Seconde Partie: Comment ça Marche ?








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date de publication02.07.2017
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L'hélicoptère est en stationnaire. Aucun ordre n'est appliqué. Le disque décrit par la barre de Bell-Hiller (jaune) tourne sur un plan parallèle à celui décrit par les pales principales (vert).

L'incidence des pales du rotor principal est de +4°, quelle que soit leur position dans ce disque.

On veut faire piquer du nez l'hélicoptère.

On applique un ordre à piquer en poussant le manche de cyclique longitudinal. La barre de Bell-Hiller reçoit en premier l'ordre du plateau cyclique, ce qui mode l'incidence de ses palettes (+6°, -6°). Elle voudra s'incliner sur le coté (flèche jaune).



La précession gyroscopique fera qu'elle ne s'inclinera qu'un quart de tour plus loin, donc en avant. Lorsque la palette passe à l'arrière, son incidence revient à 0°.



Le fart qu'elle se soit inclinée en avant modifie l'incidence des pales. Elle passe de +4° à +9° sur la droite, et de +4° à -1 ° sur la gauche. La portance du disque rotor deviendra dissymétrique (flèches vertes).

En effet une inclinaison de la barre de Bell-Hiller fera varier) incidence des pales.



Mais la précession gyroscopique fera que la force de sustentation dissymétrique soulèvera le disque rotor d'un quart de tour plus loin (flèche verte). L'hélicoptère s'inclinera donc en avant. Les incidences ne sont données qu'à titre indicatif, pour une bonne compréhension du principe. Le principe de fonctionnement du système de la barre de Bell-Hiller lui permet d'adoucir les ordres, en les démultipliant, car ils sont décalés d'un demi-tour en fait (temps de réponse de la barre, puis celui des pales avec la précession gyroscopique). Elle permet aussi de le rendre "auto stable" en se comportant comme un gyroscope (fixe dans l'espace). En cas de déséquilibre, la barre de Bell-Hiller restera fixe et mettra de l'incidence aux pales automatiquement pour redresser la situation. Un rotor démuni de barre de Bell-Hiller sera beaucoup plus sensible, vif et moins "stable".

 



2) Pas fixe

Au début des hélicoptères radio commandés, certains d'entre eux étaient à pas fixe. Aujourd'hui encore, on en trouve dans le commerce, mais il faut bien reconnaître qu'ils se font de plus en plus rares.

Les petits hélicos indoor comme le Piccolo ou l'Hornet sont à pas fixe. Et même pour l'anti-couple du Piccolo, le pas est fixe !

Quel est l'intérêt me diriez-vous ?

Le principal avantage est la simplification du système de commande. La variation d'altitude ne se faisant plus en variant le pas des pales, mais en augmentant ou diminuant le régime de rotation de celles-ci, à l'aide du variateur pour les électriques ou du carburateur pour les thermiques. Une radio commande à 4 voies suffit pour faire voler un tel hélicoptère.

La commande de tangage et de roulis se faisant quand même par une barre de Bell dont le principe de fonctionnement reste sensiblement le même que pour un hélicoptère équipé d'un pas collectif variable.

Celle-ci entraîne quand même l'axe des pales (qui sont solidaires) en incidence lorsqu'elle s'incline, ce qui fait que le souffle du rotor est plus dévié que modifié.

La conséquence est une inertie plus grande, et une maniabilité moindre qu'un hélico équipé d'un pas collectif. II faudra plus anticiper les ordres pour le pilotage.

On aura aussi des difficultés pour faire redescendre notre petit volatile lorsqu'il aura pris de la hauteur. Il faudra baisser le régime du moteur, donc du rotor, et la descente s'accélèrera rapidement au bout d'un moment ! II faudra donc beaucoup anticiper la remise des gaz pour stopper la descente précisément.

De plus des effets secondaires gênants apparaissent lors de la mise en rotation du rotor, et de la translation rapide.

Et puis les évolutions sont très limitées avec ce genre d'hélico, plus question de faire des arrêts rapides, du vol dos, ni d'autorotation !

 Le gyroscope

Ah, oui ! Le gyroscope, sans qui nous serions perdus ! Quoique ? Le gyroscope est un élément indispensable dans un hélicoptère.

II sert à stabiliser notre engin sur l'axe de lacet lors de coups de vent latéral, ou de variation du couple (lorsqu'on veut monter ou descendre). II fait un peu office « d'amortisseur » artificiel sur l'axe de lacet.

II se présente sous la forme d'un ou plusieurs petits cubes en plastique bourrés de composants électroniques, avec généralement 3 cordons électriques munis de prise permettant le branchement électrique sur la réception.

Un des cordons se branche sur le récepteur à la place du servomoteur d'anti-couple, le deuxième se branche sur le servomoteur de cette commande, et le troisième est le réglage du gain (qui permet d'augmenter ou de diminuer sa sensibilité) qui se branche sur une voie auxiliaire disponible sur le récepteur. S'il n'y a pas de voie disponible, on ne le branche pas. Le réglage du gain se faisant alors par un petit potentiomètre ajustable situé dans le boîtier du gyroscope.

Sur ce boîtier figure aussi un petit interrupteur permettant de régler le sens de l'action du gyroscope. On reviendra plus tard sur ces réglages.

