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LES DIFFERENTS TYPES DE ROTORSTYPES DE ROTORS UTILISES EN MODELES REDUITS : Depuis les années 30, les avionneurs et les modélistes fascinés par l'autogire ont fait preuve d'une imagination débordante. La liste non exhaustive des types de rotors ci-dessous en donne un faible aperçu.
A) Aile ronde :
Celle-ci est hors sujet, mais il est courant d'admettre que l'autogire a des performances similaires à une aile ronde de même diamètre. Toutefois le centrage est totalement différent; il est calculé à une valeur comprise entre 25% et 33% de la corde moyenne.
B) Rotor ou rotors rigides :
Le rotor rigide est composé de pales fixées directement sur le moyeu sans possibilité de mouvement en battement. Les efforts de dissymétrie de portance et de précession sont intégralement retransmis à la cellule; ce qui engendre une forte instabilité en roulis. Afin de pallier cet inconvénient, il est courant d'utiliser deux rotors tournant en sens inverse. Exemple : Le "Machingyre" équipé de deux bipales superposés dont le plan a été publié dans la revue MRA N° 597 et 618. Toutes les fantaisies sont permises : Rotors en tandem, côte à côte, engrènants etc...
Avantages : Simplicité se construction, rigidité (lest non indispensables), meilleur rendement (L'énergie dissipée en battement dans un rotor articulé ou souple est ici récupérée en portance).
Inconvénients : Instabilité due aux couples de précession et de dissymétrie de portance, nécessité d'une faible charge alaire pour une vitesse de rotation lente, efforts importants sur les servos.
Applications : Vol libre sans vent ou vol libre et RC en salle.
Cas du vol libre : L'équilibre est assuré par de savants règlages qui ne fonctionnent que pour un régime de vol donné (vitesse et trajectoire constantes).
Cas du vol indoor : En monorotor, le couple de précession est minimisé par la faible vitesse de rotation et la faible masse des pales; la dissymétrie de portance est compensée par une commande de roulis à fort débattement. Exemple le "Coudu 3" de Philippe dubois. Le moyeu ci-dessus à gauche (10g) permet de règler le calage des pales.
C) Rotor élastique :
Les pales sont reliées au moyeu par l'intermédiaire d'une plaquette de forme rectangulaire (bipale), triangulaire (tripale), carrée (quadripale), réalisée en F.D.V.époxy, duralumin ou acier. Cette formule permet un battement limité des pales et les couple de dissymétrie de portance et de précession sont retransmis au moyeu proportionnellement au dièdre des pales. Imaginée par Georges Chaulet, cette méthode a été appliquée notamment sur tous les autogires tripales dont le "2D" de la gamme "Autogyro Company of Arizona" et dérivés, ainsi que sur le bipale "Kirara" Japonais.
Avantages : Simplicité de construction, robustesse, lests plus légers, butées basses non indispensables, articulations de traînée assurées par les vis de fixation.
Inconvénients : Filtration moyenne des couples parasites, retours d'efforts sur les servos.
Applications : Autogires RC de classe moyenne.
C' ) Rotor souple :
Le principe est identique au précédent, mais le matériau est le polypropylène ou le polyétylène; dans ce cas, les couples retransmis sont faibles et quasi constants. En contrepartie, il est nécessaire de prévoir des butées basses pour éviter que les pales pendent lamentablement quand le rotor est au repos. Le "JC11" tripale, les "Rotorshape" et autres "Rainbow" sont équipés de ce type de rotor qui offre un bon compromis entre le rotor rigide et le rotor articulé. Pour les modèles légers, il est possible d'utiliser des charnières sans axe (figure de droite).
Avantages : Simplicité de construction, robustesse, lests plus légers, articulations de traînée assurées par les vis de fixation.
Inconvénients : Filtration moyenne des couples parasites, butée basse indispensable, retours d'efforts faibles sur les servos.
Applications : Autogires RC de classe "park flyer". D) Rotor articulé :
Le rotor articulé est utilisé sur les autogires grandeurs de type classique et sur des modèles comme le "DC Gyro" d'Emilio Gabesas par exemple ou le "JC12". Les couples parasites sont éliminés, ormis les frottements dans les axes de battement et l'effet de barre de Té.
