HÉLICOPTÈRE : AÉRODYNAMIQUE ET PERFORMANCES

HÉLICOPTÈRE : AÉRODYNAMIQUE ET PERFORMANCES Version 1.0 03 septembre 2021 Page 1

© IVAO HQ – IVAO France – Training Dep. Antoine Coulon

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HELICOPTERE : AÉRODYNAMIQUE ET PERFORMANCES

1. L’aérodynamique en hélicoptère

1.1. La portance

Tout comme un avion, un hélicoptère est capable de voler grâce à la production de portance. A contrario, la

portance d’un hélicoptère est générée par l’angle de « pas » modifié par la commande de « pas général » et

à l’aide de la rotation du rotor principal.

1.2. La force anti-couple (ou l’équilibre des forces)

Cf. Hélicoptère – Les techniques de vol.

2. Les performances

2.1. Notion d’effet de sol

L’effet de sol est un résultat aérodynamique très connu en hélicoptère mais présent aussi en avion. Ce

phénomène apparait lorsqu’un aéronef se trouve proche du sol sans pour autant le toucher, rendant l’appareil

instable. On parle vulgairement de « refus de sol ».





Cet air instable se trouvant sous l’aéronef agit tel un coussin d’air. Le flux d’air à l’intérieur d’un rotor en

puissance (c.à.d. lorsque le moteur entraine le rotor) s’effectue du haut vers le bas en accélérant à travers

le disque rotor selon la théorie de Froude.

Or, ce flux rencontre un obstacle (le sol) sur lequel les flux d’air rebondissent et repartent vers le haut. Ces

rebonds permettent de porter ou de « supporter » une partie de la masse de l’hélicoptère et d’économiser de

la puissance en augmentant la portance.

De ce fait, pour maintenir le stationnaire à masse égale un hélicoptère aura besoin de moins de puissance

dans l’effet de sol (D.E.S) que hors de l’effet de sol (H.E.S)

Cependant cet effet de sol est dépendant de plusieurs facteurs. Le plus important d’entre eux est la hauteur

du stationnaire de l’hélicoptère. On estime alors que la hauteur maximale de l’effet de sol est de l’ordre d’un

diamètre du disque rotor.

Ainsi plus la hauteur est faible, plus l’effet de sol est important.

Le gain associé à l’effet de sol résulte d’une augmentation de la portance (Fn) créée par une augmentation

de pression sur l’intrados des pales.

Cette valeur s’exprime en pourcentage et dépend de la hauteur de l’hélicoptère :

- Si Hauteur stationnaire = 1/3 Diamètre du disque rotor alors Fn = +20%

- Si Hauteur stationnaire = 1/2 Diamètre du disque rotor alors Fn = +10%

- Si Hauteur stationnaire ≈ Diamètre du disque rotor alors gain de Fn négligeable.









La nature du sol influe également sur cet effet de sol : des surfaces en herbes hautes, en eau ou en pente diminuent l’efficacité de l’effet de sol. A contrario d’une surface en dur et plane où l’effet de sol atteindra le maximum de son efficacité.

2.2. Les conditions atmosphériques

Les performances (et donc l’efficacité de l’hélicoptère) dépendent étroitement des conditions atmosphériques

dans lesquelles il évolue. L’air sur lequel le rotor s’appuie pour générer de la portance voit ses conditions

varier selon deux critères fondamentaux :

- La densité de l’air

- La température de l’air.

En effet, plus l’air est chaud, moins il est dense et donc les performances du rotor principal sont diminuées.

Il en est de même lorsque l’altitude augmente, puisque la densité de l’air diminue. Les deux facteurs peuvent

aussi se cumuler.

Vous trouverez ci-dessous des exemples chiffrés de valeur de masses maximums autorisées pour le

décollage en fonction de paramètre d’altitude et de température.













2.3. Les équipements optionnels

Les équipements optionnels : dispositifs de flottaison, panier à ski, caméra externe,

bearpaw (cf. photo), trains d’atterrissage haut, etc... sont des équipements rajoutés

pénalisant les performances de l’hélicoptère.

