Hélicoptère : système de transmission

Le système de transmission transfère la puissance du moteur au rotor principal, au rotor de queue et à d'autres accessoires dans des conditions de vol normales. Les principaux composants du système de transmission sont la transmission du rotor principal, le système d'entraînement du rotor de queue, l'embrayage et l'unité de roue libre. L'unité de roue libre ou l'embrayage autorotatif permet à la transmission du rotor principal d'entraîner l'arbre d'entraînement du rotor de queue pendant l'autorotation. Dans certaines conceptions d'hélicoptères, comme le Bell BH-206, l'unité de roue libre est située dans la boîte de vitesses des accessoires. Parce qu'il fait partie du système de transmission, la transmission le lubrifie pour assurer une rotation libre. Les transmissions d'hélicoptère sont normalement lubrifiées et refroidies avec leur propre alimentation en huile. Une jauge visuelle est fournie pour vérifier le niveau d'huile. Certaines transmissions ont des détecteurs de copeaux situés dans le puisard, pour détecter les morceaux de métal en vrac. Ces détecteurs sont câblés à des voyants d'avertissement situés sur le tableau de bord du pilote qui s'allument en cas de problème interne. Certains détecteurs de copeaux sur les hélicoptères modernes ont une capacité de « combustion » et tentent de corriger la situation sans intervention du pilote. Si le problème ne peut pas être corrigé par lui-même, le pilote doit se référer aux procédures d'urgence de cet hélicoptère particulier.  

Transmission du rotor principal

L'objectif principal de la transmission du rotor principal est de réduire le régime de sortie du moteur à un régime rotor optimal. Cette réduction est différente pour les différents hélicoptères. À titre d'exemple, supposons que le régime moteur d'un hélicoptère spécifique est de 2 700. Une vitesse de rotor de 450 tr/min nécessiterait une réduction de 6:1. Une réduction de 9:1 signifierait que le rotor tournerait à 300 tr/min.

Tachymètres doubles

Dans des conditions normales lorsque le rotor est couplé au moteur, les deux aiguilles se déplacent ensemble dans le même sens. Cependant, avec une perte soudaine de puissance du moteur, les aiguilles se «divisent» indiquant que le moteur et le rotor ne sont plus couplés car l'embrayage s'est déconnecté. 

De nombreux avions plus récents ont ce qu'on appelle un cockpit en verre, ce qui signifie que l'instrumentation est numérique et affichée au pilote sur des écrans numériques et des instruments à échelle verticale. La jauge en bas à droite de la Figure 4-18 reproduit un instrument à échelle verticale. Le tachymètre double illustré affiche le régime rotor (NR) à gauche et le régime moteur (NP) à droite de l'échelle verticale. Des limites de couleur correspondantes sont présentes pour chaque paramètre de composant.

Design structurel

Dans les hélicoptères équipés de moteurs montés horizontalement, un autre objectif de la transmission du rotor principal est de changer l'axe de rotation de l'axe horizontal du moteur à l'axe vertical de l'arbre du rotor. Cela diffère des avions, dont les hélices sont montées directement sur le vilebrequin ou sur un arbre qui est adapté au vilebrequin.

Le maintien du régime du rotor principal est essentiel pour une portance adéquate. Le régime dans les limites normales produit une portance adéquate pour les manœuvres normales. Par conséquent, il est impératif non seulement de connaître l'emplacement des tachymètres, mais également de comprendre les informations qu'ils fournissent. Si le régime du rotor est autorisé à descendre en dessous des limites normales, le résultat pourrait être catastrophique. 

Embrayage

Dans un avion classique, le moteur et l'hélice sont connectés en permanence. Cependant, dans un hélicoptère, ils ne le sont pas. En raison du poids plus important d'un rotor par rapport à la puissance du moteur, par rapport au poids d'une hélice et à la puissance d'un avion, le rotor doit être déconnecté du moteur lorsque le démarreur est enclenché. Un embrayage permet de démarrer le moteur puis de reprendre progressivement la charge du rotor.

