MAGAZINE, LES COURS D'AEROMODELISME > MATERIEL : n°2 Imprimer l'article

HELICOPTERES TELECOMMANDES Description de leurs principaux composants   Les hélicoptères sont les derniers venus dans le monde de la radiocommande. Bien sûr, il existe des aéromodèles à radiocommande depuis les années ‘40, mais le premier hélicoptère télécommandé date de 1971. C’est l’ingénieur allemand Dieter Schlüter qui le créa et le fabriqua; il est d’ailleurs considéré comme le père de ce type de modèles. Signalons que dans les années 1960-1965, les modélistes pensaient dur comme fer qu’il était “impossible” de réaliser un modèle de ce type.     Hélicoptères et autogires  Un hélicoptère est une machine volante qui s’élève grâce à la sustentation produite par les rotations de son rotor principal et rien d’autre. Ce en quoi il se différencie des autogires; ces derniers disposent aussi d’un rotor ou de rotors; mais contrairement aux hélicoptères, l’autogire se déplace dans les airs au moyen d’une hélice qui fonctionne de façon conventionnelle; le rotor tourne librement et est mû par l’air qui le traverse. La différence est claire: un autogire ne peut rester en vol stationnaire, car son rotor s’arrêterait. Les hélicoptères, eux, peuvent le faire: leur rotor continue à tourner puisqu’il est en permanence mû par le moteur.      Détail d’une tête de rotor de haute gamme, complètement métallique.   Moteurs et châssis  Le châssis est le noyau d’un hélicoptère RC. C’est une structure de pièces en plastique renforcé, en fibre ou en métal où l’on ancre les principaux composants. Les châssis en plastique sont meilleur marché et ont l’avantage de supporter de petits chocs sans se déformer, c’est pourquoi on les emploie assez fréquemment pour les petits modèles; alors que pour les grands modèles, on utilise l’aluminium, la fibre de verre ou du carbone qui sont plus rigides. On fixe fermement le moteur au châssis au moyen d’une embase en métal. Il est important que la fixation soit ferme afin d’éviter les vibrations ou les pertes de puissance. L’installation du moteur est différente de celle d’autres modèles puisqu’il a besoin d’un embrayage et d’un système de réfrigération adéquats .On couple ces systèmes au vilebrequin du moteur. L’embrayage est de type centrifuge, construit en général d’une seule pièce en acier; à partir d’un nombre déterminé de révolutions, il entre en connection avec sa cloche correspondante et fait tourner la transmission. À quoi sert l’embrayage? Et bien tout simplement à pouvoir mettre en fonctionnement le moteur sans que les pales du rotor ne nous percutent sans pitié : le moteur démarre au ralenti sans que le rotor ne tourne.     1) Différents embrayages centrifuges. Dans la partie supérieure se trouvent les "cloches" qu'incorpore un pignon. La partie solidaire du moteur se trouve dans la partie inférieure. 2) Détail de l’embrayage et du réducteur sur un mécanisme Heim. Observez les dimensions de la culasse du moteur (en bas à gauche).   Système de refroidissement  Nos hélicoptères nécessitent des moteurs fort puissants pour pouvoir s’élever. Par conséquent, le moteur tourne en général très rapidement, en produisant une grande quantité de chaleur. Sur un aéromodèle, le moteur se trouve juste derrière l’hélice, qui lui envoie un courant d’air frais et le refroidit; dans le cas de notre hélicoptère, au contraire, le moteur est dans le châssis et hors de portée de tout refroidissement spontané. Il faut donc agir de telle sorte qu’il ne “grille” pas. Le système consiste à installer une turbine à palettes sur l’axe du moteur. Autour, on place une enveloppe ou carcasse qui dirige l’air de la turbine vers la culasse du moteur (la zone la plus chaude) pour la refroidir. Ajoutons que cette culasse est d’habitude surdimensionnée sur les moteurs d’hélicoptère. L’air chaud sort ensuite à l’extérieur.      Mécanisme d'un rotor de queue. La transmission depuis le mécanisme se réalise au moyen d'une tige en acier de deux millimètres.   