LE MECANISME D HELICOPTERE

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1 LE MECANISME D HELICOPTERE Partie 1 Qu est-ce que cet engin bizarre? Certains auront peut-être reconnu une vague silhouette simplifiée d hélicoptère, débarrassé de sa coque. S il ne vole évidemment pas, cet ensemble possède en simplifié- exactement les mêmes éléments mécaniques et de pilotage qu un spécimen réel. Il a les mêmes commandes, mêmes mécanismes (dans les principes), mêmes rotors (hélices pour le profane). Tout cela en dépit des aspects visuels différents de la réalité, notamment dans les proportions, mais aussi dans la présentation des commandes. Il est directement inspiré du modèle ALOUETTE, né vers 1955, mais toujours en service. Pour des questions pratiques d adaptation au Meccano mais aussi d encombrement; les dimensions proportionnelles, la construction ont été changées, mais restent conformes à la réalité fonctionnelle. Le châssis visible en bas de la photo permet une meilleure vision des mécanismes évoqués. Il n existe évidemment pas en réalité. Cette réalisation est la copie d un modèle mis au point par un ingénieur aéronautique retraité, Patrick BRIENT, passionné lui aussi par le Meccano. Cette construction mesure «hors tout» 1,10 m de longueur, 0,72m de hauteur. Evidemment, désormais, les mécanismes décrits ont laissé la place à des systèmes plus sophistiqués, de type «joystick» et autres multiples écrans électroniques. Mais ces modifications ne changent rien aux principes généraux expliqués, pas plus qu aux «vieux» systèmes mécaniques toujours en place et encore exploités.

2 POUR INFORMATION PREALABLE, QUELQUES GRANDS PRINCIPES : En gros, la «grande hélice horizontale» (le rotor principal) fait tout le travail (s élever, avancer, opérer les virages, reculer). L hélice verticale à la queue (rotor anticouple) sert à maintenir la trajectoire en droite ligne et/ou à virer, parfois à tourner sur place - par exemple en vol stationnaire - jamais à avancer. Sans cet outil, l hélico tournerait sans cesse sur lui-même. Dans un modèle ALOUETTE, le moteur fait tourner simultanément les deux rotors (principe universel), à des vitesses très différentes, assez rapide en queue (2000 tours/minute), beaucoup plus lente au milieu (400 tours/minute maxi pour le rotor principal). Un moteur d hélicoptère tel que celui-ci tourne à la vitesse d environ tours/minute, car c est un moteur à turbine. La puissance développée est de l ordre de 600 chevaux, pour un poids moteur de quelques 150 kg! C est dire combien il est nécessaire de démultiplier la vitesse du moteur pour actionner le grand rotor. Ce type de moteur explique le bruit important généré par ces engins. Lorsque l hélico avance, on entend souvent des sortes de détonations rapprochées. Elles proviennent du rotor principal et sont provoquées par la vitesse «circonférentielle» de l extrémité des pales du rotor. Cette vitesse est en effet très proche de celle du son, ce qui provoque des mini bangs (comme lorsque un avion normal dépasse la vitesse du son en vol). Dans les plus récents modèles, cet inconvénient a été éliminé. En France, les rotors tournent dans le sens horaire vue de dessus pour le rotor principal, sens anti horaire vue de face pour le rotor de queue. PHOTO CI-DESSOUS : au 1 er plan en bas, manche qui ressemble à un frein à main d auto, il est appelé collectif. Il sert à faire décoller, accélérer le moteur. Devant le siège, le manche (à la verticale) dit cyclique, il bouge dans tous les sens. Celui-ci fait avancer, tourner, reculer. A l extrémité gauche de la photo, le palonnier. Ce dernier fait virer l hélico sur place, et/ou le maintenir en ligne droite. <----AVANT DE L HELICO

