Voilures Tournantes

Voilure tournante

La voilure est l'élément sustentateur d'un aérodyne. Elle peut être fixe (aile d'avion) ou tournante (rotor principal d'hélicoptère ou d'autogyre).

Il est évident que M. Ponton d'Amécourt en définissant l'hélicoptère en 1863 construisait des coaxiaux et propose de réaliser 2 variantes : « Il consiste à avoir deux hélices, tournant en sens inverse et combinées de telle sorte que l’une ajoute son effort à celui de l’autre pour monter, tandis que toutes les deux se font équilibre pour lutter contre la résistance horizontale.

1. Je place en avant de l’appareil une troisième hélice dont le plan est vertical, c’est-à-dire perpendiculaire aux deux autres.
2. Obliquez seulement l’axe des deux hélices d’ascension, et vous obtiendrez une force de propulsion »

Préambule. Les jouets avec hélice

De la Chine à l'Europe, l’homme essaye d’envoyer dans l’air ce qu’il pense faire voler. Il étudie ce que la nature montre en vol : insectes et oiseaux. Un point historique est concrétisé par un dessin de Léonard de Vinci qui viendra en France en 1516.

Une présentation d’un jouet en 1784 fabriqué par Launoy et Bienvenue sera faite à l’Académie des sciences. Il faut attendre 1863 pour qu’apparaît le mot hélicoptère. Ponton d’Amécourt invente ce mot pour traduire sa passion de réaliser des jouets qu’il fait voler avec plus ou moins de bonheur.

La définition du mot hélicoptère dans les Larousse de 1922 à 1940, illustrée par l’hélicoptère des années 1919 du Marquis Pateras-Pescara (Barcelone) devrait être une preuve qu’à l’époque, nous pouvions différencier un gyroplane, un hélicoptère et un autogire. Cette confirmation se trouve également dans une étude expérimentale des voilures tournantes commandées en 1924 par le service technique et industriel de l’aéronautique au Laboratoire Eiffel qui dispose depuis les années 1910 d’une soufflerie.

La définition du mot Gyroplane dans le Larousse de 1922 indique que "c'est un type d'appareil d'aviation imaginé en 1907 par L. Breguet et Richet, et dans lequel des hélices inclinées jouent le double rôle de sustentateurs et de propulseurs."

Le n°2 de M. E. Oehmichen ayant effectué le KM bouclé en mai 1924 serait donc un Gyroplane ayant des hélices supplémentaires pour aider l'appareil à suivre certaines directions, les quatre hélices malgré leur dissymétries par construction ne suffisaient pas. Une bonne interprétation illustrative serait d'évoquer, comme le dit C. de Pescara dans son article paru sur 3AF "Il y a autant de groupes d'hélices que de directions à suivre"

La définition du Gyroptère serait "un hélicoptère particulier, expérimenté en 1914 par Papin et Rouilly".

Travaux influencés par cette définition d’hélice coaxiale

• 1877 Enrico Forlanini moteur à vapeur de 0,25 CV. Poids de 8 kg -Italie
• 1903 Félix Faure présente un appareil coaxial de 85 kg
• 1905 M. Maurice Léger présente un coaxial de 110 kg. Moteur de 6 CV.
• 1907 Au U.S.A, Luyties. Moteur de 20 CV, poids de 500 kg, diamètre 10 m.
• 1908 M. Igor Sikorski réalise un coaxial en Russie. Moteur Anzani 25 CV.
• 1912 Yuriev Russie) ; Jens Christian Hansen Ellehammer (Danemark)
• 1919 Pescara/Barcelone (Il positionne un coaxial sur le toit de sa voiture en 1917)Moteur Hispano 45 CV
• 1921 Pescara 2R ( Barcelone modifié en France).Moteur Rhône 160 HP.Diamétre 6,4 m. Poids 800 kg
• 1920 Berliner
• 1923 Pescara 2F fabriqué en France
• 1924 Pescara 2F (modifié). Moteur Hispano-Suiza 180 CV. Diamètre 7,20 m. poids 870 Kg
• 1925 Pescara3F

Travaux avec 2 rotors coaxiaux et une hélice propulsive

• 1930 Pescara 4 S. Appareil espagnol. Moteur Salmson 40 Cv. Diamètre 400 Kg

Travaux avec deux rotors latéraux côte à côte

• 1904 Le colonel Renard
• 1905 Les Frères Dufaux de France. Moteur de 3 CV. Diamètre de 2 m.
• 1906 Le brésilien Alberto Santos Dumont ne finira pas son appareil
• 1907 M. Paul Cornu (France) moteur de 24 HP
• 1922 Hélicion Perrin (France) ; Berliner

