculaire à l’axe de la pale, dont les caractéristiques aérodynamiques déterminent celles du rotor principal.
• Force aérodynamique : La force aérodynamique Ra agissant sur une pale résulte de la portance Fz et de la traînée Fx.

★ À maîtriser

📌 Un profil biconvexe symétrique possède un intrados et un extrados symétriques par rapport à la corde, tandis qu’un profil biconvexe dissymétrique possède un intrados et un extrados non symétriques par rapport à la corde.

Compléments

• Les éléments cités de la pale sont:
  • le pivot horizontal, ou axe de battement
  • le pivot vertical, ou axe de braquage
  • la butée de pale liée à l’angle d’incidence

💡 Astuce mémo

Profil symétrique : intrados = extrados ; profil dissymétrique : intrados ≠ extrados

📖 4. Incidence, pas et décrochage

🔑 Notions clés & Définitions

• Incidence : Angle entre la corde du profil et le vecteur vitesse de l’écoulement de l’air.
• Pas : Angle entre la corde du profil et le plan de trajectoire du profil.

★ À maîtriser

📐 Formule — La traînée vérifie $F_x=\frac{1}{2}\rho S v^2 C_x$ et la portance vérifie $F_z=\frac{1}{2}\rho S v^2 C_z$.

• Lorsque le pas augmente à régime constant, la portance augmente d’abord avec l’incidence, puis le coefficient Cz atteint un maximum et s’effondre brutalement à une certaine incidence : c’est le décrochage.

Compléments

📐 Formule — La finesse du profil vérifie $\text{finesse}=\frac{C_z}{C_x}$.

💡 Astuce mémo

Incidence : corde et vitesse de l’air ; pas : corde et plan de trajectoire

📖 5. Vitesses et répartition des efforts

📝 Points essentiels

📐 Formule — Pour une pale en rotation, la vitesse linéaire vérifie $U=R\omega$, avec U en m/s, R en mètres et ω en rad/s.

• À vitesse angulaire identique pour toutes les pales, la vitesse linéaire de chaque élément augmente lorsqu’il s’éloigne du centre de rotation.

• La vitesse relative U augmente vers l’extrémité de la pale, ce qui modifie la répartition des efforts ; la pale est donc vrillée pour répartir ces efforts et rapprocher la résultante de l’axe de rotation.

📌 Pour faire varier la portance générée par une pale, on peut modifier la vitesse d’écoulement de l’air en changeant la vitesse de rotation du rotor ou modifier l’angle de pas de l’ensemble de la pale.

💡 Astuce mémo

Rayon ↑ → vitesse linéaire ↑ → efforts plus importants vers l’extrémité

📊 Tableaux de synthèse

Profils usuels