Hélicoptère : Masse et centrage

Il est essentiel de respecter les limites de masse et de centrage établies pour les hélicoptères. L'exploitation au-dessus de la limite de poids maximale compromet l'intégrité structurelle de l'hélicoptère et affecte négativement les performances. L'équilibre est également essentiel car, sur certains hélicoptères à pleine charge, des déviations du centre de gravité (CG) aussi petites que trois pouces peuvent modifier considérablement les caractéristiques de maniement d'un hélicoptère. L'utilisation d'un hélicoptère qui ne respecte pas les limites de masse et de centrage est dangereuse.

Lester

Pour déterminer si un hélicoptère respecte les limites de poids, tenez compte du poids de base de l'hélicoptère, de l'équipage, des passagers, du fret et du carburant. Bien que la masse effective (facteur de charge) varie pendant le vol de manœuvre, ce chapitre traite principalement de la masse de l'hélicoptère chargé au repos. 

Il est essentiel de comprendre que la masse maximale autorisée peut changer pendant le vol. Lorsque les opérations comprennent des vols stationnaires hors effet de sol (OGE) et des zones confinées, une planification doit être effectuée pour s'assurer que l'hélicoptère est capable de soulever le poids pendant toutes les phases de vol. La masse peut être acceptable tôt le matin, mais à mesure que l'altitude-densité augmente pendant la journée, la masse maximale autorisée peut devoir être réduite pour maintenir l'hélicoptère dans ses capacités.

Les termes suivants sont utilisés lors du calcul de la masse d'un hélicoptère :

• Poids à vide de base 

• Poids brut maximal 

• Limites de poids

Poids à vide de base

Le point de départ des calculs de poids est le poids à vide de base. Il s'agit du poids de l'hélicoptère standard, de l'équipement en option, du carburant inutilisable et de tous les fluides de fonctionnement, y compris l'huile moteur et de transmission, et le fluide hydraulique pour les aéronefs ainsi équipés. Certains hélicoptères peuvent utiliser le terme «poids à vide sous licence», qui est presque le même que le poids à vide de base, sauf qu'il n'inclut pas l'huile de moteur et de transmission pleine, juste l'huile non vidangeable. Si vous pilotez un hélicoptère qui indique un poids à vide autorisé, assurez-vous d'ajouter le poids de l'huile aux calculs.

Poids brut maximal

La masse maximale de l'hélicoptère est rapportée à sa masse brute maximale. La plupart des hélicoptères ont une masse brute maximale interne, qui fait référence à la masse à l'intérieur de la structure de l'hélicoptère, et une masse brute maximale externe, qui fait référence à la masse de l'hélicoptère avec une charge externe. La masse maximale externe peut varier selon l'endroit où elle est fixée à l'hélicoptère. Certains gros hélicoptères cargo peuvent avoir plusieurs points d'attache pour les opérations de charge à l'élingue ou de treuil. Ces hélicoptères peuvent transporter une énorme quantité de poids lorsque le point d'attache est directement sous le CG de l'avion.

Limites de poids

Des limites de poids sont nécessaires pour garantir l'intégrité structurelle de l'hélicoptère, permettre aux pilotes de prédire les performances de l'hélicoptère et assurer la contrôlabilité de l'aéronef. Bien que les constructeurs d'aéronefs intègrent des facteurs de sécurité, un pilote ne doit jamais dépasser intentionnellement les limites de charge pour lesquelles un hélicoptère est certifié.

L'utilisation en dessous d'une masse minimale pourrait affecter négativement les caractéristiques de maniement de l'hélicoptère. Lors d'opérations monopilotes dans certains hélicoptères, un pilote doit utiliser une grande quantité de cyclique vers l'avant pour maintenir un vol stationnaire. En ajoutant du ballast à l'hélicoptère, la position cyclique neutre peut être déplacée vers le centre de sa plage, donnant ainsi une plus grande plage de contrôle vers l'extérieur depuis le neutre dans toutes les directions. Lors d'un fonctionnement à ou en dessous de la masse minimale de l'hélicoptère, une masse supplémentaire améliore également les caractéristiques d'autorotation puisque la descente en autorotation peut être établie plus tôt. De plus, un fonctionnement en dessous du poids minimum pourrait empêcher d'atteindre les révolutions de rotor souhaitables par minute (tr/min) pendant les autorotations.