Avantages : Très bonne élimination des couples parasites, articulations de traînée assurées par les vis de fixation, insensibilité aux rafales, adapté aux grandes vitesses de rotation, possibilité de variation de pas par inclinaison de l'axe de battement, faibles retours d'efforts sur les servos.
Inconvénients : Construction complexe, butées hautes, basses et lests indispensables.
Applications : Autogires RC de classe moyenne et grands modèles. D' ) Rotor articulé à axes confondus :
Dans cette variante, tous les axes de battement sont confondus et passent par l'axe rotor; l'effet de barre de Té est éliminé. La réalisation est beaucoup plus complexe et nécessite des pieds de pales à "enjambement". Ce système sophistiqué équipait l'autogire grandeur "Haffner" ainsi que mon modèle quadripale "JC07" de 1978.
Avantages : Totale élimination des couples parasites, articulations de traînée assurées par pivots, adapté aux moyennes et grandes vitesses de rotation, possibilité de variation de pas par inclinaison de l'axe de battement, retours d'efforts sur les servos quasi nuls.
Inconvénients : Construction très complexe, butées hautes, basses, de traînée et lests indispensables.
Applications : Autogires RC de classe moyenne et grands ou très grands modèles .
E) Rotor bipale semi articulé ou en balancier :
Inventé par l'hélicier Chauvières et vulgarisé par Igor Bensen, le rotor en balancier concilie les avantages du rotor rigide (simplicité et rigidité) et du rotor articulé à axes confondus. Sa réalisation ne nécessitant qu'un palier central est simple et fiable. Ce rotor est universellement utilisé sur les Gyrocoptères (marque déposée Bensen) et autres gyroplanes, on le retrouve également sur mon modèle "JC10" de 1998 et dans une version simplifiée sur l'autogire indoor "JC13" en 2002.
Avantages : Relative simplicité de construction, très bonne élimination des couples parasites, suppression des articulations de traînée , bonne rigidité, lests non indispensables, adapté aux moyennes vitesses de rotation, possibilité de variation de pas par inclinaison de l'axe de battement, faibles retours d'efforts sur les servos.
Inconvénients : Faible portance due à la faible plénitude, stabilité moyenne..
Applications : Tous modèles. E' ) Rotor bipale semi-articulé/élastique :
Dans cette variante les deux pales sont reliées au palier par l'intermédiaire d'une lame souple en F.D.V.époxy, duralumin ou acier. Il n'y a aucun intérêt particulier à cette formule, à part une plus grande simplicité du système de fixation fixation des pales. Le double rotor du "JC06" ci-dessous en est une parfaite illustration.
Avantages, inconvénients, applications : voir ci-dessus.
F ) Rotor en double balancier :
Les premiers essais de cette intéressante configuration ont été réalisés sur mon "JC06" en 1972 ainsi que sur des modèles plus petits : "JC11" en 2001 et "JC14" en 2005.
L'ensemble est constitué de deux rotors bipales superposés et tournant dans le même sens; cette solution permet d'obtenir des rotors plus compacts donc moins sensibles aux effets de torsion des pales et plus stables. En modèles réduits, la rigidité propre permet de supprimer les lests : Que des avantages.
Avantages : Très bonne élimination des couples parasites, bonne portance, bonne stabilité, suppression des articulations de traînée , bonne rigidité, lests non indispensables, adapté aux basses et moyennes vitesses de rotation, possibilité de variation de pas par inclinaison de l'axe de battement, faibles retours d'efforts sur les servos.
Inconvénients : Construction deux fois plus complexe que le simple rotor en balancier... Logique !
Applications : Tous modèles.
Important :
Le sens de rotation et la vitesse moyenne de chacun des deux rotors sont identiques, mais les vitesses angulaires instantanées varient en permanence en fonction du battement. Il est donc indispensable de laisser un léger débattement angulaire entre les deux rotors tout en leur imposant une position relative d'environ 90°. Ce rôle est assuré par des câbles de quadrature équipés de masselottes (Autogire JC06 ci-dessus à gauche), ou par un doigt d'entraînement (JC11) ou encore par des goupilles de cisaillement (JC14) qui cassent en cas de choc et protègent la mécanique. C'est un peu le même principe que l'articulation de battement qui équipe les rotors articulés.
Nota :
Les terme affichés en rouge sont explicités à la rubrique "GYROLEXIQUE".
En bleu : Plus de photos au chapitre "ALBUMS".
