Autorotation

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.

Pour les aéronefs à voilure tournante, tels que les autogires ou les hélicoptères, l'autorotation permet la sustentation.

L'autorotation pour les hélicoptères

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 équations permettant de transformer l'énergie potentielle en énergie cinétique lors d'une mise en autorotation.

Suivant les phases de vols, les valeurs de différentes grandeurs vont changer, mais l'équation demeure identique :

Ec + Ep + Er = Cte
  • Ec pour énergie cinétique de translation de l'hélicoptère
  • Ep pour énergie potentielle du système {Terre + hélicoptère}
  • Er pour énergie cinétique de rotation du rotor

Avec :

Ec = \frac{1}{2} \; m \cdot v^2

Ep = m \cdot g \cdot z

Er = k \cdot S \cdot v^3

  • m : masse de l'hélicoptère (en kg)
  • v : sa vitesse en unité internationale (en m/s, exit les kt)
  • g : intensité de pesanteur (souvent 9,81 m⋅s2)
  • z : son altitude (en m, par rapport au sol, celle du point de posée ici)
  • k : la constante du coefficient des pales (en kg·m3·s)
  • S : la section balayée en m2

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)

Pour mémoire : 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 l'hélicoptère est mis 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.

Missiles et projectiles

L'autorotation présente également un intérêt pour le pilotage des missiles : une autorotation dite « lente » (de l'ordre du tour par seconde) permet de régulariser les effets des éventuelles dissymétries du corps volant (exemple missiles Matra R530, antichars SS.11, air-sol AS-30L etc.). Une autorotation un peu plus rapide (environ 10 tours par 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 projectiles tels les roquettes et les obus, l'autorotation encore plus rapide permet un effet de stabilisation par inertie gyroscopique.



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