L'Hélicoptère

 

Un hélicoptère est un aéronef à voilure tournante dont le ou les rotors procurent à eux seuls la propulsion et la sustentation pendant toutes les phases du vol.

Le rotor dit de sustentation, dont l'axe est sensiblement vertical, est une sorte de grande hélice à pas variable, et comporte de deux à huit surfaces aérodynamiques appelées pales, qui servent à déplacer l'appareil à la fois dans les plans verticaux et horizontaux.

Comparé aux aéronefs classiques à ailes fixes, l'hélicoptère est d'une conception plus complexe, il est plus onéreux à l'achat et à l'usage, reste relativement lent, possède un rayon d'action réduit et ne peut pas emporter de très lourdes charges. En revanche, il est beaucoup plus maniable, peut voler dans toutes les directions (ascension verticale ou vol à reculons) et permet le vol stationnaire.

 

Étymologie  

Le mot hélicoptère a été inventé  par Gustave Ponton d'Amécourt, à partir du grec helikos (hélice) et pteron (aile). Ce terme est apparu pour la première fois le 3 août 1861 dans une demande de brevet déposée en Angleterre, puis le 16 juillet 1862 dans le certificat d'addition au brevet 49.077 initialement déposé le 3 avril 1861 en France. Cet inventeur construisit avec Gabriel de La Landelle un petit prototype d'hélicoptère à moteur à vapeur, dont la chaudière fut une des premières utilisations de l'aluminium.

Histoire 

Depuis le IV^e siècle av. J.-C., les Chinois faisaient voler de petits jouets sur le principe de l'hélicoptère pour fasciner les enfants. Par l'intermédiaire du commerce, on sait que ce jouet est arrivé jusqu'en Europe. En effet, ce type d’hélicoptère est représenté dans une peinture du IV^e siècle de l'ouvrage intitulé Pao Phu Tau (抱朴子). Le livre Pao Phu Tau du IV^e siècle trace également l'ébauche d'un aéronef à ailes rotatives.

En Europe, le premier à s'intéresser au concept d'hélicoptère fut le savant et ingénieur italien Léonard de Vinci. Un de ses dessins, daté de 1486, montre une machine volante à aile tournante (vis aérienne) basée sur le principe de la vis d'Archimède. Cependant, en l'absence de connaissances en aérodynamique et sans motorisation adéquate, il restera à l'état de projet.

Il faudra attendre la fin du XVIII^e siècle pour qu'une véritable avancée se produise : en 1754 le Russe Lomonossov essaie devant un aréopage scientifique un modèle complexe à deux rotors coaxiaux contrarotatifs, mus par un mécanisme d'horlogerie, et démontre l'existence d'une force de sustentation. Le 26 avril 1784, les Français Launoy et son mécanicien Bienvenu font voler devant l'Académie royale des sciences un petit modèle très simple mû par un mécanisme de ressort à arc. En 1877, un autre Italien, Enrico Forlanini parvient à faire voler un petit hélicoptère à vapeur. Dix ans plus tard le Français Trouve fait décoller un modèle doté d'un moteur électrique, dont l'alimentation est obtenue depuis le sol par de fins fils de cuivre. En 1905 les frères Henri et Armand Dufaux font décoller verticalement un appareil à moteur à combustion interne emportant sa propre énergie ainsi qu'une charge de 6 kg.

La grande avancée significative se produisit en 1907, année du premier vrai décollage au monde. Il aurait réussi, en Normandie à Coquainvilliers, près de Lisieux. Cet engin de 203 kilos est inventé et piloté par Paul Cornu. Pour la première fois, une machine plus lourde que l'air s'est affranchie du sol sans élan avec un homme à bord. Cette date du 13 novembre 1907 est citée dans toutes les histoires de l'aviation, comme étant celle du premier vol libre d'un hélicoptère avec son pilote. D'autres essais significatifs d'hélicoptères emportant un homme sont réalisés la même année, par Louis Breguet et Charles Richet à Douai. C'est également l'époque des essais de Maurice Léger.