J Cousin
LA CONICITE DES ROTORSPour les autogires comme pour les hélicoptères en vol stabilisé, les forces suivantes agissent sur les pales en mouvement :
1- La portance tire les pales vers le haut.
2- La gravité tire les pales vers le bas. 3- La force centrifuge tire les pales vers l'extérieur. L'angle de conicité est l'angle au sommet du cône décrit par les pales, une forte conicité représente donc un rotor presque plat et un angle de dièdre faible. La méthode consiste donc à calculer l'angle de dièdre α en fonction de la vitesse de rotation, de la masse des pales et de la portance.
Par convention, les moments positifs tirent la pale vers le haut et les moments négatifs vers le bas. Les unités utilisées sont conformes au système SI, c'est à dire: Masses en Kilogrammes, forces et poids en Newton, longueurs en mètres, temps en secondes. VARIABLES:
ω Vitesse angulaire du rotor Radians par seconde Mo Masse autogire sans pales Kilogrammes M1 Masse d'une pale sans lest Kilogrammes M2 Masse d'un lest de pale Kilogrammes N Nombre de pales Z Portance d'une pale Newton g Gravité = 9,81 m/s/s Méthode générale (Figure 1 Cette méthode; sans être complexe est néanmoins fastidieure et ne sera pas complètement développée dans le cadre de cet exposé.
En vol stabilisé :
Z = ( Mo x g ) / ( N x cosα )
P1 = M1 x g P2 = M2 x g Moments dus à la force centrifuge :
C1 = - ( F1 x H1 ) = - ( M1 x ω^2 x ( Ro + ( L1 x cosα ))) x L1 x sinα
C2 = - ( F2 x H2 ) = - ( M2 x ω^2 x ( Ro + ( L2 x cosα ))) x L2 x sinα Moments dus à la pesanteur :
C3 = - ( P1 x J1 ) = - ( M1 x g x L1 x cosα )
C4 = - ( P2 x J2 ) = - ( M2 x g x L2 x cosα ) Moment dû à la portance :
C5 = Z x L4 = Z x (( Ro x cosα) + L3 ) x 0,66
L'angle α doit satisfaire à la condition d'équilibre des moments telle que :
C1 + C2 + C3 + C4 + C5 = 0
Cette équation peut être résolue par itération de l'angle α pour des valeurs de 0° à 90° par incréments de 0,1° par exemple et on retiendra la valeur de l'angle α correspondant à la somme des moments la plus proche de 0.
Méthode simplifiée (Figure 2)
L'angle α étant petit, cosα est voisin de 1 et on peut donc accepter avec une faible marge d'erreur que :
Ro ~= Lo
R1 ~= Lo + L1 R2 ~= Lo + L2 Z ~= Z x cosα Ro étant petit par rapport à ( Lo + L4 ) , on pourra considérer les points O et P confondus.
En vol stabilisé :
Z = ( Mo x g ) / N
P1 = M1 x g P2 = M2 x g Force centrifuge :
Due à la masse de la pale : F1 = M1 x ω^2 x R1
Due à la masse du lest : F2 = M2 x ω^2 x R2 Moments dus à la force centrifuge :
C1 = - ( F1 x H1 ) = - ( F1 x ( R1 x tgα ))
C2 = - ( F2 x H2 ) = - ( F2 x ( R2 x tgα )) Moments dus à la pesanteur :
C3 = - ( P1 x R1 )
C4 = - ( P2 x R2 ) Moment dû à la portance :
C5 = Z x R4
Pour obtenir l'équilibre des moments :
0 = - ( F1 x R1 x tgα ) - ( F2 x R2 x tgα ) - ( P1 x R1 ) - ( P2 x R2 ) + ( Z x R4 )
tgα = (( F1 x R1 ) + ( F2 x R2 )) = - ( P1 x R1 ) - ( P2 x R2 ) + ( Z x R4 ) tgα = (( Z x R4 ) - ( P1 x R1 ) - ( P2 x R2 )) / (( F1 x R1 ) + ( F2 x R2 ))
Application à l'autogire JC12
Masse de l'autogire (sans les pales) : Mo = 1,350 kG
Masse d'une pale (sans lest) : M1 = 0,030 kG Masse d'un lest : M2 = 0,010 kG Vitesse rotor : ω = 860 tr/mn = 90 radians/sec Nombre de pales : N = 3 Rayon au C.D.G. de la pale : R1 = 0,290 m
Rayon au C.D.G. du lest : R2 = 0,515 m Rayon extérieur : R3 = 0,540 m Rayon à la résultante de portance :
R4 = R3 x 0,66 = 0,356 m P1 = 0,030 x 9,81 = 0,3 N
P2 = 0,010 x 9,81 = 0,1 N F1 = 0,030 x 90^2 x 0,290 = 70,5 N F2 = 0,010 x 90^2 x 0,515 = 41,7 N Z = ( 1,350 x 9,81 ) / 3 = 4,4 N tgα = (( 4,4 x 0,356 ) - ( 0,30 x 0,290 ) - ( 0,10 x 0,515 )) / (( 70,5 x 0,290 ) + ( 41,7 x 0,515 )) = 0,0340
Soit α = 2°
Sécurité
Dans le cas ci-dessus, la force centrifuge dans une pale est de 112 Newton ! Il y a donc nécessité de calculer les axes de battement au cisaillement.
