LA VARIATION D’ INCIDENCE AERODYNAMIQUE

 Billet N° 98
 
Dans le précédent chapitre « Delta or not Delta » , nous avons examiné la variation géométrique du calage des pales. Le terme « calage » a été utilisé à bon escient, étant donné que la pale est reliée mécaniquement à l’axe rotor avec deux axes de liberté : Battement et éventuellement, traînée.
 
La variation d’incidence aérodynamique apporte un effet similaire de régulation, mais il faut raisonner en tenant compte du déplacement du rotor dans l’espace et nous parlerons alors d’incidence.
 
Deux cas typiques seront analysés : 
 
     1°) Position 3 : Pale avançante perpendiculaire à l’axe du fuselage dans le cas d’un rotor rigide, puis dans celui d’un rotor à pales articulées en battement.
     2°) position 7 : Pale reculante diamétralement opposée.
 
Dans ces deux cas, l’analyse est plus simple car les vecteurs agissent sur un seul plan. Dans les autres positions, les vecteurs se situent dans deux plans concourants et le sujet sera abordé dans un article relatif à la « Dissymétrie de portance » .
 
 
 
Figure 1 : La vitesse de la pale Vp1 est considérée aux 2/3 du rayon.
 
Définitions :
 
Tous les vecteurs de vitesse sont représentés dans un plan vertical parallèle au fuselage et passant aux 2/3 du rayon de la pale considérée. Pour des questions de lisibilité, les pales sont calées à 0° par rapport au plan rotor.
 
Les vecteurs vitesses ( Vp = Vitesse pale dans le plan rotor, Vh = Vitesse horizontale de l’autogire, Vm ou Vd = Vitesses de montée ou de descente de la pale )
sont représentés en BLEU.
 
 Les vecteurs R figurant les vitesses résultantes ou le vent relatif W… sont représentés en ROUGE.
 
Pale avançante dans le cas d’un rotor rigide.
 
Pale en position 3.
 
 
Figure 2
 
La pale se déplace suivant la direction de R1, le vent relatif W1 est de même direction, mais de sens inverse.
 
Dans ce cas, l’incidence Â1 est positive car R1 se situe sous le plan rotor..
 
Pale avançante dans le cas d’un rotor à pales articulées.
 
Pale en position 3.
 
 
Figure 3
 
La pale avançante augmente sa vitesse et porte plus, l’équilibre avec la force centrifuge et momentanément rompu et la pale monte à un vitesse Vm, en recomposant Vm avec R1, on obtient une nouvelle résultante R2 qui passe au dessus du plan rotor, l’incidence Â2 est négative.
 
La portance diminue et la pale tend à reprendre sa place initiale, aidée en cela par le moment de rappel de la force centrifuge et éventuellement de l’effet Delta.
 
Pale reculante dans le cas d’un rotor à pales articulées.
 
Pale en position 7.
 
Figure 4
 
La vitesse de la pale a changé de sens, la valeur de R3 diminue, la pale porte moins et tend à descendre à une vitesse Vd. En recomposant R3 et Vd, on obtient une vitesse résultante R4, plus faible que R2, mais située nettement au dessous du plan rotor.
 
L’incidence Â4 est fortement augmentée et la pale tend à remonter vers sa position initiale; c’est l’effet inverse du cas précédent.
 
Conclusion :
 
L’articulation de battement, outre son effet bénéfique en supprimant le moment de dissymétrie de portance et le couple de précession, apporte en prime un effet régulateur qui  contribue à la stabilité et au rendement du rotor.
 
Utilisée conjointement avec l’articulation Delta et les effets de la force centrifuge, elle diminue le dièdre des pales avec pour conséquence une surface frontale plus faible et donc moins de traînée.
 
Si on examine les positions autres que 3 et 7, Vp ne se situe plus dans le même plan que Vh et Vm ou Vh et Vd ; les résultats sont intermédiaires entre ceux des figures 3 et 4.
 
Si on considère d’autres points de la pale, différents de 2/3 R :
 
     1) La vitesse Vp augmente quand on se rapproche de l’extrêmité de la pale, l’incidence diminue.
 
     2) La vitesse Vp diminue quand on se rapproche de l’emplanture de la pale, l’incidence augmente. Ceci explique pourquoi les zones du rotor proches de l’axe de rotation sont en régime de décrochage permanent et le phénomène est aggravé lorsque la pale recule. Il y aurait donc intérêt à vriller les pales négativement à proximité de l’emplanture, mais cela complique fortement la fabrication.
 
Cette solution a été testée avec succès sur le « CLINOGYRE » Odier  Bessière en 1932. Cet appareil intermédiaire entre l’avion et l’autogire a été réalisé à partir d’une cellule de Caudron C-193 sur laquelle a été greffé un petit rotor double bipale de 6 mètres de diamètre.
 
 
Clinogyre Odier & Bessière (Collection G. Chaulet)
 
La particularité des pales est leur fort vrillage négatif à l’emplanture et léger vrillage positif à l’extrêmité. La zone proche du moyeu fonctionne en régime « Moulinet récepteur«  au lieu de décrocher et assure la motricité du rotor, la zone intermédiaire est en régime « Autorotation » et l’extrêmité s’apparente au régime « Hélicoptère »  
 
                                      Le croquis ci-contre, issu de la demande de brevet; malgré une représentation assez fantaisiste des roulements à billes et du Flector, montre bien le vrillage des pales. H est le rotor supérieur et H’, le rotor inférieur qui lui est perpendiculaire.
 
Le battement des pales est permis par l’interposition de coussinets en caoutchouc entre les rotors et les plateaux du moyeu, ils jouent également le rôle d’accouplement élastique encore appelé « Flector ».
 
Par rapport à l’avion d’origine, le Clinogyre  a une polaire très aplatie et le portance diminue à partir de 25° d’incidence, alors que l’avion pur décroche à 16°. La vitesse maxi est légèrement inférieure aux 193 kM/H d’origine, mais la vitesse mini descend à 40 kM/H et permet des descentes à 45° . Malgré ces résultats intéressants, le Clynogire est resté à l’état de prototype.
 
Billet N° 97 J. Cousin le 13/02/2009.
 
Bibliographie Clinogyre : « L’aéronautique » N°160 septembre 1932
Photo : Collection Georges Chaulet.
Dessins : JC
 
 
 
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