Transmission  Le rotor d’un hélicoptère est d’un diamètre considérable et le moteur ne peut le faire tourner de façon directe (c’est-à­-dire, à sa propre vitesse de rotation); c’est pourquoi, dans la cloche de l’embrayage, on place un pignon et une série d’engrenages qui réduisent cette vitesse. En général, le moteur tourne entre 8 et 10 fois plus vite que le rotor principal et deux ou trois fois plus vite que le rotor de queue. La disposition de ces engrenages (ou courroies dentées sur certains modèles) varie, mais, en général, le pignon situé sur l’embrayage attaque une couronne de grande dimension qui fait tourner le rotor. Le rotor de queue puise sa force de cette couronne: dans la plupart des cas, elle est transmise par axe ou courroie dentée à la queue du modèle.      1) Tête de rotor à quatre pales sans barre stabilisatrice. On les utilise surtout sur les maquettes. 2) Sur ce modèle, le réservoir de carburant est fermement fixé au châssis principal.   Autorotation  La plupart des hélicoptères, sauf les plus primitifs, sont dotés d’un mécanisme qui permet au rotor de tourner sans problèmes quand le moteur s’arrête. Ce mécanisme s’appelle d’habitude autorotation, car il permet d’exécuter la manoeuvre du même nom, consistant à faire atterrir le modèle, moteur à l’arrêt, tout en profitant de l’aérodynamique et de l’inertie du rotor principal. Par essence, c’est un système de “roue libre” semblable à celui des bicyclettes, qui permet de cesser de pédaler quand nous descendons une pente. Dans nos modèles, on utilise un palier à rouleaux (d’un point de vue technique on les appelle de type “Torrington”) situé autour de l’axe principal du modèle, en général sur la couronne principale. Sur certains modèles de compétition, on installe le mécanisme d’autorotation de façon à ce que le rotor de queue continue à tourner solidairement avec le rotor principal; grâce à ce système, on parvient à contrôler la queue du modèle avec le moteur à l’arrêt, ce qui est important pour certaines figures acrobatiques; l’inconvénient est que la puissance absorbée par le rotor de queue rend plus difficile l’exécution correcte de l’autorotation.      Système de contrôle  Le système de commande d’un hélicoptère télécommandé est fort semblable à celui d’un hélicoptère réel. En gros, il existe trois systèmes indépendants celui du “rotor de queue”, celui du “pas collectif” et celui du “pas cyclique”. Le rotor de queue contrôle la rotation du modèle autour de l’axe vertical et remplit une double fonction: outre la fonction évidente qui consiste à faire virer le modèle, il contrôle le couple du moteur: comme l’appareil est dans les airs, quand le rotor, par exemple, tourne dans le sens des aiguilles d’une montre, le reste de l’hélicoptère tend à virer dans l’autre sens. Le rotor de queue pousse l’air et contrecarre cette tendance. Pour remplir ses fonctions, les pales du roter de queue peuvent changer leur inclinaison ou pas : en augmentant le pas, le modèle vire sur un côté et en le diminuant, de l’autre. Quand le modèle est en vol stationnaire, le pas, ou inclinaison des pales, est d’environ 10°; si le pas, en l’absence de virage, n’est pas de 0°, c’est tout simplement parce que ces 10° représentent l’inclinaison nécessaire pour que le rotor de queue puisse remplir sa fonction de contrôle du couple moteur.     1) Montage de la radio sur un hélicoptère. Il faut prendre soin d'éviter que les vibrations ne se transmettent à l'équipement. 2) Le châssis, dans ce cas en plastique renforcé avec fibre, est le noyau où l'on ancre les composants de la mécanique.   Pas Collectif  La plupart des hélicoptères à radiocommande sont à ” pas collectif”. Ce qui signifie que le contrôle d’altitude (plutôt de la vitesse d’ascension) se fait en changeant le pas (ou inclinaison ou angle d’attaque) des pales du roter principal. Il existe certains hélicoptères où le contrôle se fait en changeant la vitesse de rotation des pales (plus la vitesse est élevée, plus la capacité d’ascension est grande), mais ce système rend plus difficile le contrôle du modèle, malgré le fait qu’il soit plus simple d’un point de vue mécanique; c’est pourquoi on l’utilise de moins en moins. Sur les modèles à pas collectif, l’incidence des pales varie selon différents systèmes, mais dans des limites qui oscillent entre 3° négatifs pour une descente rapide, 4-5°positifs en vol stationnaire et 8-10° positifs pour ascension à pleine puissance. Il existe une relation étroite entre la commande des gaz et le pas collectif: pour conserver une vitesse de rotation du roter la plus constante possible, le moteur doit fournir une puissance différente à chaque position des pales: avec tout le pas positif, moteur à plein rendement, en vol stationnaire, moteur à moyenne puissance, etc. L’ajustage du moteur et du pas (appelé courbe pas-moteur) est sans doute le point le plus délicat du réglage de notre hélicoptère.     