Numéro d avril 1958! JLB-Michelet

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1 Numéro d avril 1958! 1

2 Un peu d histoire 1480 : Léonard de Vinci Vis aérienne 1754 : Lomonossov rotors coaxiaux contrarotatifs, mise en évidence de la force de sustentation 2

3 1862 : Ponton d Amécourt Inventeur du mot «hélicoptère» Motorisation à vapeur 1784 : Launoy & Bienvenu rotors coaxiaux mus par un ressort à arc 1874 : Achenbach Maquette avec rotor anti-couple 3

4 Parenthèse Aviation! :Les frères Wright 1 er vol en circuit fermé Décollage non autonome Vols de plusieurs km non homologués en : Traian Vuia vol de 25 m à 2.5 m d altitude à Issy les Moulineaux 1906 : Santos Dumont 60 m à 2 ou 3 m d altitude Puis 220 m 4

5 1909 : Blériot Traversée de la Manche 1913 : Roland Garros Traversée de la Méditerranée 1915 : Mise au point du premier chasseur monoplace tirant à travers l hélice 1919 :Alcock et Brown Première traversée de l Atlantique sans escale 5

6 13 novembre 1907 : Cornu machine à voilure tournante à 2 rotors contrarotatifs moteur Antoinette 24 ch masse totale 260 Kg s'élève de 1,50m 1921 :Oehmichen 10 mètres de hauteur 1 minute moteur de 25 chevaux deux rotors sous un ballon sphérique de 144 mètres cubes. 6

7 1923 : Oemichen Premier vol de 1 km Moteur de 180 cv 12 hélices : De La Cierva Autogire (ou autogyre) 7

8 1924 : Pescara bat le record de Oemichen avec ce qui peut être considéré comme le premier hélicoptère 1946 : Sirkoski 1 er vol commercial 1955 : Alouette II : 1 er hélicoptère à Turbine 8

9 SII 2 e 8 Sciences de l Ingénieur Thème 2 Séquence 1 Comment ça marche 1 er acteur : Newton C est essentiellement sa 3 e loi qui permet à un avion ou un hélicoptère de voler. Le profil d aile dévie le flux d air. Si le flux dévie, c est que l aile exerce une action sur lui. D après la 3 e loi de Newton : si l aile exerce une action sur le flux, celui-ci exerce une action opposée sur l aile. L action exercée par l air est une pression sur l intrados. α L action de l air augmente avec l angle d incidence α. Ci-contre : la couche de nuages sous l avion est coupée par le flux d air dévié 9

10 SII 2 e 8 Sciences de l Ingénieur Thème 2 Séquence 1 2 e acteur : Bernoulli La différence de vitesse de l air entre extradoset intradosparticipe à la création de la portance. Du fait du profil, la section du «tube» d air est réduite coté extrados. Le débit d air global ne variant pas, cette réduction provoque une augmentation de la vitesse. V e, P e V i, P i P e Bernoulli (1738) a établi que dans une veine fluide, la pression, l altitude et la vitesse sont liées : 1 + ρv 2 2 e + ρgz e P i 1 + ρv 2 2 i + ρgz i P : pression en Pascal V : vitesse en m/s z : altitude en m ρmasse volumique en kg/m 3 g : gravitation en m/s 2 Loi établie pour des fluides incompressibles mais acceptable dans une certaine mesure pour un gaz. L altitude entre le dessus et le dessous de l aile étant pratiquement la même, d après Bernoulli on peut écrire : Ainsi, l aile serait en quelque sorte Aspirée vers le haut! V e > V i P e < P i 10

11 SII 2 e 8 Sciences de l Ingénieur Thème 2 Séquence 1 Complément : Effet Coanda (Ingénieur roumain ): Le flux d air suitla surface convexe d un corps voisin (ici la balle de ping) et subit une déviation avant de s'en détacher. Remarque : l expérience a été menée en cours : ça marche! L effet remarquable est évidemment que le flux d air n est pas situé sous la balle : sa direction ne s oppose donc pas au poids et pourtant, la balle reste en l air! En fait, là encore on retrouve Newton : si le flux est dévié c est qu il subit une action de la part de la balle. Il y a forcément une réaction du flux sur la balle. C est ce qui maintient celle-ci en sustentation. Les «effets» réalisés en tennis de table sont basés sur ce principe, on imprime une rotation à la balle, celle-ci entraîne un flux d air autour d elle, le flux provoque une sustentation 11

12 SII 2 e 8 Sciences de l Ingénieur Thème 2 Séquence 1 L action de l air dépend énormément du Régime d écoulement. Celui-ci est caractérisé par le nombre de Reynolds : Re = VL υ V : vitesse relative de l air (m/s) L : dimension caractéristique (m) υ: viscosité cinématique de l air (stokes ou m 2 /s) Re petit écoulement laminaire les lignes de courant sont bien identifiées. Re grand écoulement turbulent Le régime devient chaotique. Glacier Rivière 12

13 Géométrie d une aile ou d une pale Coupes de pales d hélicoptère Ecoulement autour d un profil d aile (boite à fumée) 13

14 L action de l air sur un profil C z : coefficient de portance C x : coefficients de trainée (essais en soufflerie) S x : surface projetée frontalement S z : surface projetée sur le sol La brusque décroissance de la courbe Cz, ici au voisinage de 12 ) caractérise le décrochage. 14

15 Voici le bilan grossier des actions extérieures auxquelles est soumis l hélicoptère. En agissant sur les commandes (vitesse des rotors et inclinaison des pales du rotor principal par rapport à l axe rotor) le pilote peut faire varier les actions de portance et diriger son appareil. Les traînées varient automatiquement avec les portances 15

16 L action du pilote consistera à modifier l angle d incidence des pales du rotor principal afin de modifier la portance. Variation de l angle d incidence grâce au pas collectif. L angle varie identiquement pour toutes les pales quelle que soit leur position. Il reste ensuite constant pour un tour de pale. Cela provoque un changement d altitude Variation de l angle d incidence grâce au pas cyclique. L angle d incidence dépend de la position de la pale. Il variera donc au cours d une révolution d une pale (ici la portance est augmentée à l arrière). Cela provoque un changement de direction. Attention, l effet gyroscopique rend les choses plus complexe qu il y paraît (un quart de tour de décalage). 16

17 Différentes structures Tigre : Le plus classique Rotor + rotor de queue Zhukovski : Deux rotors superposés Djiin : Rotor à air comprimé, pas de rotor de queue Mais le looping, y a que lui! 17

18 Chinook Bi rotor Soulevant un 4x4 MI 26 rotor 8 pales soulevant un Chinook MI 12 Bi rotor, le plus gros hélicoptère jamais construit Turbines : 4x5500 ch rotors 35 m Masse totale en charge kg 18

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