Autorotation
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L'autorotation est le mouvement de rotation sur lui-même qu'un mobile subit éventuellement lors de son déplacement dans le fluide : il peut par exemple s'agir d'une hélice non motorisée, fonctionnant à la manière d'une éolienne.
L'autorotation présente également un intérêt pour le pilotage des missiles : une autorotation dite lente (de l'ordre du tour/seconde) permet de régulariser les effets des éventuelles dissymétries du corps volant (exemple missiles Matra r530, antichars ss11, air-sol AS30 etc.). Une autorotation un peu plus rapide(environ 10 tours/seconde) permet de n'utiliser qu'un seul plan de gouvernes (lacet par exemple) au lieu de deux (lacet-tangage), puisque l'autorotation en roulis distribue son effet tour à tour selon les voies verticales et horizontales (exemples missiles milan, roland, eryx).
Par rapport aux missiles stabilisés en roulis, le pilotage des missiles en autorotation est plus économique, puisqu'il élimine jusqu'à deux des trois chaînes de pilotage (roulis et lacet ou tangage), mais il demande une rapidité de réponse des gouvernes un peu plus élevée (la fréquence de roulis s'ajoute à celle du pilotage), ce qui vaut également pour les équipements embarqués (dans le cas d'un autodirecteur par exemple).
Pour les roquettes et les obus, l'autorotation encore plus rapide permet un effet de stabilisation par inertie gyroscopique. Pour les aéronefs à voilure tournante, tels que les autogyres ou les hélicoptères, l'autorotation permet la sustentation.
L'autorotation pour les hélicotpères :
En cas de panne de moteur sur un hélicoptère survenant à une hauteur suffisante, la mise en autorotation du rotor principal permet de descendre et d'atterrir sans dommage.
Voici les les équations permettant de transformer l'énergie potentielle en énergie cinétique lors d'une mise en autorotation.
Suivant les phases de vols, les valeurs (coefficients) de chaque composante de l'équation vont changer, mais l'équation demeure identique :
Ec + Ep + Er = Cste
Or : Ec = 1/2 m v² et Ep = m g z et Er = k.S.V(^3) (^3 : puissance 3)
- m : masse de l'hélicoptère (en kg à l'instant t considéré)
- v : sa vitesse en unité internationale (en m/s, exit les kt)
- z : sa hauteur (par rapport au sol, celle du point de posée ici)
- k : la constante du coefficient des pales
- S : la section balayée en m²
D'où l'on a :
Sommes des Ec + Sommes des Ep + Énergie de rotation du/des rotor(s) = Cste
- Ec pour énergie cinétique
- Ep pour énergie potentielle.
- Er pour énergie de rotation du rotor.
Donc on a :
1/2.m.v² + m.g.z + k.S.V(^3) = Cste.
Comment trouver k ? (en fonction de l'hélicoptère ?)
Pour k qui est la constante du coefficient des pales dépendant de la vitesse du rotor, on devrait avoir :
- une variable concernant la vitesse de rotation du profil,
- une variable relative à l'élasticité de la pale,
- un coefficient de frottement en fonction de la masse volumique de l'air (qui dépendra elle-même de l'altitude)
À retenir : V est la vitesse de rotation du profil à l'instant T considéré, mais en unité SI, ici en m / s (mètre par seconde).
À propos de l'énergie totale de l'hélicoptère :
- En vol de croisière en ligne droite (vitesse et altitude constante), l'énergie totale de l'hélicoptère est pseudo-constante. Car les forces de frottements (sur les pales et l'hélicoptère) font perdre de l'énergie donc des tours, mais cette perte est exactement compensée par l'énergie apportée par le moteur.
- Par contre, étant assez haut, si nous mettons l'hélicoptère en autorotation, le moteur ne fournit plus l'énergie nécessaire à la rotation du ou des rotors, et l'énergie totale de l'hélicoptère va donc diminuer à cause du frottement de l'hélice dans l'air.
L'intégration du frottement dans les équations complique le calcul, mais n'est pas assez négligeable pour ne pas être mentionnée.