Travaux avec un rotor horizontal et un rotor de queue

• 1909, le Russe Yuriev. Ce serait le premier. Moteur Anzan de 30 HP, Diamètre : 8,6 m

Travaux avec quatre rotors sur un même plan

• 1907 Appareil Breguet- Richet (Gyroplane français). Moteur de 45 CV. Diamètre 8,8m
• 1922 Appareil de l'Américain de Bothezat (quadrirotor avec autorotation). Moteur Rhône 180 CV ; Diamètre de 22 pieds ( 8 m). Poids : 1500 Kg. A Dayton dans l’Ohio. Il décolle et atterrit verticalement. Il peut tourner sur lui-même grâce à l’action de deux petites hélices spéciales à axe horizontal.(L'Aérophile, juin 1923)
• 1924 Appareil n °2 d'Etienne Oehmichen- Peugeot (Description faite par E. Oehmichen à la F.A.I.).Moteur rotatif Rhône 180 CV.

" Il comporte quatre grandes hélices principales. ( Deux de 7,6 m et deux de 6,4m) à axe vertical d'un système particulier à récupération, et pour la manœuvrabilité cinq évolueurs : hélices à axe vertical et à pas variables permettant d'incliner et de redresser l'appareil. Ces évolueurs sont commandés par "un manche à balai" analogue à celui des avions. En outre, une hélice à pas variable à axe horizontal permet l'orientation de l'hélicoptère. Deux hélices à axes horizontaux assurent son mouvement de translation ". Un volant gyroscopique de 1,8 mètres de diamètre est entraîné par le moteur pour donner à son appareil la stabilité qui hantait son concepteur. multi-hélices (12 hélices). La lecture d’un article intitulé « Les hélicoptères » dans L'Aérophile de janvier 1923, permet de compléter ces informations pour comprendre le pilotage de l’appareil n°2. Les quatre grandes hélices principales sont montées sur des axes dont une partie conique sert de "cônes-moyeux" équipés de roulements permettant d’absorber les efforts qu’elles subissent par des déplacements horizontaux. "Cette précaution est indispensable pour un appareil destiné à la translation" La rotation du moteur et du gyroscope (jante rayonnée et entoilée de 1,8 m de diamètre) produit un couple auquel sera opposé une ventilation produite par une hélice à axe horizontal. Nous pouvons imaginer une croix de deux poutres, l’une servant d’axe longitudinal à l’appareil. Cette poutre axe dite de traction équipée à l’avant d’une des grandes hélices principales de 6,4m de diamètre reçoit un groupe de panneaux horizontaux "en conjugaison avec les panneaux de direction de l’hélice tractive, ceci pour permettre les virages sur place" Cette hélice tractive est à pas variable et son action est pilotée par une pédale située dans le poste de pilotage où nous trouvons également une autre pédale pour commander l’orientation des deux panneaux qui servent de gouvernail, et situés en arrière de l’hélice tractive, qui par sa chasse donnera la direction. La disposition pour le pilote d’agir du poste de pilotage sur un levier qui oriente les axes de rotations (brevet GB 201,896) des cinq évolueurs qui d’après l’auteur dans L'Aérophile,justifie leurs présences seraient dû à la limitation de stabilité de forme du gyroscope. Comment peut-on prétendre appeler un tel appareil, un hélicoptère? L’homme de l’art ne le peut pas s’il consulte la définition du mot hélicoptère (Ponton d’Amécourt 1863, Larousse 1922 – 1940) Il ne le peut encore moins s’il lit l’article de J.P.James de Sciences et Voyages de 1922. C’est impossible si l’on travaille dans les milieux aéronautiques qui ont commandés au laboratoire Eiffel une étude d’essai sur 3 ans des voilures tournantes.(Voir Raoul Pateras-Pescara) Certainement un "Laboratoire aérien" dira E. Oehmichen.

Travaux avec l’aide d’un dirigeable

Dés l’apparition de dirigeable, il fallut mettre au minimum une hélice pour comme son nom l’indique diriger le ballon. Certains mirent plusieurs hélices.

• 1920 Le colonel Lamé. Moteur de 80 CV. 2 rotors
• 1921 M. Etienne Oehmichen construit un appareil n°1 à l’image du Cornu et pour l’améliorer, il mettra en son centre et perpendiculairement un Zodiac. Le concept de l’Hélicostat était né. Le nom fut trouvé beaucoup plus tard en 1930 avec un nouvel appareil n°4.

