MODELISATION DES VOLS LONGITUDINAL ET LATERAL D

Composition d’un hélicoptère 

Les hélicoptères sont des aéronefs avec pilote capable de mener à bien une mission de reconnaissance. Les hélicoptères sont apparus vers les années 1980 et représentent une étape importante dans le développement de l’aéronautique tant civile que militaire. Ils permettent en outre le vol stationnaire et offrent une grande agilité, par exemple lors de vol arrière ou latéral, des vols en montagne ou en milieu urbain à basse vitesse. Composantes d’un hélicoptère L’évolution des hélicoptères est une évolution logique, résultant du progrès technologique notamment dans le domaine de l’informatique, de l’automatique, de la mécanique, de la robotique. La construction d’hélicoptère repose sur une architecture constituée des éléments suivants (figure 2.01) :  d’un fuselage constitué du poste de pilotage. Le fuselage est la partie qui représente la masse la plus significative de l’hélicoptère et l’énergie cinétique de rotation la plus faible. Ses caractéristiques aérodynamiques sont étudiées afin de réduire sa traînée aérodynamique ;  des rotors qui fournissent la force nécessaire à l’avancement et la force de sustentions qui permet à l’hélicoptère de décoller et de se maintenir à une certaine hauteur. On distingue deux types de configurations de rotors: la configuration à rotor principal avec ou sans rotor de queue qui définit l’hélicoptère standard et la configuration à deux, trois ou quatre rotors. Le rotor principal est l’élément le plus influent sur la dynamique de vol de l’hélicoptère. Ce rotor fournit la poussée nécessaire permettant à l’hélicoptère de se déplacer. 40 Il est constitué d’une voilure (ensemble des pales et du moyeu), d’un mât et d’un plateau cyclique. Le rotor de queue assure la commande du lacet en contrôlant la quantité de poussée produite par les pales.  d’un moteur qui fournit le couple nécessaire pour procéder à la rotation du rotor principal et du rotor de queue. Il existe au moins trois types de moteurs : thermique, électrique ou à turbine. Le choix de ces moteurs s’effectue en fonction du type de mission à réaliser.  de la dérive qui est une aile placée verticalement à l’arrière de la poutre de queue. Elle contre l’influence du rotor principal qui fait tourner l’appareil dans le sens contraire de sa rotation, assure la stabilité directionnelle de l’appareil et supplée à la fonction anti-coupe du rotor de queue ;  de l’empennage horizontal qui est composé des ailerons horizontaux. Son objectif est de réduire l’altitude à piquer de l’hélicoptère en vol d’avancement en créant une force de déportance vers le bas à l’arrière du centre de gravité.  d’une poutre de queue ;  d’un réservoir d’énergie ;  et d’un train d’atterrissage ou train à patin pour faciliter les manœuvres. Dans toute la suite, l’hélicoptère est considéré comme un corps rigide évoluant dans un espace tridimensionnel. Dans ce cas, le centre de masse de l’hélicoptère ne se trouve pas sur un axe de symétrie mais sur plusieurs systèmes de référence.

Modes de vol de l’hélicoptère

Suivant le fonctionnement aérodynamique et mécanique de l’hélicoptère, il exécute en principe trois sortes de vols [2.01]:  le vol stationnaire (hover), l’hélicoptère étant immobile par rapport à l’air. Ce vol est réalisé lorsque l’hélicoptère reste à une certaine hauteur par rapport au sol en ayant une vitesse de translation pratiquement nulle. Dans ce mode de vol, l’hélicoptère a la liberté de faire des rotations autour de l’axe 𝐸𝑧 . Le vol stationnaire est obtenu lorsque la valeur de la force sustentrice et la valeur de la force de pesanteur sont égales et opposées, c’est à dire quand la portance générée par le rotor s’oppose exactement au poids de l’appareil. En montée verticale et après avoir franchi le seuil définissant l’effet du sol, l’hélicoptère peut rester en vol stationnaire. Dans ce cas, la force de sustentation doit équilibrer le poids 𝑚𝑔 de l’hélicoptère qui est la force de trainée 𝐷𝑣𝑖 sur le fuselage créé par la vitesse induite du rotor principal. Cette force de sustentation correspond à une force de poussée 𝑇𝑀 qui est orientée normalement dans la direction négative de l’axe 𝑧.  le vol vertical ou palier (ascendant ou descendant). Dans le mode de vol vertical, la résultante de deux forces, force aérodynamique et la force totale sont deux forces ayant la même direction mais sont de sens opposés. Le vol est dit ascendant ou descendant suivant que l’effet aérodynamique est supérieur ou inférieur au poids de l’appareil. Ce mode de vol commence avec l’hélicoptère dans l’effet de sol (DES). Ensuite, le décollage vertical du système peut avoir lieu et le système évolue en mode de montée. Le mode de descente verticale précède l’atterrissage. En absence de perturbation la force de poussée est toujours verticale et en montée elle est supérieure à la somme du poids de l’hélicoptère et de la force de trainée sur le fuselage tandis qu’en descente elle sera inférieure à cette somme.  le vol de translation (horizontal ou incliné). Le vol de translation correspond à tout mouvement d’avancement, en arrière ou sur le côté. Nous considérons que ce mode aura lieu dans des conditions HES. Une inclinaison de la force de poussée par rapport à la verticale produit une composante horizontale connue comme force de traction qui assure la translation du système dans la direction de vol souhaitée tandis que la composante verticale de cette force de poussée doit maintenir le système à une hauteur constante par rapport au sol. Pour la réalisation de ce déplacement, il faut incliner la force dynamique de l’appareil pour créer une force de traction verticale, latérale ou les deux. On distingue trois types de classement de vol de translation :  Les translations verticales. Elles sont définies quand l’hélicoptère se déplace dans deux directions simultanément dans les plans 𝐸𝑥𝐸𝑧 ou 𝐸𝑦𝐸𝑧 ;  Les translations horizontales. Elles sont définies quand l’hélicoptère se déplace dans deux directions simultanément dans le plan 𝑥𝑦 ou dans les directions 𝐸𝑥 ou 𝐸𝑦 ;  La translation spatiale. Elle est développée dans l’espace 𝐸𝑥𝐸𝑦𝐸𝑧 suivant les trois directions de déplacement en translation.