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| Category: | Theory of Flight |  |
| Content source: | SKYbrary |  |
| Content control: | Pilotes aériens |  |
Autorotation d’hélicoptère
Définition
Autorotation est une condition de vol d’hélicoptère au cours de laquelle le rotor principal d’un hélicoptère est entraîné uniquement par des forces aérodynamiques sans puissance du moteur. Il s’agit d’une manœuvre où le moteur est désengagé du système de rotor principal et où les pales du rotor sont entraînées uniquement par le flux d’air ascendant à travers le rotor. En d’autres termes, le moteur n’alimente plus le rotor principal. Un vecteur de la poussée du rotor dans un hélicoptère est utilisé pour donner une poussée vers l’avant en vol motorisé; ainsi, lorsqu’il n’y a pas d’autre source de poussée dans un hélicoptère, il doit descendre en autorotation.
Autorotation Après une Défaillance du moteur ou du Rotor de queue
La raison la plus courante d’une autorotation est une panne moteur (ou une panne des deux moteurs dans le cas d’un hélicoptère bimoteur), mais des autorotations peuvent également être effectuées en cas de défaillance complète du rotor de queue, car il n’y a pratiquement aucun couple produit en autorotation. (Bien que dans ce cas, le moteur doit être arrêté dans les dernières étapes de l’approche pour éviter une réponse du couple moteur au moment de l’atterrissage.)
En cas de panne du moteur, l’unité de roue libre désengage automatiquement le moteur du rotor principal, ce qui permet au rotor principal de tourner librement. Essentiellement, l’unité de roue libre se désengage chaque fois que le régime moteur (ERPM) est inférieur au régime rotor (RRPM).
Le constructeur spécifie un RRPM minimum et maximum pour chaque type d’hélicoptère. La plage de RPM normale est indiquée sur la jauge de RPM sous la forme d’un arc vert, avec des plages de mise en garde autorisées marquées en jaune ou en ambre et entourées d’une marque rouge indiquant le minimum et le maximum autorisés.
Au moment de la panne moteur, les pales du rotor principal produisent une portance et une poussée par une combinaison de leur angle d’attaque et de leur vitesse. Lorsque la puissance du moteur tombe en panne, la composante de traînée réduit rapidement la vitesse du rotor. Le Manuel de vol stipulera un RRPM minimum, en dessous duquel, si la vitesse du rotor diminue, il peut être impossible de récupérer le RRPM à une valeur de vol: le rotor décrochera entièrement et cessera de tourner. Le pilote doit donc, en cas de panne de la puissance du moteur, réduire immédiatement le pas collectif (et ainsi diminuer à la fois la traînée induite par la portance et la traînée du profil des pales), ce qui entraîne une descente immédiate de l’hélicoptère, produisant ainsi un flux d’air ascendant à travers le système de rotor. Ce flux d’air ascendant à travers le rotor modifie les vecteurs de portance et de traînée le long de l’envergure des pales pour produire une section intérieure où la traînée agit dans le plan de rotation des pales : et les maintient ainsi en rotation. Cela fournit une poussée suffisante pour maintenir le régime du rotor tout au long de la descente, tout en produisant une certaine portance. Néanmoins, les taux de descente en autorotation sont généralement de 1 500 à 2 000 pi / min dans de nombreux hélicoptères, et peuvent être plus élevés dans certains. Comme le rotor de queue est entraîné par la transmission du rotor principal pendant l’autorotation, l’équilibre est maintenu comme en vol normal.
Plusieurs facteurs affectent le taux de descente en autorotation: Altitude densité, Poids brut, Vitesse anémométrique et Régime rotor (RPMR):
- À des altitudes à haute densité, le taux de descente sera plus élevé car l’air est moins dense.
- Des poids bruts élevés augmenteront à la fois le taux de descente et la RPR.
- À une vitesse de descente inférieure à la vitesse de descente minimale recommandée, la vitesse de rotation sera vers l’extrémité inférieure de la plage autorisée, et à une vitesse supérieure, la vitesse de rotation maximale peut être vers l’extrémité supérieure de la plage autorisée.
Le contrôle principal de la vitesse de descente est la vitesse anémométrique. Des vitesses plus ou moins élevées sont obtenues avec un contrôle cyclique de l’assiette en tangage par manche, tout comme en vol normal.
En théorie, le pilote a un choix de vitesses pour faire varier l’angle de descente, d’une descente verticale à la portée maximale, qui est l’angle de descente minimum. La vitesse de descente est élevée à vitesse anémométrique nulle et diminue au minimum à environ 50 à 70 nœuds pour la plupart des hélicoptères légers et moyens, selon le type d’hélicoptère particulier et les facteurs qui viennent d’être mentionnés.