C'est la bascule historique entre des modèles de petite taille et des machines faites pour emporter leur pilote. Puis le Danois Jens Christian Ellehammer en 1912, l'Argentin Raoul Pateras Pescara de Castelluccio, marquis Pateras-Pescara (1890 - 1966), avec ses hélicoptères coaxiaux et le Français Étienne Œhmichen avec ses laboratoires volants à partir de 1920, réussissent à voler de mieux en mieux. Le marquis Raoul Pateras Pescara en particulier, est passionné par l'aviation. Sa carrière de pionnier avait commencé en 1911. Il dépose en Espagne 96 brevets de 1917 à 1931 étendus à différents pays. Tous ses appareils sont de véritables hélicoptères, pour être équipés de deux rotors coaxiaux contrarotatifs (le Larousse de 1922 illustre le mot hélicoptère avec la photo du Pescara de 1919 à Barcelone accompagnée du texte : Système Pescara). Pour assurer les déplacements, le pilote dispose d'un manche à balai (brevet n°553.304) qu'il peut incliner dans la direction qu'il veut suivre. Il en résulte une variation cyclique du pas de chaque pale à chaque rotation. Son hélicoptère 2F boucle le kilomètre le 16 janvier 1924 en 10 minutes 33 secondes fortement secoué par des rafales. Une rafale plus forte fit qu'à 850 m, la béquille arrière toucha le sol (Flight du 7 février 1924) ; il obtint le record du monde de distance en ligne droite avec son hélicoptère le 18 avril 1924 . Dans le livre Hélicoptère (voir Bibliographie), page 9, les auteurs expriment que la conception proposée par Raoul Pateras-Pescara peut être considérée comme la première à réaliser de « vrais hélicoptères, réellement manœuvrables » car tous ses appareils disposent d'un manche à balai qui agit sur la voilure composée de deux rotors coaxiaux contrarotatifs. Ce principe de sustentation est toujours utilisé sur les hélicoptères russes Kamov. Le gyroplane Breguet Dorand de 1935 utilisa également ce procédé.

Le n° 142 du 18 mai 1922 de Sciences et voyages, dans un article de quatre pages de P. James intitulé : « L'Hélicoptère supplantera-t-il l'avion ? » démontre qu'il n'y a aucune ambiguïté pour caractériser les différents modèles d'appareils. Il situe dans la même catégorie : Pateras-Pescara, Crocker-Hewitt, Petrozy et Karman, Douhéret, etc. et « il peut y avoir intérêt, surtout lorsque l'hélicoptère est combiné avec un aéroplane, à employer des hélices à axe séparés, solution adoptée par Cornu, Breguet, Lacoin, etc. » Il nous informe sur ce qu'est un hélicoptère par rapport à un avion et son historique commence par les jouets de Delannoy et Bienvenu, en 1784, Philip en 1842, Coson en 1854, Bright en 1859, Landelle en 1861, etc. Pour entrer dans la période des essais d'hélicoptères en grandeur réelle, il faut s'intéresser en 1906 aux premiers essais du Léger (hélices de 6,25 m de diamètre commandées par un moteur électrique qui restait au sol, voir schéma) dans les hautes salles du musée océanographique de Monaco. Il poursuit l'histoire par des photos du Cornu (1906), Lamé, l'appareil de M. Oemichen « une sorte d'hélicoptère, suspendu sous un ballon dirigeable », l'appareil d'étude construit à Douai en 1908 par Breguet-Richet, l'avion-hélicoptère de Decazes et Besançon de 1910. Le Pescara 2R comportant 4 photos de détail et une complète de l'appareil en vol dans le hangar. En 1924, L'Aérophile publie pour le Pescara 2F, les performances suivantes : le 16 janvier 1924, vol de 1 160 m, en 8 mn 13 sec et le 29 janvier 1924, vol en circuit fermé de 750 m, en 10 mn 10 sec. Il ne fit pas enregistrer par la FAI ses records. Tous les appareils Pescara répondent à la définition de l'hélicoptère. Ses appareils sont équipés de deux rotors coaxiaux contrarotatifs. Pour assurer les déplacements, le pilote dispose d'un manche à balai (brevet Fr n°553.304 déposé en Espagne le 15 avril 1921) qu'il peut incliner dans la direction qu'il veut suivre. Il en résulte une variation cyclique du pas de chaque pale à chaque rotation. Les rotors produisent une poussée aérodynamique dissymétrique qui incline l'appareil dans la direction choisie. Une manette commande la variation globale du pas des rotors, permettant à l'hélicoptère de monter ou descendre verticalement. Cette innovation des commandes se retrouvent dans les appareils actuels sous les noms respectifs de commande de pas cyclique et de pas collectif. Un volant situé sur le manche à balai fait varier différemment le gauchissement des pales de chaque rotor, ce qui engendre un couple de rotation permettent le virage sur place. Le 4S qui évolue en 1931 pesant 400 kg muni d'un moteur de 40 CV dispose à l'avant d'une hélice débrayable. Le 4S peut donc fonctionner en hélicoptère ou en Autogire.

Les revues de l' Aérophile et l' Aéronautique des années 1919 à 1931 permettent de suivre les essais des appareils à voilure tournante. C'est dans L'Aérophile de mars 1923 que nous trouvons dans le Bulletin officiel de l'Aéroclub de France la création d'un « prix d'hélicoptère ». Le comité, sur la proposition de la commission aviation crée un prix d'hélicoptère de 10 000 francs.

La polémique Le prix de l’Aéro-Club revient finalement à l’ingénieur Etienne Oehmichen, lequel boucle avec son laboratoire volant N°2 le km en circuit fermé, le 4 mai 1924, à Arbouans près de Montbéliard. L’Histoire ne retiendra sans doute pas que le prix de l’Aéro-Club de France s’adressait aux hélicoptères, catégorie à laquelle, sans conteste, n’appartenait pas la machine à voilures tournantes très complexe de M. Oehmichen.