3. La puissance en hélicoptère

3.1. Les différentes puissances

Ci-dessous, quelques définitions expliquant la puissance nécessaire afin d’être en sustentation dans l’air :

Pour économiser de la puissance, il est nécessaire d’associer une faible variation de vitesse et un gros débit

d’air, d’où le grand diamètre des rotors. En vol d’avancement, le débit d’air brassé par le rotor augmente

avec la vitesse, ce qui réduit la puissance nécessaire à la sustentation.

Inversement, les résistances de traînée aérodynamique augmentent.

De ce fait la variation de puissance n’est pas linéaire et met en évidence la variation notable de puissance à

haute vitesse.

3.2. La courbe de puissance

La puissance nécessaire à la sustentation de l’hélicoptère n’est pas illimitée mais dépend obligatoirement de

la celle délivrée par le ou les moteurs.





Le diagramme précédent montre la puissance maximale disponible générée par le moteur ainsi que la courbe

de puissance totale pour maintenir l’hélicoptère en sustentation à altitude constante en fonction de sa

vitesse :

- Le point A indique la puissance nécessaire pour tenir le stationnaire Hors Effet de Sol (H.E.S)

- Le point B indique la puissance nécessaire pour tenir le stationnaire Dans l’Effet de Sol (D.E.S)

- Le minimum de la courbe de puissance : permet d’obtenir la consommation horaire minimum et donc

l’autonomie maximale

- Le point C permet d’obtenir la finesse Max ou rayon d’action maximum (à savoir la distance maximale

atteinte en consommant le moins de carburant)

- La différence entre la puissance nécessaire et la puissance maximale est appelée réserve de

puissance.

3.3. Les facteurs influençant la puissance

3.3.1. Pour les turbomoteurs

Hormis les éléments cités ci-dessus, le chauffage et le désembuage constituent des facteurs

supplémentaires réduisant la puissance maximale disponible par le moteur.

En effet, pour faire fonctionner ces deux éléments, une ponction d’air au niveau de l’étage du compresseur

du moteur à turbine est effectuée. Cet air comprimé et chaud est directement prélevé dans la masse d’air

nécessaire au mélange air/essence.

Ce mélange est donc plus riche: il aura un pouvoir calorifique supérieur au mélange stœchiométrique, ce qui

entrainera une élévation de la température des gaz d’échappement en sortie de tuyère (ou E.G.T: Exhaust

Gaz Temperature).

Cette indication (E.G.T. ou T4 en fonction des modèles d’hélicoptères) constitue un des trois paramètres

moteur permettant au pilote de connaître la réserve de puissance du moteur.





Cf. Hélicoptère – les commandes et instruments.

3.3.2. Pour les moteurs à pistons

Le chauffage/désembuage n’a pas d’impact sur la puissance du moteur car généralement cet air est

directement pris de l’extérieur puis conduit autour de la tuyauterie de l’échappement où il se réchauffe avant

d’être délivré dans la cabine.

Cependant, pour les moteurs à piston fonctionnant à l’aide d’un carburateur (comme sur les modèles

Robinson R22 et R44 Raven I), un dispositif spécial appelé « réchauffe carbu » est installé.

Le carburateur est un dispositif qui permet de réaliser le mélange air/essence par l’action d’un papillon des

gaz. Pour ce faire, ce dernier utilise l’effet Venturi pour créer une dépression. Il s’agit d’un phénomène

physique répondant à la loi de Bernouilli.

Cette dernière établie qu’au passage d’un fluide dans une section rétrécie, la vitesse de ce flux va augmenter

et créer une forte décroissance de sa température.

Or, dans ce carburateur, le mélange composé d’air et d’essence subissant une forte chute de température

peut givrer jusqu’à empêcher tout passage du carburant au moteur et donc donner lieu à une extinction

moteur.

Pour pallier à ce problème, le pilote à l’aide d’une sonde de température carburateur peut agir en décidant

d’utiliser la « réchauffe carbu ». Ce système permet d’envoyer plus ou moins d’air chaud dans le carburateur

pour éviter toute forme de givrage.

Cependant cet air chaud alimentant le moteur est donc moins dense et va diminuer les performances de

puissance.

L’utilisation de cette réchauffe carburateur doit être faite selon les procédures décrites au manuel de vol. Par

exemple, sur Robinson R22, la réchauffe carburateur doit être tirée plein chaud lorsque le pas général est

descendu.

Robinson estime que l’utilisation plein chaud de la réchauffe carburateur diminue de 1.5 Pouces la puissance

maximale disponible.





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