Les moteurs à turbine à roue libre ne nécessitent pas d'embrayage séparé puisque le couplage pneumatique entre la turbine du producteur de gaz et la turbine de puissance (décollage) fonctionne comme un embrayage pneumatique à des fins de démarrage. Lorsque le moteur est démarré, il y a peu de résistance de la turbine de puissance. Cela permet à la turbine du producteur de gaz d'accélérer jusqu'à la vitesse de ralenti normale sans que la charge du système de transmission et de rotor ne l'entraîne vers le bas. Au fur et à mesure que la pression du gaz augmente dans la turbine de puissance, les pales du rotor commencent à tourner, lentement au début, puis accélèrent progressivement jusqu'au régime de fonctionnement normal.

Sur les moteurs à turbine alternatifs et fixes, un embrayage est nécessaire pour permettre le démarrage du moteur. Les démarrages en air ou en moulinet ne sont pas possibles. Les deux principaux types d'embrayages sont l'embrayage centrifuge et l'embrayage fou ou manuel.

La façon dont l'embrayage engage le système de rotor principal lors du démarrage du moteur diffère selon la conception de l'hélicoptère. Les hélicoptères à pistons ont un moyen d'engager l'embrayage manuellement, tout comme un embrayage manuel dans une automobile. Cela peut être au moyen d'un moteur électrique qui positionne une poulie lorsque le moteur est dans les conditions de fonctionnement appropriées (température et pression d'huile dans la plage appropriée), mais qui est contrôlé par un interrupteur monté dans le cockpit.

Embrayage à courroie

Certains hélicoptères utilisent un entraînement par courroie pour transmettre la puissance du moteur à la transmission. Un entraînement par courroie se compose d'une poulie inférieure fixée au moteur, d'une poulie supérieure fixée à l'arbre d'entrée de transmission, d'une courroie ou d'un ensemble de courroies trapézoïdales et de certains moyens d'appliquer une tension aux courroies. Les courroies s'ajustent librement sur les poulies supérieure et inférieure lorsqu'il n'y a pas de tension sur les courroies.

Certains avions utilisent un embrayage pour démarrer. Cela permet au moteur de démarrer sans nécessiter de puissance pour faire tourner la transmission. Un avantage de ce concept est que, sans charge sur le moteur, le démarrage peut être réalisé avec une application minimale de l'accélérateur. Cependant, il faut également faire preuve de prudence lors du démarrage, car des accélérations rapides ou importantes peuvent provoquer des survitesses. 

Une fois le moteur en marche, la tension des courroies est progressivement augmentée. Lorsque les aiguilles du rotor et du tachymètre moteur sont superposées, le rotor et le moteur sont synchronisés, et l'embrayage est alors complètement embrayé. Les avantages de ce système incluent l'isolation des vibrations, la maintenance simple. Lorsque l'embrayage n'est pas engagé, les moteurs sont très faciles à survitesse, ce qui entraîne des inspections et un entretien coûteux. La puissance, ou la commande des gaz, est très importante dans cette phase de fonctionnement du moteur.

Embrayage centrifuge

Un embrayage centrifuge est composé d'un ensemble intérieur et d'un tambour extérieur. L'ensemble intérieur, qui est relié à l'arbre de transmission du moteur, est constitué de patins recouverts d'un matériau similaire aux garnitures de frein automobile. À bas régime, les ressorts maintiennent les patins, de sorte qu'il n'y a aucun contact avec le tambour extérieur, qui est fixé à l'arbre d'entrée de la transmission. Au fur et à mesure que le régime moteur augmente, la force centrifuge fait que les mâchoires d'embrayage se déplacent vers l'extérieur et commencent à glisser contre le tambour extérieur. L'arbre d'entrée de la transmission commence à tourner, ce qui fait tourner le rotor lentement au début, mais augmente à mesure que le frottement augmente entre les masselottes d'embrayage et le tambour de transmission.

Lorsque la vitesse du rotor augmente, l'aiguille du tachymètre du rotor montre une augmentation en se déplaçant vers l'aiguille du tachymètre du moteur. Lorsque les deux aiguilles sont superposées (dans le cas d'une jauge de type coaxial), le moteur et le rotor sont synchronisés, indiquant que l'embrayage est complètement engagé et qu'il n'y a plus de patinage des masselottes d'embrayage.

Le turbomoteur engage l'embrayage par la force centrifuge, comme indiqué ci-dessus. À moins qu'un frein de rotor ne soit utilisé pour séparer l'engagement automatique de l'arbre de transmission principal et par la suite du rotor principal, l'arbre de transmission tourne en même temps que le moteur et le tambour intérieur de l'unité de roue libre s'engage progressivement pour faire tourner le système de rotor principal.