Il y aura un 3F en 1925 dont la puissance fut portée à 280 chevaux. Le Larousse de 1922 mit à l'honneur le « système Pescara » en incluant la photo de l'appareil de Barcelone dans la définition du mot « hélicoptère ». Son appareil, provenant de Barcelone, transformé en 2R va être remis en état afin d'être exposé en 2007 au musée de l'Air et de l'Espace du Bourget. L'hélicoptère Pescara type 2R comprend 2 hélices de 6,4 m de diamètre, à 6 paires de pales de 0,4 m de large, tournant en sens inverse sur axes verticaux. La longueur de la nacelle est de 5 m et la hauteur est d'environ 3,2 m. Le moteur est un Rhône de 160 chevaux.

Le dernier hélicoptère réalisé par le marquis Pateras-Pescara est le 4 S décrit par un plan dans l’Aéronautique n°143 d’avril 1931. Bien qu’il ait le même encombrement, il est deux fois plus léger (400 Kg) et son moteur de 40 HP le fait évoluer à 8 mètres de hauteur par des vents de 25 à 30 Km/h. C'est un hélicoptère pur coaxial, considéré comme le premier hélicoptère en Argentine et en Espagne totalement contrôlable sur tous les axes,

Analyse non exhaustive des évènements des années 1923 et 1924 qui ont amené la presse à mettre en concurrences les appareils Oehmichen et Pescara.

Intéressant d’analyser les documents de l’époque du concours de 10 000 FF pour hélicoptères organisé par l’Aéroclub de France officiellement après le premier mars 1923. texte dans l’aérophile du 1^er-15 avril 1923 « un prix de 10 000 FF offert par l’Aéro-club de France sera attribué au premier hélicoptère monté qui aura franchi une distance en circuit fermé de 1 Km, à une hauteur au-dessus du sol d’au moins 1 m. L’épreuve aura lieu en France continentale. Elle est ouverte internationale, sauf aux concurrents appartenant à un pays ayant été en guerre avec la France, de 1914 à 1918. Les conditions de l’épreuve prévoient la définition de la zone de départ qui est figurée par un cercle tracé sur le sol de 10 m de rayon ayant pour centre la projection du siège du pilote ; la hauteur d’évolution est contrôlée à l’aide d’un cordeau lesté d’un poids de 2 kg fixé en un point d’une verticale passant par le siège du pilote. Le poteau sera fixé à 500 m du centre du cercle dans une direction indiquée par le concurrent ; l’appareil devra virer autour du poteau et revenir atterrir, sans aucune avarie, dans la zone de départ. »

M. Étienne Œhmichen raconte dans l’Aérophile du 1er au 15 mai 1924 qu’il ne respecta pas le règlement du concours car son terrain de 500 mètres était trop dangereux. Il réalisa un triangle au lieu d’un aller et retour devant le capitaine de marine Chollat. Cet envoyé du STAé a certainement laissé un rapport qui détermina l’octroi du prix ! Les appareils en compétition sont très différents. Le laboratoire volant n°2 de M. E. Oehmichen ne trouve pas sa place dans la définition du mot hélicoptère inventé en 1861. confirmée par les Larousse de l’époque et par des travaux de laboratoires. L’hélicoptère coaxial Pescara 2F est souvent complété par l’adjectif « pur ». Le 29 janvier 1924, le prix a été refusé au marquis Pateras-Pescara ayant engagé sur un parcours défini par le concours, son appareil 2F (véritable hélicoptère) qui était muni du cordeau. Une rafale de vent au retour fit toucher la béquille. Le 18 avril 1924, il battit le record du monde de distance pour hélicoptère (enregistré par la FAI). Il est vrai que chacun pilotait son appareil. Seul le Pescara 2F était muni du premier manche à balai pour hélicoptère permettant de descendre en auto-rotation et réduire la vitesse de descente avant de toucher le sol en effectuant le coup de frein Pescara (inversion de l’incidence des ailes de la voilure). Le laboratoire volant disposait de 12 hélices réparties dans les directions à suivre. Seuls les « évolueurs » équipés de leur hélice étaient commandés par un levier qui était appelé manche à balai par son constructeur. Ce levier unique n’agissait que sur l’inclinaison des axes des « évolueurs ». Le changement de direction des appareils était assuré pour le n°2 par la réaction du vent sur des volets, fourni par une hélice. Sur le 2F c’était bien à l’aide d’effet de gauchissement sur la voilure commandée par le manche à balai. Ainsi le devoir de l'ingénieur Christian de Pescara d’honorer son père, argentin qui aimait vivre en France est accompli. Aux historiens de résoudre cette page qui démontre qu’il ne suffit pas d’être un génie de la mécanique pour se battre contre des moulins à vent. Son père n’était pas hélas un compatriote de Don Quichotte.