1) Mélangeur de l'axe principal. Son rôle, curieusement, consiste à éviter que certaines fonctions ne se mélangent à d'autres. 2) Détail du moyeu d'un embrayage. A partir d'une certaine vitesse, les flancs s'ouvrent sous l'action de la force centrifuge.   Pas cyclique  Le système du pas cyclique est sans doute le plus difficile à comprendre . C’est celui qui permet de déplacer notre hélicoptère sur les côtés, vers l’avant, vers l’arrière. Depuis l’invention de l’hélicoptère, on a essayé de nombreux systèmes de contrôle mais le plus utilisé est celui du “pas cyclique”: il consiste à augmenter la force de sustentation lia poussée vers le bas des pales du rotor principal) de forme asymétrique. Ainsi, si nous désirons déplacer le modèle vers l’avant, la moitié arrière du rotor aura une portance supérieure à celle de la moitié avant; en conséquence la partie arrière du disque du rotor tendra à s’élever et la partie avant à descendre . Le fait est que le rotor (et l’hélicoptère) s’inclinera d’abord et se déplacera ensuite vers l’avant, selon nos désirs. Comment y arrive-t-on? Au moyen d’un système de tiges et renvois, on parvient à augmenter le pas des pales quand elles passent par la moitié postérieure de la rotation, et à le diminuer quand elles passent par la partie avant.  Le rotor principal  Le rotor principal tourne solidairement avec l’axe. C’est une tige en acier d’environ 10 mm de diamètre qui s’appuie sur le châssis au moyen de deux roulements. En commençant par le bas, nous trouvons en premier lieu le disque oscillant. Les tringles de commande parviennent à la partie extérieure de cette pièce et la déplacent dans tous les sens (c’est pourquoi on l’appelle oscillant). Le disque comprend deux parties: la partie extérieure, qui ne tourne pas, et la partie intérieure, qui tourne avec l’axe. La fonction de cette pièce consiste à transmettre au rotor les ordres de commande qui lui parviennent du disque par le biais des tringles. Sur la partie la plus élevée de l’axe, on trouve une pièce en plastique ou en métal qui est le noyau du rotor. De chaque côté, se trouvent les porte-pales qui sont de solides pièces où viennent se fixer les pales du roter. Ils doivent être extrêmement résistants, car les pales exercent sur chacun d’eux une traction, due à la force centrifuge, supérieure à 150 kilos. Dans chaque porte-pale, on trouve deux ou trois roulements à billes qui permettent un mouvement précis et en douceur des pales, indispensable pour pouvoir changer l’incidence de ces dernières. Sur la plupart de nos hélicoptères, les deux porte-pales sont unis entre eux par un court axe en acier qui peut se déplacer légèrement puisqu il s’appuie sur deux pièces en caoutchouc. Ce mouvement oscillant, de quelques millimètres seulement, est nécessaire pour absorber les efforts qui se produisent durant le vol; si ces pièces en caoutchouc sont en mauvais état, notre modèle vibrera fortement et ne volera pas bien.     Barre stabilisatrice  Presque tous les hélicoptères a radio sont équipés d’une barre stabilisatrice. Cette barre est un axe en métal perpendiculaire aux pales principales et dont les extrémités sont munies de palettes. Leur fonctionnement est complexe, mais l’amateur doit savoir qu’elles sont unies par une série de mélangeurs mécaniques au disque oscillant et aux pales principales. Grâce à ces mélangeurs, l’ensemble barre stabilisatrice-palettes fonctionne comme “modulateur” des ordres qui parviennent du disque oscillant. Sans ce système, l’hélicoptère répondrait trop vite aux commandes et aux éléments déstabilisateurs externes (rafales de vent, par exemple) et il serait incontrôlable. La fonction régulatrice de la barre et des palettes dépend de nombreux facteurs longueur de la barre, taille et poids des palettes, type de mélangeurs, etc. Chaque fabricant règle ces paramètres selon le modèle, mais les plus expérimentés d’entre nous sont capables de “personnaliser” leur hélicoptère en le modifiant selon leur goût. Dans un prochain article, nous parlerons des premiers pas dans ce difficile domaine que représente le vol des hélicoptères.