À mesure que la vitesse anémométrique augmente au-delà de ce qui donne le taux de descente minimum, le taux de descente augmente à nouveau. De telles conditions peuvent donner lieu à une autonomie supplémentaire en autorotation et, à mesure que la vitesse de rotation augmente avec l’augmentation de la vitesse anémométrique, la vitesse de rotation peut être contrôlée à une valeur réduite (dans les limites du Manuel de vol) en utilisant un pas collectif supplémentaire : cela maximisera normalement la portée.
De même, à tour de rôle, en raison de l’augmentation de la charge de la pale, les TR/min auront tendance à augmenter, et le pilote devra peut-être utiliser de petites augmentations de pas collectif pour maintenir les TR/min dans les limites spécifiées par le constructeur.
Lors d’un atterrissage en autorotation, l’énergie stockée dans les pales rotatives est utilisée pour diminuer la vitesse de descente et effectuer un atterrissage en douceur. Une plus grande quantité d’énergie du rotor est nécessaire pour arrêter un hélicoptère avec un taux de descente élevé que pour arrêter un hélicoptère qui descend plus lentement. Par conséquent, les descentes autorotatives à très basse ou très haute vitesse sont plus critiques que celles effectuées à la vitesse minimale de descente.
De plus, il y aura une vitesse d’autorotation au-dessus de laquelle les sections de traînée arrière des pales du rotor s’étendent le long de l’envergure des pales au point que le rotor commencera maintenant à ralentir nettement. Cette vitesse est normalement exprimée sous forme de limitation de vitesse dans le Manuel de vol pour l’autorotation. Étant donné que la RPM est à sa valeur la plus basse dans une autorotation à vitesse nulle ou à vitesse faible, et qu’il n’y a pas de vitesse effective pour une manœuvre d’arrondi avant le toucher des roues (voir ci-dessous), l’inertie du système de rotor peut être insuffisante pour dissiper la vitesse de descente avant le toucher des roues. C’est particulièrement le cas dans les hélicoptères avec des systèmes de rotor à faible inertie, tels que, généralement, les modèles R22, Rotorway, Enstrom et quelques autres. Deuxièmement, l’autorotation de la vitesse de portée place l’hélicoptère dans une configuration qui devra être modifiée en temps opportun pour que le pilote puisse effectuer un atterrissage en autorotation (ou hors moteur). L’hélicoptère devra être décéléré à une vitesse sol appropriée pour l’atterrissage et la course au sol le long de la zone d’atterrissage, que ce soit sur son patin ou son train d’atterrissage à roues.
L’application pratique de l’entraînement à l’autorotation est analogue à la pratique de l’Atterrissage forcé sans Puissance effectuée par les pilotes d’avion. Tout comme dans le cas de l’avion, le pilote d’hélicoptère peut simplement réappliquer de la puissance pour déclencher une remise des gaz à n’importe quelle hauteur, et (sauf dans les cas où la manette des gaz doit être manipulée par le pilote en coordination avec une application de tangage collectif) dans la plupart des cas, il s’agira simplement de relever le levier collectif et de régler la puissance de montée, avec un réglage approprié de l’assiette en tangage.
Pendant l’autorotation, l’hélicoptère reste parfaitement manœuvrable et une combinaison de virages et/ou de changements de vitesse peut être utilisée pour ajuster la trajectoire de vol et manœuvrer l’avion vers une zone d’atterrissage appropriée.
Les autorotations pour toucher au sol ou les atterrissages hors moteur (EOL) sont pratiquées de façon routinière dans presque tous les hélicoptères monomoteurs et constituent une manœuvre requise pour les tests de compétences. Lors de la formation en fin de vie, l’instructeur ou l’examinateur retardera l’accélérateur ou inhibera le système de régulation du moteur, de sorte que le moteur reste au ralenti lorsque le levier collectif est levé. Ces manœuvres sont donc proprement appelées Atterrissages Simulés Hors Moteur (SEOL), car le moteur n’est pas réellement arrêté.