Le fonctionnement au-dessus d'un poids maximum peut entraîner une déformation structurelle ou une défaillance pendant le vol en cas de facteurs de charge excessifs, de fortes rafales de vent ou de turbulences. Les limites de poids et de manœuvre sont également des facteurs dans l'établissement de la durée de vie des composants. En surpoids, c'est-à-dire surchargés, les pièces tombent en panne plus tôt que prévu. Par conséquent, une défaillance prématurée est une considération majeure dans la détermination de la durée de vie en fatigue et des cycles de vie des pièces. 

Bien qu'un hélicoptère soit certifié pour une masse brute maximale spécifiée, il n'est pas sûr de décoller avec cette charge dans certaines conditions. Tout ce qui affecte négativement les performances de décollage, de montée, de vol stationnaire et d'atterrissage peut nécessiter le déchargement du carburant, des passagers ou des bagages à un poids inférieur au maximum publié. Les facteurs qui peuvent affecter les performances incluent les conditions d'altitude élevée, de température élevée et d'humidité élevée, qui se traduisent par une altitude à haute densité. Une planification approfondie des performances est essentielle lorsque l'on opère dans ces conditions.

Solde 

Les performances de l'hélicoptère ne sont pas seulement affectées par le poids brut, mais aussi par la position de ce poids. Il est essentiel de charger l'avion dans la plage de centrage autorisée spécifiée dans les limites de masse et de centrage du manuel de vol du giravion (RFM). Le chargement en dehors des limites approuvées peut entraîner une course de commande insuffisante pour un fonctionnement sûr.

Centre de gravité

Le pilote doit s'assurer que l'hélicoptère est correctement équilibré et dans les limites de son centre de gravité, de sorte qu'une action cyclique minimale est requise pendant le vol stationnaire, à l'exception de toute correction du vent. Étant donné que le fuselage agit comme un pendule suspendu au rotor, la modification du CG modifie l'angle auquel l'avion est suspendu au rotor. Lorsque le CG est directement sous le mât du rotor, l'hélicoptère est suspendu horizontalement ; si le CG est trop en avant du mât, l'hélicoptère se bloque avec le nez incliné vers le bas ; si le CG est trop en arrière du mât, le nez s'incline vers le haut.

CG avant de la limite avant 

Un CG avant peut se produire lorsqu'un pilote et un passager lourds décollent sans bagages ni ballast approprié situé à l'arrière du mât du rotor. Cette situation s'aggrave si les réservoirs de carburant sont situés à l'arrière du mât du rotor car, à mesure que le carburant brûle, le centre de gravité continue de se déplacer vers l'avant.

Cette condition est facilement reconnaissable lors d'un vol stationnaire après un décollage vertical. L'hélicoptère a une assiette de piqué, et un déplacement excessif vers l'arrière de la commande cyclique est nécessaire pour maintenir un vol stationnaire sans vent. Ne poursuivez pas le vol dans ces conditions, car un pilote pourrait rapidement perdre le contrôle du cyclique vers l'arrière à mesure que le carburant est consommé. Un pilote peut également se trouver dans l'impossibilité de décélérer suffisamment pour immobiliser l'hélicoptère. En cas de panne moteur et d'autorotation qui en résulte, il se peut qu'il n'y ait pas assez de contrôle cyclique pour arrondir correctement pour l'atterrissage.

Un CG vers l'avant n'est pas aussi évident en vol stationnaire dans un vent fort, car il faut moins de déplacement cyclique vers l'arrière qu'en vol stationnaire sans vent. Pour déterminer si une condition d'équilibre critique existe, il est essentiel de considérer la vitesse du vent et sa relation avec le déplacement vers l'arrière de la commande cyclique.

CG à l'arrière de la limite arrière

Sans ballast approprié dans le cockpit, un dépassement du CG arrière peut se produire lorsque :

• Un pilote léger décolle en solo avec une pleine charge de carburant située à l'arrière du mât du rotor.
• 
  
• Un pilote léger décolle avec le maximum de bagages autorisé dans une soute à bagages située à l'arrière du mât rotor.
• 
  
• Un pilote léger décolle avec une combinaison de bagages et de carburant substantiel où les deux sont à l'arrière du mât du rotor.

Un pilote peut reconnaître la condition de CG arrière lorsqu'il arrive en vol stationnaire après un décollage vertical. L'hélicoptère aura une assiette arrière basse et nécessitera un déplacement excessif vers l'avant de la commande cyclique pour maintenir un vol stationnaire dans des conditions de vent nul. Face au vent, un cyclique avant encore plus important est nécessaire.

