Hélicoptère : Commandes de vol

Il y a trois commandes principales dans un hélicoptère que le pilote doit utiliser pendant le vol. Il s'agit de la commande de pas collectif, de la commande de pas cyclique et de la pédale anticouple ou commande du rotor de queue. En plus de ces commandes principales, le pilote doit également utiliser la commande des gaz, qui est généralement montée directement sur la commande de pas collectif pour piloter l'hélicoptère.

Contrôle de pas collectif

La commande de pas collectif (ou simplement « collective » ou « levier de poussée ») est située sur le côté gauche du siège du pilote et est actionnée avec la main gauche. Le collectif est utilisé pour modifier l'angle de pas des pales du rotor principal et le fait simultanément ou collectivement, comme son nom l'indique. Lorsque la commande de pas collectif est augmentée, il y a une augmentation simultanée et égale de l'angle de pas de toutes les pales du rotor principal ; lorsqu'il est abaissé, il y a une diminution simultanée et égale de l'angle de tangage. Cela se fait par une série de liaisons mécaniques et la quantité de mouvement dans le levier collectif détermine la quantité de changement de pas de pale. Un contrôle de friction réglable permet d'éviter un mouvement de pas collectif par inadvertance.

La modification de l'angle d'inclinaison des pales modifie l'angle d'incidence sur chaque pale. Un changement d'angle d'incidence s'accompagne d'un changement de traînée, qui affecte la vitesse ou les tours par minute (tr/min) du rotor principal. Lorsque l'angle de tangage augmente, l'angle d'incidence augmente, la traînée augmente et le régime du rotor diminue. La diminution de l'angle de pas diminue à la fois l'angle d'incidence et la traînée, tandis que le régime du rotor augmente. Afin de maintenir un régime rotor constant, ce qui est essentiel dans les opérations d'hélicoptère, un changement proportionnel de puissance est nécessaire pour compenser le changement de traînée. Ceci est accompli avec la commande des gaz ou le régulateur, qui ajuste automatiquement la puissance du moteur.

Commande des gaz

La fonction de l'accélérateur est de réguler le régime moteur. Si le système de corrélateur ou de régulateur ne maintient pas le régime souhaité lorsque le collectif est relevé ou abaissé, ou si ces systèmes ne sont pas installés, la manette des gaz doit être déplacée manuellement avec la poignée tournante afin de maintenir le régime. Dans la plupart des hélicoptères, la rotation de la manette des gaz à poignée tournante loin du pilote (dans le sens inverse des aiguilles d'une montre) augmente le régime moteur; tourner la manette des gaz vers le pilote (dans le sens des aiguilles d'une montre) diminue le régime du moteur.

Gouverneur/Corrélateur 

Un régulateur est un dispositif de détection qui détecte le régime du rotor et du moteur et effectue les ajustements nécessaires afin de maintenir le régime du rotor constant. En fonctionnement normal, une fois que le régime du rotor est réglé, le régulateur maintient le régime constant et il n'est pas nécessaire d'effectuer des réglages d'accélérateur. Les régulateurs sont communs à tous les hélicoptères à turbine (car il s'agit d'une fonction du système de contrôle du carburant du moteur à turbine) et utilisés sur certains hélicoptères à pistons.

Un corrélateur est une liaison mécanique entre le levier collectif et le papillon des gaz. Lorsque le levier collectif est levé, la puissance est automatiquement augmentée ; lorsqu'il est abaissé, la puissance est diminuée. Ce système maintient le régime proche de la valeur souhaitée, mais nécessite toujours un réglage de l'accélérateur pour un réglage fin.

Certains hélicoptères n'ont pas de corrélateurs ou de régulateurs et nécessitent une coordination de tous les mouvements du collectif et de la manette des gaz. Lorsque le collectif est relevé, la manette des gaz doit être augmentée; lorsque le collectif est abaissé, la manette des gaz doit être diminuée. Comme pour toute commande d'avion, de grands ajustements du pas collectif ou des gaz doivent être évités. Toutes les corrections doivent être effectuées en utilisant une pression douce.

Dans les hélicoptères à pistons, le pas collectif est le contrôle principal de la pression d'admission et la manette des gaz est le contrôle principal du régime. Cependant, la commande de pas collectif influence également le régime, et la manette des gaz influence également la pression d'admission; par conséquent, chacun est considéré comme un contrôle secondaire de la fonction de l'autre. Le tachymètre (indicateur de régime) et le manomètre du collecteur doivent être analysés pour déterminer quelle commande utiliser. La figure illustre cette relation.

Contrôle de hauteur cyclique 

La commande de pas cyclique (ou simplement « cyclique ») est généralement projetée vers le haut depuis le plancher du cockpit, entre les jambes du pilote ou entre les deux sièges du pilote dans certains modèles. Cette commande de vol principale permet au pilote de piloter l'hélicoptère dans n'importe quelle direction de déplacement : vers l'avant, vers l'arrière, vers la gauche et vers la droite. Aérodynamique du vol, la force de portance totale est toujours perpendiculaire au plan de la trajectoire de pointe du rotor principal. Le but de la commande de pas cyclique est d'incliner le plan de trajectoire de pointe dans la direction de la direction horizontale souhaitée. Le cyclique contrôle l'inclinaison du disque rotor par rapport à l'horizon, qui dirige la poussée du disque rotor pour permettre au pilote de contrôler la direction de déplacement de l'hélicoptère.