Nota
Dans le cas d'une accélération verticale ( γ ) à la mise de gaz ou d'une augmentation du facteur de charge ( k ) en virage par exemple, il y a lieu de remplacer ( g ) par ( g+γ+k ), la conicité diminue et le dièdre augmente.
Un excès de dièdre ( faible conicité ) augmente la surface frontale du rotor et la trainée, l'apparition de battements intempestifs et le risque de décrochage des pales situées en avant de l'axe rotor, il est souhaitable de ne pas dépasser une valeur de 5° à 6°.
JC
Nouveau COUDU3 en Belgique !
Daniel est un vieil habitué des réunions indoor en Belgique. Il présente régulièrement ses modèles originaux à AEROMANIA , le meeting bi-annuel qui se déroule à Tournai au mois de novembre. Il fallait bien qu'un jour ou l'autre, il se mette à l'autogire; ce qui est chose faite aujourd'hui. Le plan a été scrupuleusement respecté et un petit plus esthétique a été ajouté: Les nervures et les empennages en "petit dépron rouge"...
WALLIS Autogyro de Micro-MoldDans le reportage relatif au salon de Nürenberg, le N° 28 de la revue "Radio Commande Magazine" annonçait l'arrivée d'un des tous premiers kits d'autogire RC proposés sur le marché: Le WALLIS Autogyro.
Cet appareil commercialisé par la société MICRO-MOLD en Angleterre était la semi-maquette du célèbre "Little Nelly" du Wing Commander Ken WALLIS. Il est très connu, c'est celui de James Bond 007 !
Le Wallis Autogyro est à classer dans la catégorie des "Gyroplanes" qui définit des aérodynes à moteur propulsif, train tricycle et rotor bipale en balancier dérivés du Gyrocoptère (marque déposée) inventé par Igor BENSEN).
Les problèmes de stabilité rédhibitoires de l'autogire modèle réduit furent résolus grâce à l'utilisation d'une tête de rotor d'hélicoptère, barre de BELL et plateau cyclique. Très moderne pour son époque, il était équipé d'un prélanceur de rotor mû à partir du moteur de propulsion; composé d'un embrayage à friction, d'un réducteur, et d'une roue libre. Toutes ces pièces étaient empruntées à l'hélicoptère classique à pas fixe de la marque.
CARACTERISTIQUES :
Diamètre rotor : 1600mm
Longueur du fuselage : 838mm Masse avec moteur, mais sans RC : 2150 Grammes Masse en ordre de vol : 2500 grammes Motorisation recommandée : 7,5 à 10 cm3 deux temps Radiocommande : 4 voies ( gaz, direction, cyclique D/G, cyclique P/C ) En 1983, le WALLIS Autogyro était proposé à 112,88 £ ; somme à laquelle il fallait ajouter 9,50£ de frais de port, les frais de douane et de TVA. On comprend pourquoi sa diffusion fut plutôt confidentielle, étant donné les aprioris à l’encontre de cette formule à l’époque.
Un banc d’essai de ce beau modèle a été publié dans la revue RADIO CONTROL MODELS & ELECTRONICS de Juin 1984 ainsi que quelques modifications proposées afin d’améliorer la fiabilité.
