Autorotation

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  • Au vol en palier, le flux d’air c’est d’en haut vers bas
  • On observe: Le vol au palier (l’altitude – noir) et l’action du pilote qui met le collectif (bleu) au minime. La vitesse de rotation Nr (vert) a une oscillation. Le vol de descente jusqu’à 100 ft. Le commencement du décélération par un angle de tangage (magenta) plus élevée, et le collectif (bleu) au maximum, pour produire la poussée nécessaire a l’atterrissage. On observe la ralentissement du rotor (vert) correspondante a un collectif (bleu) plus élevée, jusqu’au arrête complète.
  • Autorotation

    1. 1. Méthode de calcul pour l’autorotation de l’hélicoptère Bell-427 Présenté par Andrei Popov Directeur de thèse prof. Ruxandra Botez
    2. 2. L’objectif du projet <ul><li>Développer une méthodologie efficace pour la génération des modèles mathématiques pour les hélicoptères par la technique d’estimation des paramètres (MLE) </li></ul><ul><li>Cas particulier d’étude : le régime de vol en autorotation </li></ul><ul><li>Modèle de l’hélicoptère : Bell 427 </li></ul><ul><li>But : construire un simulateur de vol de niveau FAA-D en concordance avec le standard FAA AC 120-63 </li></ul><ul><li>Partenaires industriels : Bell Helicopter Textron et Conseil national de recherches Canada (NRC-CNRC) </li></ul>
    3. 3. Méthodologie L’hélicoptère réel Le modèle théorétique de l’hélicoptère Essais en vol pour accumuler des données de vol Paramètres de vol enregistrées Les équations générales de mouvement Le modèle mathématique particularisé Estimation des paramètres de vol Validation des résultats
    4. 4. Les équations générales du mouvement Les forces: Les moments: Les angles d’Euler:
    5. 5. Les équations générales du mouvement Vecteur d’état: Vecteur de contrôle: Les équations non-linéaires: Les équations linéaires: x,u, X y,v, Y z,w, Z M,q L,p N,r
    6. 6. La technique d’estimation des paramètres (MLE - Maximum Likelihood Estimation) Paramètres de vol enregistrées Vecteur de contrôle: u(t) Vecteur d’état: x(t) IN Le modèle mathématique Matrices d’état: A, B OUT Vecteur de contrôle: u(t) Le vecteur d’état estimée: x(t) Comparaison des résultats Erreur < Erreur requise
    7. 7. L’autorotation <ul><li>L’autorotation a 4 phases: l’entrée, le descente, la décélération et l’atterrissage </li></ul><ul><li>C’est un regime de vol stable </li></ul><ul><li>C’est une condition d’équilibre de forces aérodynamiques sur la pale du rotor </li></ul><ul><li>On utilise dans la situation de panne de moteur pour un atterrissage d’urgence </li></ul><ul><li>Puissance du moteur = 0 </li></ul><ul><li>Apres la panne de moteur, le rotor continue de tourner à cause de son inertie, mais commence a ralentir à cause des forces de traînée </li></ul><ul><li>L’hélicoptère perd altitude, et le flux d’air traverse le rotor de bas en haut </li></ul>
    8. 8. L’équilibre de forces aérodynamiques sur la pale du rotor en autorotation <ul><li>L’autorotation du rotor est possible à un certain angle d’incidence au lequel les forces aérodynamiques intégrées sont en équilibre. </li></ul><ul><li>Cet angle d’incidence est l’angle collectif minime , au lequel le pilot doit le sélecter le plus tôt possible après la panne de moteur. </li></ul>La poussée: Le couple: La puissance: Les coefficients:
    9. 9. L’équilibre de forces aérodynamiques sur la pale du rotor en autorotation (suite) <ul><li>Sur la pale on a trois zones: </li></ul><ul><li>la zone conduite ou les forces locales de traînée sont prépondérantes, </li></ul><ul><li>la zone motrice ou le component portant est prépondérant, et </li></ul><ul><li>la zone de décrochage ou l’incidence de décrochage est dépassée. </li></ul><ul><li>Le couple total de torsion est zéro , il n’y a pas besoin de moteur pour tourner le rotor et produire de la poussée. </li></ul><ul><li>Le rotor tourne à cause de son inertie </li></ul>