3 Partie 2 QUELQUES DETAILS COMPLEMENTAIRES : Pour qu il puisse évoluer - décoller- se déplacer - dans tous les sens, parfois reculer, tourner sur place, rester en vol stationnaire - un hélicoptère (quelle que soit sa taille ou sa sorte) a besoin des 3 commandes que vous voyez ci-dessus. Elles peuvent être actionnées simultanément ou séparément et toujours par touches légères sur celles-ci : -- Le siège gauche est enlevé au 1 er plan de la photo. On voit à gauche du siège pilote - comme en réalité le manche collectif (voir plus haut). Il agit sur le moteur en l accélérant ou non, et sur le rotor principal (grandes pales horizontales) ce qui autorise le décollage. Il n est déplacé que de bas en haut et inversement, avec faible course. -- Devant le siège, un autre manche, plus classique. Il agit aussi sur le rotor principal, mais différemment. Monté sur rotule, comme un manche d avion classique, il peut être actionné dans tous les sens. Il permet à l hélico d avancer, reculer, virer. Ce manche et celui précédemment décrit peuvent être actionnés ensemble, ou seuls, de façon complètement indépendante. Ce manche peut venir compléter l action du précédent. -- En prolongement du siège, à l extrémité gauche sur la photo, de grands pédales : c est le palonnier, comme dans beaucoup d avions. Cette commande agit sur le rotor de queue. Par exemple, en vol stationnaire, ce palonnier permet à l hélico de tourner sur lui-même à droite ou à gauche. Quand l une des pédale s enfonce, l autre revient et inversement. COMMENT TOUT CELA FONCTIONNE? (quelques notions simples de pilotage) Pour décoller : main droite : mettre le manche «centré» en position verticale. Main gauche : tirer doucement sur le manche latéral vers le haut. Pieds : actionner le palonnier sur sa position neutre (pédales en face l une de l autre). L hélico s élève à la verticale. Pour avancer : main droite : pousser légèrement le manche vers l avant. Main gauche : redescendre partiellement le manche latéral jusqu à obtention de la vitesse désirée. Pieds : position neutre. L hélico avance horizontalement. Pour virer à droite ou à gauche : main droite : pousser le manche central à D. ou à G en le maintenant incliné vers l avant. Main gauche : maintenir moteur à vitesse désirée. Pieds : enfoncer palonnier à D. ou à G. L hélico s incline dans le sens désiré et change de direction. Pour reculer : main droite : tirer vers soi le manche central. Main gauche : maintenir régime moteur. Pieds : position neutre (éventuellement, pour aller droit par exemple). L hélico recule. Pour vol stationnaire : main droite : manche position verticale. Main gauche : d abord baisser progressivement, puis tirer vers le haut jusqu à immobilisation. Pieds : position neutre. L hélico se maintient en l air sans bouger. Pour tourner sur place en vol stationnaire : mêmes manœuvres que vol stationnaire, mais palonnier actionné à D. ou à G. Toutes les manœuvres décrites ci-dessus peuvent être réalisées avec les commandes de ce modèle en Meccano, à l instar de celles d un véritable hélicoptère. Ce qui a nécessité la mise au point de nombreux mécanismes : rotules diverses, leviers, bielles, renvois etc. Voir les photos qui suivent.

4 TOUJOURS INTERESSES? VOICI D AUTRES DETAILS On ne peut comprendre pleinement comment un hélico peut «marcher» qu en voyant tourner le rotor central à petite vitesse. On constate alors que ses pales ont un angle différent suivant l endroit où elles se trouvent dans leur rotation. On dit alors que les pales effectuent un trajet «cyclique» parce que variant d angle dans leur parcours autour de leur axe. Ce merveilleux engin a donc un fonctionnement plus complexe qu il n y paraît. Dans les photos ci-après voyez une description de la partie dite «plateaux». Ils sont de couleur bleu et servent aux commandes des différents angles (le pas) des pales du rotor principal. Ces mécanismes sont identiques en fonction dans la réalité, mais très différents dans leur aspect (plus petits). Le plateau supérieur tourne, tandis que celui du dessous imprime les mouvements mais reste fixe, sans rotation. CI-DESSOUS: photo des plateaux cycliques en position relevée SUR L AXE CENTRAL : l hélico décolle alors à la verticale (par action du manche (collectif) à gauche du pilote). Observer les bielles de commandes qui soulèvent l ensemble : soit les 3 tiges (indiquées en vert) rattachées au plateau) bleu inférieur. A noter que seul le plateau supérieur tourne avec ses 2 compas. Le plateau du bas bouge dans tous les sens mais reste fixe, sans rotation, immobilisé à la structure générale par le compas qui le rattache à la structure générale. CI-DESSOUS : photo des plateaux penchés à droite (par rapport à l avant de l ensemble) l hélico se dirige alors à droite en position penchée. Ici, cette mauvnœre est obtenue par action sur la droite du manche dit cyclique devant le siège (par main droite). AVANT DE L HELICO --->