L'américain de Bothezat présente en décembre 1922 un quadrirotor équipé de l'auto-rotation qui exècute des vols stationnaires remarquablement stables. Finalement, Étienne Oehmichen couvre un kilomètre en circuit fermé le 4 mai 1924 à Arbouans (près de Montbéliard). Son appareil est le n° 2, laboratoire volant (écrira Edmond Blanc, ingénieur de Centrale en 1930 dans son livre Toute l'aviation) qui se présente avec quatre hélices sustentatrices, quatre hélices d'évolution, une hélice tractive. La photo montre clairement le gyroscope central et le volé déflecteur à l'arrière de l'appareil. Enfin en 1926 M. Oehmichen construit un mono hélicoptère qu'il présentera en 1928. Cet appareil donnera de piètres résultats. Il reviendra à son appareil n°1 en créant l'Hélicostat.

Un article de 4 pages avec photos « L'hélicoptère supplantera-t-il l'avion » de P. James dans le n° 142 du 18 mai 1922 de Sciences et voyages. L'appareil n°1 d'Oehmichen est décrit comme une sorte d'hélicoptère car il n'a pu être classé par l'auteur dans les deux catégories de véritables hélicoptères. En 1927, est publiée une étude expérimentale des voilures tournantes par l'ingénieur de l'Aéronautique M. Lapresle. En effet le Laboratoire Eiffel est chargé, par le Service technique et industriel de l'Aéronautique, pendant les années 1924, 1925 et 1926, d'étudier leurs comportements par l'essai de maquettes de voilures d'autogires, de gyroptères et d'hélicoptères. Le recueil des essais a été publié en avril 1927. Il est rappelé qu'ils entendent, par fonctionnement en hélicoptère, celui relatif au cas où la voilure doit assurer à elle seule la sustentation et la translation. Ce n'est en aucun cas le n°2 de M. Oehmichen qui a 12 hélices : il y a autant d'hélices groupées que de direction à suivre. Cet appareil ne réussit qu'une ligne droite de 525 m le 17 avril 1924 (FAI), et il fut battu le lendemain par le marquis Pateras-Pescara. Ce record fut battu le 10 octobre 1930 à Rome par l'Italien Marinello Nelli qui parcourut une distance en ligne droite de 1 078 m en 8 min 45 sec (FAI). Il fit enregistrer cette durée de vol comme un record alors que Raoul Pateras-Pescara avait volé 10 min le 29 janvier 1924.

Dans les années trente, Louis Breguet et René Dorand réussirent à faire voler un appareil très réussi, le « gyroplane Laboratoire » qui réussit à voler à 100 km/h pendant une heure. C'est un hélicoptère pur coaxial, considéré comme le premier hélicoptère en France totalement contrôlable sur tous les axes, cependant il reste une machine encore expérimentale jusqu’en 1940. C'est L. Breguet et Richer qui inventent en 1907 le mot Gyroplane qui se trouve dans les encyclopédies Larousse de 1922.

La période 1919 à 1924 voit donc les réussites d'Étienne Oehmichen et Raul Pateras Pescara. En effet, en 1924, la France détenait, avec ce dernier, le 18 avril, le record de distance en véritable hélicoptère, enregistré par la Fédération aéronautique internationale (FAI) et avec le laboratoire volant d'Oehmichen, ceux de distance en circuit fermé et d'altitude avec un combiné comportant pas moins de 12 hélices.

Entre temps, de nombreux pionniers se sont lancés à leur tour dans l'aventure, dont les Allemands Heinrich Focke en 1937, Anton Flettner en 1939 et l'Américain d'origine russe Igor Sikorsky en 1939 avec son VS-300.

Technique  

Il existe plusieurs formules de construction d'hélicoptères. Le premier à breveter un projet qui l'utilisait a été l'allemand Heinrich Focke. Il est composé de deux parties essentielles :

• le rotor principal, dont l'axe est vertical, assure la sustentation (la portance venant de la vitesse de rotation et de l'incidence des pales), le vol en translation dans toutes les directions : verticale, longitudinale (avant, arrière) et latérale. Il assure également le contrôle d'attitude en tangage et en roulis de l'hélicoptère
• le rotor de queue ou rotor anti-couple, appelé habituellement RAC par les pilotes d'hélicoptère, dont l'axe est sensiblement horizontal. Il empêche l'hélicoptère de tourner sur lui-même lorsque le rotor principal tourne et permet d'assurer le contrôle en lacet. Le premier qui utilisa ce dispositif pour son appareil fût le Russe Yuriev en 1912. Voir voilure tournante

Voici quelques autres formules de construction d'hélicoptères :

• avec deux rotors de sustentation en tandem (l'un derrière l'autre, leur principal promoteur a été l'Américain Frank Piasecki. Ce système dans lequel les rotors tournent en sens inverse permet d'annuler le couple de réaction du rotor sur la cellule.