Technique d’atterrissage en autorotation
Lorsque des virages sont effectués afin de respecter la zone d’atterrissage choisie, l’objectif doit toujours être que l’hélicoptère soit aligné avec la zone d’atterrissage au plus tard à 300 pieds agl en autorotation régulière, à l’IAS recommandée (qui sera normalement de quelques nœuds supérieure à la vitesse minimale de Descente IAS afin de maximiser les avantages de la fusée éclairante, discutée ci-dessous). À une hauteur appropriée (typiquement entre 40 et 100 pieds selon le type d’hélicoptère), la vitesse est réduite à une vitesse confortable pour un atterrissage en course en utilisant une assiette décélérative en piqué. L’évasement a l’avantage à la fois de réduire la vitesse d’avancement et d’augmenter la RPM pendant l’évasement, ce qui augmentera l’énergie stockée dans le rotor: nécessaire pour amortir le toucher des roues. La portance supplémentaire créée pendant l’évasement réduit le taux de descente. La vitesse au toucher des roues et la course au sol qui en résulte dépendent du taux et de la quantité de fusée éclairante. Plus le degré de fusée est élevé et plus il est maintenu longtemps, plus la vitesse de toucher des roues est lente et plus la course au sol est courte. Plus la vitesse souhaitée au toucher des roues est lente, plus le timing et la vitesse de la fusée doivent être précis, en particulier dans les hélicoptères à rotor à faible inertie.
Comme l’arrondi augmente normalement le taux de rotation par minute, le pilote peut (sauf dans les hélicoptères à rotor à faible inertie) soulever légèrement le levier collectif à la fin de l’arrondi. (La faible augmentation de la hauteur collective est souvent appelée « chèque ».) Cela aura pour effet d’utiliser une partie des RPR supplémentaires pour donner une poussée supplémentaire du rotor, ce qui diminuera à la fois le taux de descente et fournira plus de décélération, car la poussée du rotor agit à l’opposé de la direction du mouvement vers l’avant.
L’assiette évasée ne peut pas être maintenue jusqu’au toucher des roues, sinon la queue de l’hélicoptère frappera le sol en premier. Ainsi, une fois l’arrondi terminé, le pilote doit sélectionner à nouveau une assiette en tangage de niveau à l’aide du manche cyclique avant le toucher des roues.
Dans les dernières étapes de la fin de vol, l’hélicoptère est en assiette plate, avec une vitesse anémométrique avant relativement faible et avec seulement l’inertie restante dans le rotor pour aider le pilote à effectuer un touché en douceur. Le pilote devra lever le levier collectif pour utiliser une partie ou la totalité de l’énergie de portance restante dans le système de rotor pour amortir le toucher des roues.
Il est essentiel que le cyclique et les pédales soient coordonnés tout au long de l’arrondi et du toucher des roues, de sorte que l’hélicoptère touche le sol en courant droit. Après le toucher, le levier cyclique et le levier collectif ne doivent pas être déplacés tant que la course d’atterrissage n’est pas terminée et que l’hélicoptère ne s’arrête pas. Cependant, les pédales de lacet doivent être utilisées, si nécessaire, pour s’assurer que le roulis reste droit.
Exercice aérien: Autorotation en ligne droite vers EOL
Une Autorotation en ligne droite vers SEOL est souvent utilisée pour pratiquer les dernières étapes d’une autorotation de touché . Étant donné que dans une pratique d’atterrissage forcé, l’objectif est toujours d’être au niveau des ailes et à l’IAS recommandée pour une fin de vie de 300 pieds agl, à partir de ce moment, la procédure, et en particulier la gestion de l’énergie de la RPRPM, est généralement la même.
Reportez-vous à la figure ci-dessus (position 1). Dès le vol en palier à la vitesse anémométrique recommandée par le constructeur, au-dessus de 500 pieds AGL et en direction du vent, abaissez doucement, mais fermement, le levier de pas collectif jusqu’à la position de descente complète, en maintenant le RPM dans l’arc vert.
Coordonnez le mouvement collectif avec les pédales de lacet pour maintenir l’équilibre et utilisez le manche cyclique pour régler l’assiette de tangage afin de sélectionner et de maintenir la vitesse souhaitée. Dans les hélicoptères à moteur à piston, une fois que le collectif est complètement abaissé, diminuez la manette des gaz pour assurer une division nette des aiguilles. Après avoir fendu les aiguilles, réajustez la manette des gaz pour maintenir l’ERPM au-dessus de la vitesse normale de ralenti, mais pas assez élevée pour provoquer le réajustement des aiguilles. Le fabricant recommande souvent de régler l’ERPM. Différentes techniques de gestion du moteur peuvent être spécifiées dans le Manuel de vol pour les hélicoptères à turbomoteurs et d’autres dotés de systèmes de régulation du moteur.
À la position 2, l’avion devrait être en autorotation à l’IAS autorotative recommandée, avec IAS stable, RRPM dans le secteur vert et avec l’hélicoptère en équilibre.