Si le vol se poursuit dans ces conditions, il peut être impossible de voler dans la plage de vitesse supérieure autorisée en raison d'une autorité cyclique vers l'avant inadéquate pour maintenir une assiette en piqué. De plus, avec un CG arrière extrême, de l'air en rafales ou rugueux pourrait accélérer l'hélicoptère à une vitesse plus rapide que celle produite avec un contrôle cyclique complet vers l'avant. Dans ce cas, la dissymétrie de portance et le battement des pales pourraient faire basculer le disque rotor vers l'arrière. Avec une commande cyclique avant complète déjà appliquée, un pilote pourrait ne pas être en mesure d'abaisser le disque du rotor, ce qui pourrait entraîner une perte de contrôle ou les pales du rotor heurtant la poutre de queue. 

Équilibre latéral

Pour les petits hélicoptères, il n'est généralement pas nécessaire de déterminer le CG latéral pour l'instruction de vol normale et les vols passagers. En effet, les cabines d'hélicoptère sont relativement étroites et la plupart des équipements optionnels sont situés près de la ligne médiane. Cependant, certains manuels d'hélicoptère précisent le siège à partir duquel un pilote doit effectuer un vol en solo. De plus, s'il y a une situation inhabituelle qui pourrait affecter le centre de gravité latéral, comme un pilote lourd et une pleine charge de carburant d'un côté de l'hélicoptère, sa position doit être vérifiée par rapport à l'enveloppe du centre de gravité. Si vous transportez des charges externes dans une position qui nécessite un grand déplacement latéral des commandes cycliques pour maintenir le vol en palier, l'efficacité cyclique avant et arrière pourrait être considérablement limitée. Les fabricants tiennent généralement compte des déplacements latéraux connus du centre de gravité en plaçant des points de fixation externes à l'opposé du déséquilibre latéral. Des exemples sont le placement de systèmes de levage fixés sur le côté et les magasins d'aile couramment utilisés sur les avions militaires pour les nacelles de carburant externes ou les systèmes d'armement. 

Calculs de masse et centrage

Pour déterminer si un hélicoptère est correctement chargé, il faut répondre à deux questions :

• Le poids brut est-il inférieur ou égal au poids brut maximal autorisé ?
• 
  
• Le CG est-il dans la plage de CG autorisée et restera-t-il dans la plage autorisée pendant toute la durée du vol, y compris toutes les configurations de chargement pouvant être rencontrées ?

Pour répondre à la première question, il suffit d'ajouter le poids des éléments composant la charge utile (pilote, passagers, carburant, huile [le cas échéant] fret et bagages) au poids à vide de base de l'hélicoptère. Assurez-vous que le poids total ne dépasse pas le poids brut maximum autorisé.

Pour répondre à la deuxième question, utilisez les informations de CG ou de moment provenant des graphiques, tableaux ou graphiques de chargement dans le RFM. Il est important de noter que tout calcul de masse et centrage est seulement aussi précis que les informations fournies. Par conséquent, demandez aux passagers leur poids et ajoutez quelques kilos pour tenir compte du poids supplémentaire des vêtements, en particulier pendant les mois d'hiver. Les bagages doivent être pesés sur une balance, si possible. Si une échelle n'est pas disponible, calculez les valeurs de chargement personnel en fonction de chaque estimation individuelle. La figure indique les poids standard pour des fluides de fonctionnement spécifiques. Ces valeurs sont utilisées lors du calcul de l'équilibre d'un hélicoptère.

Données de référence

L'équilibre est déterminé par l'emplacement du CG, qui est généralement décrit comme un nombre donné de pouces par rapport à la référence. La référence horizontale de référence est un plan ou un point vertical imaginaire, arbitrairement fixé quelque part le long de l'axe longitudinal de l'hélicoptère, à partir duquel toutes les distances horizontales sont mesurées à des fins de masse et de centrage. Il n'y a pas de règle fixe pour son emplacement. Il peut être situé au niveau du mât rotor, du nez de l'hélicoptère ou même en un point de l'espace devant l'hélicoptère.

Le référentiel latéral est généralement situé au centre de l'hélicoptère. L'emplacement de la donnée de référence est établi par le fabricant et est défini dans le RFM.