• avec deux rotors de sustentation coaxiaux (tournant autour du même axe) comme les appareils du constructeur russe Kamov ou les prototypes Bréguet. Les hélicoptères Pescara à partir de 1919 répondent à cette caractéristique définie en 1862 par Ponton d'Amécourt et les Larousse de 1922 à 1940. Cette configuration coaxiale est certes complexe, mais permet une très grande stabilité de vol en stationnaire ou à basse vitesse et un encombrement de rotor réduit, ce qui explique son succès auprès des entreprises de travaux aériens lourds qui utilisent fréquemment des hélicoptères russes Kamov.

• avec des rotors de sustentation dits « engrenants », dont la rotation est synchronisée de manière que leurs pales se croisent sans se toucher pendant la rotation, comme les machines du constructeur allemand Anton Flettner, reprises par l'Américain Kaman réalisateur du K-Max, qui de par leur conception font également l'économie d'un rotor anti-couple.

Cette boîte de transmission, élément primordial de l'hélicoptère, permet la transmission de la puissance des moteurs vers le rotor principal, ainsi que vers le rotor anti-couple (RAC). Elle est dimensionnée pour répondre à plusieurs contraintes mécaniques :

• réduction de vitesse (entre la prise de mouvement « entrée » et « sortie »)
• alimentation des accessoires
• renvoi d'angle.

Elle est composée généralement de plusieurs engrenages appelés planètes et satellites permettant de réduire les vitesses de rotation de sortie moteur (plusieurs dizaines de milliers de tours par minute pour les moteurs à turbine) et de transmettre la puissance au rotor principal (généralement aux alentours de 200 à 400 tr/min selon le diamètre rotor) ainsi qu'au RAC. Cette transmission de puissance est assumée par des engrenages (droits, hélicoïdaux, trains épicycloïdaux…). Au regard du couple transmis et des spécificités d'utilisation, le graissage est fait sous pression et refroidi par radiateur. La BTP comporte également une ou plusieurs roues libres, pour désolidariser le rotor du moteur pour le démarrage et aussi en cas de panne ou pour permettre l'autorotation sans frein. La roue libre est du type à galets : les galets sont coincés entre l'arbre menant à facettes et l'anneau extérieur de roue libre. Afin d'assurer une transmission de mouvement sans à-coups, un système à ressort plaque les galets contre l'anneau extérieur. Certains constructeurs prévoient un système de décrabotage qui permet de décoincer les galets de façon permanente : cela permet d'alimenter les accessoires sans entrainer les rotors arrière et principal. Les accessoires fixés sur la BTP sont généralement ceux qui ont besoin d'énergie mécanique : la ou les pompes hydrauliques, le ou les alternateurs, un entrainement pour le ventilateur (circuit de refroidissement huile BTP)…

Les pales du rotor principal sont généralement entraînées par le moteur au moyen d'une boîte de transmission, appelée par son sigle BTP (boîte de transmission principale). Cependant on a aussi essayé d'utiliser la force de réaction des gaz d'échappement en extrémité des pales comme sur le Djinn.

Elles ont un profil asymétrique ou symétrique et agissent en rotation suivant le même principe que les ailes d'un avion. Le rotor tournant toujours à vitesse angulaire constante, c'est la variation de l'angle d'incidence des pales (angle formé entre la corde de la pale et le vent relatif) qui provoque une modification du comportement du rotor, et par conséquent de la position de l'aéronef. Pour cabrer par exemple, il faut que le rotor ait un moment à cabrer. On modifie donc l'incidence de la pale de sorte que la portance de celle-ci soit maximale au passage à l'avant de l'appareil, et minimale à l'arrière de l'appareil. L'incidence de la pale varie donc de manière sinusoïdale en effectuant un tour rotor. Cette variation d'incidence est réalisable dans n'importe quelle direction. Elle est contrôlée par le pilote à l'aide du manche cyclique (l'équivalent du manche à balai sur un avion. L'autre manière de contrôler l'incidence des pales est réalisée au moyen de la commande de pas général (aussi appelée pas collectif) tenue par la main gauche du pilote. Cette variation d'incidence est identique sur chacune des pales (modification générale de l'incidence - appelé ou encore le pas - des pales) et permet de contrôler la portance générale générée par le rotor (pour prendre de l'altitude ou descendre).