Travaux avec 6 rotors

• 1914 Appareil des Écossais les frères Denny. Moteur de 40 HP,

D’autres appareils en projet et réalisations

• 1921 Monohélicoptére Pescara (brevet
• 1921 L’Alérion de Damblanc-Lacoin
• 1923 Autogire de l’espagnol Juan de La Cierva
• 1925 « Monohélicoptère (monohélice auto stable) Oehmichen
• 1930 Hélicostat d’Oehmichen

Conclusion

Ce classement permet de différencier les voilures tournantes à partir de leur répartition sur les appareils donnant un sens à leur appellation d’origine. Autogire, Gyroplane, Hélicoptère, Hélicostat, Monohélicoptère. Aujourd’hui c’est la dénomination hélicoptère qui regroupe beaucoup d’aéronefs de même genre. Apparaissent de plus en plus des combinés. Les performances étaient de valeur trop inégale et difficilement comparables étant donné le mode de pilotage et quelquefois l’absence des commandes qui faisait que les pilotes étaient uniques. Ils devaient s’inventer une méthode de pilotage.

Tous les hélicoptères du Marquis Pateras-Pescara ont été construits sur le même modèle équipés de deux rotors coaxiaux contrarotatifs constitués par au moins quatre cellules bipennes. Il est reconnu que leur système de commande de vol est une véritable innovation. Pour assurer le fonctionnement en déplacement de l'appareil en palier, le pilote dispose d'un manche à balai qu'il n'a qu'à incliner dans la direction désirée. Il s'ensuit une variation cyclique du pas de chaque pale pendant le mouvement de rotation. Le résultat de cette action du manche à balai provocant une dissymétrie de poussée aérodynamique ainsi engendrée sur les rotors, faisant que les hélicoptères Pescara s'inclinent dans la direction voulue et les rotors ne tournant plus dans un plan horizontal, le propulse dans cette direction. Une manette commande la variation globale du pas des rotors, permettant ainsi à l'appareil de monter ou de descendre (changer d'altitude). Ces deux commandes se retrouvent dans les hélicoptères actuels, elles sont appelées respectivement de commande de pas cyclique et de commande de pas collectif. Il y a également un volant sur le manche à balais qui permet de faire varier différemment le gauchissement des pales de l'un et de l'autre rotor, ce qui a pour effet d'engendrer un couple de rotation nécessaire à faire un virage sur place.

Les gens des années 20 n'avaient pas compris que les hélicoptères Pescara sont à stabilité commandée. Raoul Pateras-Pescara croyait dans l’avenir de l’hélicoptère puisqu’il écrivait dans la revue La Vie au Grand Air du 20 février 1920 « Nous pouvons, par conséquent, prédire à l’enfant qui vient de faire ses premiers bonds, l’avenir le plus brillant » alors que l’ingénieur Étienne Oehmichen dans un exposé du 20 mai 1937 persiste à proposer « une solution sûre, … ,celle qui consiste à combiner sur un même appareil les avantages du plus lourd et plus léger que l’air : la solution de l’hélicostat ».

Bibliographie

• L'Aérophile, revue de l'Aéroclub de France et Aéronautique des années concernées.
• N° 142 18 mai 1922 Sciences et voyages
• Histoire de l’Hélicoptère par jean Boulet (1990) Témoignages des pionniers
• Document familiaux Pateras-Pescara de Castelluccio
• Archive du Musée de l’air à Meudon (1970).
• Le n°108 d'Aérofrance de l'Aéro-Club de France page 28 à 31 un article de Christian de Pescara. Dépôt légal: n° CPPAP 61682.
• Le n° 126 de la revue PEGASE de l'Association des Amis du Musée de l'air. Page 12 à 21 avec 26 photos un article de Christian de Pescara, (OCLC 0399-9939).
• Christian de Pescara, « Les inventions du Marquis de Pescara », dans La Lettre AAAF, n° 10, novembre 2007.
• Principles of Helicopter Aerodynamics : J. Gordon Leishman : (ISBN 9780521858601).

Liens externes

• (fr) Site personnel
• (fr) Conférence, à l'Union des Ingénieurs et des scientifiques du Bassin de L'Adour, sur un siècle d'invention des Pescara
• (fr) Site personnel. Des brevets de Raoul Pateras-Pescara
• (fr) Musée de l'hélico de l'ALAT: 1 article d'essais de classification des voilures tournantes illustré par plans et photos de Christian de Pescara

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