    10. 10. L’équation du traction et d’incidence collective facteur d’avancement: facteur de perméabilité du rotor: vitesse d’air que traverse le rotor de haut en bas ou de bas en haut
    11. 11. L’équation du traction et d’incidence collective (suite) <ul><li>Coefficient de poussée est un fonction de facteur de perméabilité et angle collectif </li></ul><ul><li>Si lamda est négatif (l’air traverse le rotor de haut en bas), on a besoin d’un angle collectif plus élevée pour produire poussée </li></ul><ul><li>Si lamda est positif (l’air traverse le rotor de bas en haut comme en autorotation), on a besoin d’un angle collectif minime pour produire la même poussée </li></ul>L’angle collectif perméabilité avancement
    12. 12. L’équation des puissances en autorotation Équilibre de forces aérodynamiques et gravitationnel: Si le forces sont multipliée par vitesses on obtient puissances:
    13. 13. L’équation des puissances en autorotation (suite) <ul><li>La puissance du moteur est consumée par le mouvement de l’hélicoptère </li></ul><ul><li>Dans l’autorotation la puissance du moteur est zéro, on utilise la puissance du descente pour équilibrer la puissance consommée. </li></ul><ul><li>L’optimum pour autorotation est la puissance consumée minimale </li></ul>
    14. 14. La vitesse de descente en autorotation L’optimum pour autorotation est la puissance consumée minimale qui correspond a une vitesse de descente minimale Si la panne de moteur apparaît pendant un vol a point fixe, on a besoin d’une altitude minimale pour accélérer à la vitesse optimale d’autorotation , ce qui permet d’avoir un atterrissage sans danger
    15. 15. Le ralentissement du rotor <ul><li>Apres la panne de moteur, le rotor continue de tourner a cause de son inertie J , sa vitesse de rotation initiale va se diminuer en temps a cause des forces de traînée qui font un couple Q contraire a la rotation. </li></ul><ul><li>Il y a un temps de retard pour le pilot d’actionner, et de mettre le collectif au minimum. </li></ul>
    16. 16. Le temps de retard <ul><li>Sinon, la vitesse de rotation va descendre jusqu’a un valeur minime après lequel l’écrasement sera inévitable. </li></ul><ul><li>La valeur minimale de la vitesse de rotation est conditionnée par les forces de portance maximales q’on peut développer a cette vitesse de rotation. </li></ul><ul><li>Le temps de retard ne doit jamais dépasser le temps correspondant a cette valeur. </li></ul>
    17. 17. Les manœuvres pour atterrissage <ul><li>A l’approche de terre on a besoin d’une manœuvre de décélération, utilisant l’énergie cinétique du rotor, pour augmenter la poussée et pour arrêter l’hélicoptère. </li></ul><ul><li>Le maximum d’énergie disponible: </li></ul><ul><li>L’énergie utile pour décélération: </li></ul><ul><li>Le temps disponible pour cette manœuvre est fonction de l’énergie utile et la puissance consumée par l’hélicoptère en vol à point fixe en effet de sol: </li></ul>
    18. 18. L’histoire des paramètres de vol
    19. 19. Merci pour votre attention Questions ? <ul><li>Equations de mouvement </li></ul><ul><li>MLE (Maximum Likelihood estimation) </li></ul><ul><li>Les forces aérodynamiques en autorotation </li></ul><ul><li>La puissance et vitesse optimale en autorotation </li></ul><ul><li>Le ralentissement du rotor </li></ul><ul><li>Le temps de retard </li></ul><ul><li>L’atterrissage </li></ul>

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