L'entraînement du rotor principal entraîne un couple de réaction qui a tendance à faire tourner la cellule autour de lui et en sens inverse (3^e loi de Newton), sauf dans le cas d'un rotor mû par réaction (voir hélicoptère Djinn, à éjection d'air en bout de pale). Pour contrer cet effet indésirable, on place (pour les hélicoptères à un seul rotor principal), à l'extrémité de la poutre de queue un rotor secondaire plus petit et tournant dans un plan sensiblement vertical appelé rotor anti-couple (la présence de ce RAC est inutile sur un hélicoptère à principe contrarotatif (ex. : Kamov), c'est-à-dire constitué de deux rotors principaux l'un au-dessus de l'autre et tournant en sens opposés, annulant ainsi l'effet de couple. Le couple de réaction variant en fonction de l'incidence des pales du rotor principal (la résistance au vent est d'autant plus grande que l'angle que forme celui-ci avec la corde des pales augmente), la force à appliquer doit elle aussi pouvoir être réglée par l'intermédiaire du rotor anti-couple qui est commandé par deux pédales (le palonnier) situées aux pieds du pilote. Selon le sens dans lequel le pilote agit sur le palonnier (enfoncement de la pédale gauche ou de la pédale droite) il augmente l'incidence des pales du RAC, ce qui va davantage contrer le couple du rotor principal (« tirer » la queue), ou il diminue cette incidence et qui aura pour effet de laisser « filer » celle-ci. Le mouvement de giration en vol stationnaire est commandé à l'aide du palonnier. Selon que le rotor principal tourne dans le sens horaire comme sur les hélicoptères de conception française, soviétique et russe; ou en sens anti-horaire comme c'est le cas des hélicoptères de conception américaine, britannique, italienne ou allemande (avant la fusion entre la Deutsche Aerospace AG et Aérospatiale pour créer le groupe Eurocopter), le rotor anti-couple sera situé d'un côté ou de l'autre de la poutre de queue ou bien son souffle sera dirigé dans un sens ou dans l'autre, s'il est encastré dans un fenestron.

Le rotor anti-couple conventionnel peut être remplacé pour des questions de sécurité par le système NOTAR (pour NO TAil Rotor) qui effectue la même action au travers d'une turbine entraînée par le moteur soufflant dans la queue de l'air éjecté par des fentes (McDonnell Douglas MD-520N). Cette solution possède néanmoins l'inconvénient de ne pas atteindre l'efficacité d'un RAC de conception plus classique. Une autre solution, afin d'éviter l'emploi d'un rotor anti-couple, consiste à placer un deuxième rotor principal à l'arrière et tournant à l'inverse du premier et qui contre le couple de celui-ci (Boeing CH-47 Chinook). Une troisième possibilité consiste à utiliser deux rotors l'un au-dessus de l'autre et tournant aussi en sens inverse, appelé rotor contra-rotatif, chacun annulant le couple de réaction de l'autre (Kamov Ka-50) ou encore deux rotors contrarotatifs engrenants situés côte-à-côte sur des mâts rotor en V comme sur le Flettner Fl 282 Kolibri ou le K-Max de Kaman.

Pour déplacer l'hélicoptère dans une direction ou une autre, on bascule légèrement la composante de portance du rotor principal dans la direction souhaitée. La force de sustentation, perpendiculaire au plan formé par le rotor en rotation vu de côté et auparavant verticale, va donc être inclinée et « tirer » l'hélicoptère dans le sens désiré. Ceci est obtenu en augmentant de façon sélective l'incidence des pales : celle qui aura une incidence plus grande aura aussi une portance plus importante et aura tendance à se soulever par rapport aux autres, provoquant par là l'inclinaison du rotor.

Pour une pale donnée, au cours de sa rotation, son incidence va donc varier d'un angle donné au départ pour augmenter puis revenir à cette même valeur quand la pale aura terminé un tour complet. Puisqu'à chaque tour les pales connaîtront une modification de leur incidence de façon récurrente, on nomme ces changements d'état la variation cyclique et c'est pour cette raison que la commande qui provoque ces modifications est appelée commande de pas cyclique et tenue par la main droite du pilote (voir plateau cyclique). En complément, la force de sustentation ainsi inclinée garde la même valeur et voit sa composante verticale, servant effectivement à la sustentation de l'aéronef, diminuer ce qui provoque un enfoncement de celui-ci. Ceci est compensé en augmentant légèrement l'incidence générale des pales (main gauche), action qui demandera aussi une correction au niveau du palonnier.

Les pales sont de plus animées de deux types de mouvements au cours d'une rotation complète du rotor : le battement (flapping en anglais dans le sens vertical) et la traînée (lead/lag en anglais) dans le sens horizontal. Il s'agit de déplacements angulaires de la partie courante de la pale par rapport au pied de pale qui est fixé au niveau du moyeu rotor. Ces mouvements sont dus aux forces aérodynamiques s'exerçant pendant le vol d'avancement : la dissymétrie de portance est la différence de portance qui existe entre la moitié avançante du disque rotor et la moitié reculante. Elle provient du fait que dans la direction du vol, le vent relatif s’ajoute au vent relatif rotatoire de la pale avançante et se soustrait de la pale reculante. La pale qui passe la queue et qui avance du côté droit de l’hélicoptère possède une vitesse air qui atteint son maximum sur la position 3h de l’horloge. Lorsque la pale continue, la vitesse air est essentiellement réduite à la vitesse rotatoire de l’air sur le nez de l’appareil. En quittant le nez, la vitesse air décroît progressivement pour atteindre son minimum à 9 heures. La vitesse air ensuite augmente progressivement et atteint de nouveau la vitesse rotatoire en passant sur la queue.(voir photos de l'amortisseur entre les pales dans l'article plateau cyclique). Pour éviter une rupture de la pale aux points sollicités en flexion, celle-ci est équipée d'articulations et de butées ou amortisseurs spéciaux. Les pales modernes en matériau composite s'affranchissent de ces articulations. Le premier hélicoptère sans articulations fut le Bo 105 de Ludwig Bölkow.