Crédit photos : Micro-Mold, RCM. FLAT C30 AUTOGIRO de Francisco SanchezAEROTEC R.D.M. N°112 septembre 2003
Vous désirez un modèle aussi simple à construite et aussi fiable que le DC GYRO, mais avec une silhouette semi-maquette ? Le mythique C30 réalisé en silhouette par Francisco Sanchez Bernal est fait pour vous. Faible prix de revient, efficacité et performances sont au rendez-vous. Son secret?: Sa faible masse et le contrôle direct roulis/tangage. La tête de rotor à pales articulées en battement; similaine à celle du DC GYRO est réalisée en éléments de contreplaqué, elle ne nécessite aucun outillage particulier pour sa réalisation.
CARACTERISTIQUES:
L'article abondamment illustré de photos en couleurs et le plan encarté échelle1/1 figurent dans le N°112 du mois de septembre 2003 de la revue AEROTEC. Revue disponible auprès de AEROTEC RDM C/Gomera 10-3°B
Pol. Ind. Norte - S.S. de los Reyes
28700 MADRID
Crédit photos : AEROTEC, Francisco Sanchez, Emilio Gabesas. CIERVA C30 AUTOGIRO d'Eduardo PinillaAEROTEC R.D.M. N°88 septembre 2001
Avril 1933 : L'ingénieur Juan De La CIERVA pousse la manette des gaz et décolle le prototype de son C30; chef d'oeuvre de toute sa prolifique production. Cet appareil réunit toutes les innovations de ses prédecesseurs : Prélancement et commande directe du rotor, suspension à grand débattement et pour la première fois; suppression des ailes stabilisatrices. Cet autogire connaîtra un grand succès et sera construit sous licence dans de nombreux pays. Les derniers développements seront capables d'effectuer des décollages sautés.
Comme pour le C4, Eduardo nous propose dans ce numéro 88 un excellent article accompagné du plan échelle 1/1 encarté dans la revue.
Aucune crainte pour les qualités de vol; le modèle est capable de grands écarts de vitesse et possède une excellente maniabilité comme en témoigne la video qui m'a été transmise par Georges Chaulet.
NOTA: Le plan du moyeu de rotor est proposé dans le N°92 de la même revue. CARACTERISTIQUES:
Plan disponible auprès de AEROTEC RDM
C/Gomera 10-3°B
Pol. Ind. Norte - S.S. de los Reyes
28700 MADRID
Crédit photos : AEROTEC, Eduardo Pinilla. CIERVA C4 AUTOGIRO d'Eduardo PinillaAEROTEC R.D.M. N°98 juillet 2002
Eduardo PINILLA réside à Madrid; patrie de l'autogire depuis 1920 avec les premiers essais menés par un jeune ingénieur qui deviendra célèbre: Juan De La Cierva. C'est donc en passionné de ce type de machines qu'il nous a concocté quelques modèles RC très aboutis. Dans ce N°98 de la revue Espagnole "AEROTEC"; l'auteur nous propose un article relatif à la construction de cette belle semi-maquette de l'autogire CIERVA C4 dont l'appareil grandeur; conçu en 1923 fut le premier aérodyne à voilure tournante capable d'effectuer un vol complet. (l'original était doté d'un rotor à quatre pales). Cerise sur le gâteau, la revue est accompagnée d'un plan encarté à l'échelle 1/1. Pas de soucis, les autogires conçus par Eduardo volent parfaitement. NOTA: Le plan du moyeu de rotor est proposé dans le N°92 de la même revue. CARACTERISTIQUES:
Plan disponible auprès de AEROTEC RDM
C/Gomera 10-3°B
Pol. Ind. Norte - S.S. de los Reyes
28700 MADRID
Crédit photos : AEROTEC, Eduardo Pinilla, Luis Covaleda. NOUVEAU KIT disponiblePrésenté à l'occasion du dernier salon de Prague, le kit de l'autogire RAINBOW proposé par MEGA MOTOR (Cz) est disponible dans les rayons de Copaéro et Topmodel !
Il s'agit d'un modèle "parkflyer" équipé d'un moteur électrique à cage tournante de classe 400.
Le banc d'essai de cet appareil abordable financièrement et techniquement est proposé dans le N° 676 de la revue "Modèle Magazine" de ce mois (voir rubrique "GYROPRESSE").
Encore plus de photos sur le site du constructeur : http://www.megamotor.cz
Crédit photo : Mega Motor
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