5 Partie 3 Le phénomène décrit dans le paragraphe juste avant les photos ci-dessus est appelé cyclique. Il est produit à la fois par action sur le manche classique, que nous appellerons désormais «manche cyclique», donc sous le contrôle de la main droite du pilote, et action de sa main gauche, lorsqu il demande aux «plateaux centraux» de s élever (voir photo ci-dessus à droite) en tirant sur le manche «collectif» (celui qui ressemble à un frein à main de voiture). Ces mouvements complexes sont obtenus par l intermédiaire des tiges que l on voit sur les côtés et dans l axe longitudinal de l engin, (devant l espèce de tour centrale comprenant la boîte de vitesse du grand rotor). Ce qui, vous l aurez compris, n empêche nullement le pilote d actionner le palonnier si nécessaire. PHOTO CI-DESSOUS : détails montrant le mécanisme de rotule des plateaux. L ensemble peut coulisser sur l axe central comme décrit ci-dessous à droite. Cet ensemble bouge («rotule») dans tous les sens, pour suivre les «ordres» du pilote, donnés par l intermédiaire du manche devant lui, dit «cyclique».

6 ICI DESSOUS, la photo montre le manche cyclique incliné vers la droite, permettant ainsi l inclinaison des plateaux (en bleu) également vers la droite, dirigeant l hélico à DROITE AVANT DE L HELICO

7 Partie 4 CI-CONTRE A GAUCHE : aperçu partiel du mécanisme d action du rotor de queue et vue du moteur avec sa transmission aux rotors CI-DESSUS A DROITE : détails de la boîte de vitesse épicycloïdale. Les 2 trains d engrenage tournent en sens inverse sur le même axe, la démultiplication est de 32 fois, le motoréducteur étant déjà luimême beaucoup démultiplié

8 CI-DESSOUS : détails principaux (partiels néanmoins) de la commande spécifique du manche «principal» dit cyclique, avec la rotule correspondante (dans la lumière au milieu à droite de la photo de gauche). En bas de la photo, vers la gauche, détail partiel de la commande qui permet de relever l ensemble des plateaux (par le manche collectif à gauche du pilote).

9 Partie 5 PHOTOS CI-DESSOUS : quelques détails du système dit «combinateur» qui permet d allier les actions des manches cycliques et collectifs, sans jamais contrarier l un et l autre

10 PHOTOS CI-DESSOUS : mécanisme de changement d angle (ou pas) du rotor de queue. Depuis le palonnier, par coulissement sur l axe de l ensemble, un renvoi pousse le disque bleu au second plan sur le mécanisme de biellettes visibles de chaque côté du disque bleu du premier plan. (voir les indications en rouge dans la photo de droite) Ainsi le rotor peut se «visser» dans l air, davantage ou non, pour permettre d aller en ligne droite ou virer sur place. Sur la photo de droite on observe que les pales du rotor sont orientées en sens contraire.

11 Partie 6 PHOTOS CI-DESSOUS : mécanisme d orientation des pales du rotor principal. Celles-ci sont actionnées par les tiges reliées aux plateaux bleus que l on voit en position horizontale. Dans cette configuration, l avant de l hélico se situe à gauche de la photo. Sur cette même photo, on peut apercevoir partiellement, en bas à droite, le moteur animant l ensemble, ainsi qu une partie du rotor de queue. CONCLUSION Découvrir comment fonctionne un hélicoptère et s attacher à construire sa mécanique demande, pour les profanes, beaucoup d application et de réflexion. Car c est loin d être facile, mais de ce fait d autant plus passionnant.