 

Technique de vol  

Comme pour l'avion, la vitesse relative de l'air et de la voilure génère une action mécanique qui permet à l'engin de voler. On distingue deux composantes de cette action aérodynamique :

• la traînée qui est la résistance à l'avancement. De son action sur le rotor de l'hélicoptère, il résulte un couple tendant à faire tourner l'appareil autour de son axe, d'où la nécessité d'un dispositif anti-couple.
• la portance qui soulève l'appareil.

Le contrôle d'un appareil repose alors sur la gestion de cette portance .

Alors que sur les avions, des volets permettent de modifier la portance des ailes pour virer monter… sur l'hélicoptère, comme sur les éoliennes, on modifie le pas et l'inclinaison des pales. Cependant, il existe une différence. Si sur l'avion on agit individuellement sur chaque gouverne, sur l'hélicoptère on contrôle la portance d'une pale suivant sa position par rapport à l'appareil. C'est le rôle du plateau cyclique, pièce principale du dispositif de commande de vol.

Vol stationnaire.

Le rotor de l'hélicoptère étant entraîné à vitesse constante, les déplacements verticaux de l'hélicoptère sont obtenus par la seule modification du pas des pales. À ce stade du vol, la portance des pales reste identique sur un tour du rotor. Il existe une position où la portance globale s'oppose exactement au poids de l'appareil : l'hélicoptère peut rester immobile. Si elle lui est inférieure, l'appareil descend. Si elle est supérieure, il monte.

Équilibre en vol stationnaire

Déséquilibre

Déplacement stabilisé

Vol en translation.

Pour que l'hélicoptère avance il fa

ut une force à composante horizontale. Si on augmente la portance des pales lorsqu'elles passent derrière le rotor, leur plan de rotation s'incline vers l'avant, grâce à une articulation en battement reliant chaque pale à l'axe de rotation, et l'inclinaison de la portance produit la composante horizontale nécessaire. Il reste toutefois une composante verticale principale qui s'oppose au poids permettant le maintien en l'air, et la composante horizontale motrice engendre le mouvement d'avancement, donc accélération jusqu'à une vitesse où la traînée globale (résistance à l'avancement de l'hélicoptère) s'équilibrera avec la composante motrice.

Le principe est le même quelle que soit la direction de déplacement souhaitée.

En cas de panne du/des moteur(s), le pilote d'hélicoptère doit se poser en autorotation, c'est un cas de vol spécifique à l'hélicoptère mais aussi à l'autogire. Cette manœuvre peut s'apparenter au vol plané en avion.

Si le(s) moteur(s) ne tourne(nt) plus, les rotors ne sont donc plus entrainés. Les rotors peuvent continuer à tourner grâce à une roue libre, et au vent relatif qui souffle à travers le rotor principal (loi de Froude). Puisque les pales continuent à tourner, l'hélicoptère ne va pas tomber comme une pierre, sa chute est ralentie, et même contrôlée, seulement ses vitesses horizontales et verticales sont encore trop grandes, le pilote va effectuer différentes actions permettant d'amener son hélicoptère dans une configuration permettant un posé en douceur.

Lors d'une panne moteur, le pilote d'un hélicoptère doit effectuer les actions suivantes :

Mise en autorotation

Il s'agit pour le pilote de baisser rapidement le pas général (jusqu'à la butée de plein petit pas si nécessaire), puis ensuite de maintenir un régime rotor dans une plage autorisée (indiqué sur l'instrument correspondant) d'après le manuel de vol du constructeur de l'appareil. Il s'agit de rester en-dessous du régime rotor principal maximum autorisé.

Descente

Il faudra ensuite conserver une vitesse horizontale de l'ordre de 50 à 70 kt pendant la descente. Le pilote peut prendre la vitesse qu'il souhaite suivant l'aérologie et le relief. (Le taux de chute pouvant tout de même aller jusqu'à 1500 - 2000 ft/min). Le pilote devra alors choisir un secteur d'atterrissage adapté pour se poser avec de préférence une composante de vent de face (c’est-à-dire avec un vent de secteur avant plus ou moins).

Atterrissage

À une hauteur sol dépendant de plusieurs facteurs (le type d'hélicoptère, le taux de descente, de la vitesse propre et aussi de la vitesse sol finale recherchée), il devra tirer sur la manette de pas général pour augmenter la portance et diminuer la vitesse de descente, il faut ensuite réaliser un flare en cabrant la machine. Le flare va permettre de diminuer (casser) la vitesse horizontale afin de pouvoir réaliser un atterrissage, soit glissé en sécurité, soit posé à plat si le sol ou l'environnement ne permet pas un posé glissé. Enfin à une hauteur comprise entre 3 ft et 10 ft (soit entre 1 m et 3 m) reprendre une assiette nulle ou très légèrement positive et soutenir la machine au pas général pour amortir le contact avec le sol en convertissant l'énergie cinétique du rotor en force de sustentation. L'art de l'autorotation réside dans le dosage de cette mise de pas : effectuée trop haut, l'appareil se retrouve sans tours rotor, donc sans portance et risque de heurter le sol violemment, effectuée trop tard ou mal dosée et l'appareil heurte le sol avec une vitesse verticale importante et peut être là aussi être gravement endommagé, voire détruit.