Le disque du rotor s'incline dans la même direction que la commande de pas cyclique est déplacée. Si le cyclique est déplacé vers l'avant, le disque du rotor s'incline vers l'avant; si le cyclique est déplacé vers l'arrière, le disque s'incline vers l'arrière, et ainsi de suite. Comme le disque du rotor agit comme un gyroscope, les tringleries mécaniques des biellettes de commande cycliques sont réglées de telle sorte qu'elles diminuent l'angle de pas de la pale de rotor d'environ 90° avant qu'elle n'atteigne la direction de déplacement cyclique et augmentent l'angle de pas de la pale du rotor d'environ 90° après avoir franchi la direction de déplacement. Une augmentation de l'angle de tangage augmente l'AOA ; une diminution de l'angle de tangage diminue l'AOA. Par exemple, si le cyclique est déplacé vers l'avant, l'angle d'attaque diminue lorsque la pale du rotor passe du côté droit de l'hélicoptère et augmente du côté gauche.

Pédales anticouple

Les pédales anti-couple, situées sur le plancher de la cabine près des pieds du pilote, contrôlent le tangage et donc la poussée des pales du rotor de queue ou d'un autre système anti-couple, composants, sections et systèmes d'hélicoptère, pour une discussion sur ces autres systèmes. Aérodynamique générale, indiquant que pour chaque action, il y a une réaction égale et opposée. Cette loi s'applique au fuselage de l'hélicoptère et à sa rotation dans le sens opposé des pales du rotor principal à moins qu'elle ne soit contrecarrée et contrôlée. Pour rendre le vol possible et compenser ce couple, la plupart des conceptions d'hélicoptères intègrent un rotor anticouple ou un rotor de queue. Les pédales anti-couple permettent au pilote de contrôler l'angle de pas des pales du rotor de queue, ce qui en vol vers l'avant met l'hélicoptère en compensation longitudinale et, en vol stationnaire, permet au pilote de tourner l'hélicoptère à 360°.

Contrôle de cap

Le rotor de queue est utilisé pour contrôler le cap de l'hélicoptère en vol stationnaire ou lors de virages en vol stationnaire, ainsi que pour contrer le couple du rotor principal. Les virages en vol stationnaire sont communément appelés « virages à pédales ». 

À des vitesses supérieures à la portance en translation, les pédales sont utilisées pour compenser le couple afin de mettre l'hélicoptère en compensation longitudinale, de sorte qu'un vol coordonné puisse être maintenu. La commande cyclique permet de changer de cap en effectuant un virage dans la direction souhaitée.

La poussée du rotor de queue dépend de l'angle de pas des pales du rotor de queue. Cet angle de tangage peut être positif, négatif ou nul. Un angle de tangage positif tend à déplacer la queue vers la droite. Un angle de tangage négatif déplace la queue vers la gauche, tandis qu'aucune poussée n'est produite avec un angle de tangage nul. L'angle de pas positif maximal du rotor de queue est généralement supérieur à l'angle de pas négatif maximal disponible. En effet, le rôle principal du rotor de queue est de contrer le couple du rotor principal. La capacité des rotors de queue à produire une poussée vers la gauche (angle de pas négatif) est nécessaire, car pendant l'autorotation, la traînée de la transmission a tendance à incliner le nez vers la gauche, ou dans le même sens que le rotor principal tourne.

À partir de la position neutre, l'appui sur la pédale de droite provoque un lacet du nez de l'hélicoptère vers la droite et un balancement de la queue vers la gauche. L'appui sur la pédale de gauche a l'effet inverse : le nez de l'hélicoptère s'incline vers la gauche et la queue pivote vers la droite. 

Avec les pédales anticouple en position neutre, le rotor de queue a un angle de pas positif moyen. En pas positif moyen, la poussée du rotor de queue est approximativement égale au couple du rotor principal pendant le vol de croisière, de sorte que l'hélicoptère maintient un cap constant en vol en palier.

Un aileron vertical ou un stabilisateur est utilisé dans de nombreux hélicoptères à rotor unique pour aider à contrôler le cap. L'aileron est conçu pour optimiser la stabilité directionnelle en vol avec un réglage de poussée du rotor de queue nul. La taille de l'aileron est cruciale pour cette conception. Si la surface est trop grande, la poussée du rotor de queue peut être bloquée. Le contrôle du cap serait plus difficile à des vitesses plus lentes et en vol stationnaire et l'aileron vertical deviendrait alors une girouette.

Les hélicoptères conçus avec des rotors en tandem n'ont pas de rotor anticouple. L'hélicoptère est conçu avec les deux systèmes de rotor tournant dans des directions opposées pour contrer le couple plutôt qu'un rotor de queue. Les pédales anti-couple directionnelles sont utilisées pour le contrôle directionnel de l'avion en vol, ainsi que pendant le roulage avec le train avant au-dessus du sol.

Dans les systèmes de rotors enchevêtrés, qui sont un ensemble de deux rotors tournant dans des directions opposées, chaque mât de rotor étant monté sur l'hélicoptère avec un léger angle par rapport à l'autre afin que les pales s'engrènent sans entrer en collision, et un système de rotors coaxiaux, qui sont une paire de rotors montés l'un au-dessus de l'autre sur le même arbre et tournant dans des directions opposées, les pédales de cap contrôlent le cap de l'hélicoptère en vol stationnaire en déséquilibrant le couple entre les rotors, permettant au couple de faire tourner l'hélicoptère.