À environ 40 à 100 pieds au-dessus de la surface, ou à la hauteur recommandée par le constructeur (position 3), l’arrondi est amorcé, en choisissant une assiette décélérative avec un manche cyclique à l’arrière suffisant pour réduire la vitesse anémométrique vers l’avant et diminuer la vitesse de descente. Il faut veiller à ce que le manche cyclique ne soit pas déplacé vers l’arrière de manière brusque au point de faire monter l’hélicoptère, ni à ce qu’il soit déplacé trop lentement, car il y aura alors peu d’effet de fusée pour aider à arrêter la descente. L’évasement peut être une manœuvre » une seule fois » jusqu’à une assiette en piqué définie, ou appliqué progressivement, mais de manière à éviter toute assiette en tangage extrême. Le RRPM devrait augmenter pendant la fusée éclairante, et une augmentation marquée du RRPM permet au pilote d’effectuer un petit mouvement ascendant (ou « contrôle ») du levier collectif pour maximiser la portance et la décélération avec l’hélicoptère dans l’assiette évasée.
Au fur et à mesure que la garde au sol entre la queue de l’hélicoptère et le sol diminue et que la vitesse vers l’avant a diminué pour atteindre un rythme de course apparemment rapide (position 4), le cyclique est déplacé vers l’avant pour placer l’hélicoptère dans l’assiette du fuselage à niveau pour l’atterrissage. La hauteur à ce moment devrait être d’environ 8 à 15 pieds AGL, selon la hauteur recommandée par le fabricant. Une extrême prudence doit être utilisée pour éviter une attitude excessive du nez haut et de la queue basse en dessous de 10 pieds.
À ce stade, il ne reste que l’inertie restante dans le système de rotor pour assurer la portance et l’hélicoptère descendra à faible vitesse vers l’avant (position 5). Le pilote doit augmenter le pas collectif, au besoin, pour vérifier la descente et amortir l’atterrissage. Les pédales de lacet sont utilisées pour maintenir le cap lorsque le pas collectif est augmenté, en raison de la réduction de la RPM et de l’effet réduit du rotor de queue.
Après le toucher des roues et après l’arrêt complet de l’hélicoptère, le levier collectif est abaissé en position de descente complète. Aucune tentative ne doit être faite pour tenter d’arrêter la course au sol vers l’avant avec un cyclique arrière, car les pales du rotor principal peuvent heurter la poutre de queue à faible RPM. Au contraire, en abaissant légèrement le collectif pendant la course au sol, plus de poids est placé sur le train d’atterrissage, ce qui ralentit l’hélicoptère.
Pour résumer la technique de fin de vie à partir d’une autorotation en régime permanent à l’IAS recommandée : ÉVASEMENT (ou F-L-A R-E), NIVEAU de CONTRÔLE (sauf les systèmes de rotor à faible inertie) et COUSSIN.
Erreurs courantes en autorotation
- Ne pas utiliser suffisamment de pédale antitorque lorsque la puissance est réduite.
- Abaissement brusque du nez en cas de perte de courant. Le déchargement du système de rotor entraîne une perte supplémentaire de RPM, et l’attitude d’accélération peut entraîner un gain excessif en IAS et une augmentation du taux de descente.
- Omission de maintenir la RPR dans les limites du Manuel de vol pendant la descente.
- Défaut de maintenir l’IAS recommandée pour laquelle la torche est efficace
- Torchage à la mauvaise hauteur.
- Torchage trop agressif ou pas assez agressif.
- Terminer la torche trop haut et / ou …..
- ….application du levier collectif ascendant à une hauteur excessive, entraînant un atterrissage brutal, une perte de contrôle du cap et des dommages possibles au rotor de queue et aux butées de pale du rotor principal.
- Défaut de mise à niveau de l’hélicoptère avant l’atterrissage.
Accidents et incidents
- AS32, en route, Norvège, Mer du Nord, 1998: Le 20 octobre 1998, en mer du Nord, un Super Puma Eurocopter AS332L exploité par Norsk HeliKopter AS a subi une panne moteur avec autorotation et a perdu de la hauteur. L’équipage a mal identifié le moteur défectueux et a réduit la puissance du moteur en état de fonctionnement restant. Cependant, l’erreur a été détectée juste à temps pour que l’équipage puisse reprendre le contrôle de l’hélicoptère.
- Génération de Vortex de sillage par hélicoptères
- Anneau de Vortex
- Boîte à outils SMS pour hélicoptères
- Examen de la sécurité des hélicoptères offshore 2014 UK CAA
Lecture supplémentaire
- H-8083-21A: « Helicopter Flying Handbook »; FAA, 2012