Le pilote possède trois principaux systèmes de commandes : le levier de pas cyclique (manche), le pas général (ou collectif) et les palonniers (pédales). Le cyclique contrôle l’inclinaison du rotor principal en créant une modification de l'angle d'incidence des pales.

Le collectif contrôle l’angle de pas de toutes les pales, ce qui a pour conséquence de modifier la portance générée par le rotor.

Le palonnier augmente ou diminue l'incidence des pales du rotor de queue, et donc la force de poussée générée par celui-ci. Il faut bien avoir à l'esprit que la poussée du RAC doit permettre de compenser le couple généré par le rotor principal. Ainsi, toute variation de la puissance mise en jeu sur le rotor principal, donc de la position du collectif, nécessite une action au palonnier.

Tout ceci fait que l’hélicoptère est une machine incroyablement complexe du point de vue aérodynamique comme nous l'avons vu plus haut mais c'est aussi et de très loin la plus manœuvrable.

• le dispositif anti-couple
• le plateau cyclique
• le rotor principal

Utilisations 

L'hélicoptère possède un avantage considérable sur l'avion : son aptitude à effectuer un vol stationnaire (maintenir une position fixe en vol -ou sustentation-) qui lui permet d'atteindre des endroits inaccessibles à son homologue à voilure fixe qui doit presque toujours utiliser une piste. En contrepartie, l'hélicoptère a besoin d'un moteur bien plus puissant afin de se soulever du sol, limitant en cela sa capacité d'emport.

Les particularités qui font l'intérêt de l'hélicoptère sont sa capacité à décoller et atterrir verticalement, son accès possible aux lieux étroits et la possibilité de se déplacer lentement et dans tous les axes (en particulier latéralement et à reculons). L'hélicoptère est donc doué d'une manœuvrabilité adaptée à un certain nombre de situations spécifiques.

On appelle activités civiles tout ce qui n'est pas expressément militaire. Elles comprennent donc, en plus des hélicoptères privés et des sociétés de transport de passagers ou de travail aérien, les activités dites « parapubliques » comme les services :

• de police et de gendarmerie (voir aussi Recherche et sauvetage) ;
• du SAMU ou aide médicale d'urgence assistance médicalisée par hélicoptère ;
• de lutte contre les incendies par hélicoptère HBE (hélicoptère bombardier d'eau)(voir aussi avions bombardiers d'eau) ;
• la sécurité civile, pour l'évacuation d'urgence et le sauvetage de personnes.

Mais aussi, les activités de l'aviation civile :

• transport de passagers sur des lignes régulières (comme la liaison Nice-Monaco) ;
• transport à la demande, et/ou VIP (et le baptême de l'air).
• transport off shore (activité spécifique assez différente du transport à la demande, qui consiste au transport d'ouvriers sur des plates-formes pétrolière) ;
• transport de marchandises (ou levage de matériel de construction et de travaux) ou bien pour acheminer du matériel ou du fret en urgence pour des usines (comme dans l'automobile par ex.) ;
• épandage agricole (dispersion d'engrais ou d'eau sur des surfaces difficiles d'accès) ;
• dépose de pilote de port (généralement sur des navires pour l'accostage de ces derniers au port) ;
• école (pour former des pilotes privées et les professionnels, ou pour maintenir les qualifications et les compétences) ;
• vols techniques (vols de maintenance mais aussi les relevés topographiques, relevés électriques, dans ces derniers cas l'appareil doit être alors spécialement équipé pour ces types de relevés) ;
• vols de prises de vues aériennes ou reportage photo ou vidéo (La Terre vue du ciel, Home, ou encore le Paris-Dakar et le Tour de France, Pékin Express) ;
• assistance de personnel pour la réalisation de travaux (sur des lignes à hautes tension comme sur les pylônes ou en montagne pour la construction de pylône ou sur des chantiers) ;
• surveillance de lignes électriques ou d'éoliennes (RTE pour EDF et la SNCF) ;
• relevé de données servant à calibrer des stations pour l’émission d'ondes hautes fréquences (comme lors de la mise en place de la TNT) ;
• lutte anti-acridienne (dispersion dans l'atmosphère de produits pour l'élimination d'insectes (généralement en Afrique) ;
• prospection minière (équipements spécifique peuvent être nécessaires pour ce type de mission particulier) ;
• assistance sismique pour la recherche pétrolière.

Comme on peut le voir l'hélicoptère a des missions aussi diverses que variées.