Son énergie électrique est donnée par la batterie de la réception.



1) Gyroscopes classiques

Les plus anciens sont les gyroscopes mécaniques, relativement volumineux. Ils étaient composés généralement de 3 boîtiers reliés entre eux par des cordons électriques.

Dans le plus gros des boîtiers se trouve une masse cylindrique entraînée en rotation par un moteur électrique. Cet ensemble est mobile en rotation. Un ressort de rappel maintient la masse dans sa position initiale. Un capteur à effet hall détecte les variations de position de cette masse et le transforme en signal électrique qui envoie des ordres au servomoteur d'anti-couple pour redresser la situation.

Lorsqu'une perturbation de position (coup de vent, variation de couple, etc.) sur l'axe de lacet est constatée, la masse change de position et génère par (intermédiaire du capteur magnétique et du circuit électronique associé, un signal électrique qui agit sur le servomoteur de l'anti-couple pour redresser la situation.

Bien entendu, il est transparent aux ordres du pilote.

Les deux autres boîtiers sont munis de petits interrupteurs et de petits potentiomètres permettant la mise en route, les réglages du gain et du sens de correction.

Ils se branchent de la même manière que ce qu'on a vu plus haut, mais en plus il y a un quatrième cordon offrant la possibilité de le brancher sur un accu à part (car ce type de gyroscope est relativement gourmant en énergie électrique).

Avec ce type de gyroscope, les temps de réponse sont relativement lents car ils n'agissent qu'une fois le défaut de tenue de l'axe de lacet constaté, et l'inertie des masselottes en rotation n'aide pas à la rapidité de réaction.

2) Gyroscope piézo-électrique :

Ce sont les plus récents. Ils sont tous simplement révolutionnaires, car ils sont composés d'un seul boîtier de petite taille, léger, sans aucune pièce en rotation.

Un composant électronique se déformant à chaque mouvement envoie un signal électrique qui est amplifié et envoyé au servomoteur d'anti-couple pour rétablir la situation. Les temps de réponses sont beaucoup plus courts qu'avec les gyros classiques, surtout si on met un servomoteur très rapide pour la commande de d'anti-couple.

Des cordons électriques et des petits boutons ou inters permettent le branchement sur la réception et les réglages comme on la vu plus haut.

II existe 2 types de gyroscopes piézo-électriques.

II y a tout d'abord ceux sans verrouillage de cap, qui sont quand même plus performants que les gyroscopes classiques. Ils permettent de taire des corrections seulement en positionnement par rapport à l'espace, ce qui est le minimum demandé !

Mais le problème est que les 2 types de gyroscopes vus plus haut (classique et piezo normaux) corrigent aussi bien les effets de rafale de vents, de variation de couple que les ordres du pilote. Ils tendent à contrer les ordres du pilote car ils détectent une variation de position dans l'espace et la corrigent.

Donc par le truchement du gain réglable par l'émetteur (lorsque cette option est possible), on fait un mixage qui le diminue plus ou moins lorsqu'on envoie un ordre de direction. (surtout valable pour l'acrobatie).

3) Conservateur de cap

Mais les plus performants sont ceux à verrouillage de cap, qui eux calculent une vitesse de déplacement dans l'espace.

Cette différence leur permet de maintenir un cap, quelles que soient les conditions de vol, car seule une vitesse de rotation est détectée. C'est le gyroscope qui envoie les ordres au servomoteur d'anti-couple, et le pilote ne fait que donner une variation de vitesse de rotation de l'hélicoptère sur l'axe de lacet.

Donc, il est plus neutre et contre toutes rotations sur l'axe de lacet non voulues par le pilote. Ce qui autorise entre autre le vol acrobatique extrême (3 D) et la marche arrière sans avoir l'effet girouette du vent relatif sur les empennages de l'hélicoptère.

Avec ces derniers, on peut choisir en vol le mode sans ou avec verrouillage de cap, car dans ce dernier cas, si le pilote ne sait pas trop bien diriger son hélicoptère, ce sera le crash assuré.

En effet, en mode verrouillage de cap, le nez restera imperturbablement pointé dans la dernière direction voulue par le pilote. Si dans un virage on ne commande pas l'anticouple, le nez restera pointé sur le même cap, (en effet, il n'y aura plus l'effet girouette procuré par les empennages, et je vous laisse imaginer les effets que cela peut donner Donc, au début de notre apprentissage, si vous possédez un tel gyroscope, il sera préférable de désactiver cette fonction verrouillage de cap et de le laisser en mode normal. Nous verrons plus tard en détail tout ça.

Le gyroscope



Le gyroscope s'intercalera entre le servomoteur d’anti-couple et le récepteur. La deuxième prise du gyroscope se branchera sur une voie auxiliaire du récepteur et servira au réglage du gain.

 

 Autres composants

2 autres composants électroniques peuvent se trouver dans un hélicoptère radiocommandé.

1) Régulateur de régime

C'est un appareil que je ne connais pas, aussi je ne vous ferai pas de long discours sur celui-ci.

II s'agit d'un dispositif électronique, composé d'un capteur et d'un décodeur amplificateur, qui permet de mesurer la vitesse de rotation du moteur, et de la maintenir à un régime fixe. II se branche entre le servomoteur des gaz et le récepteur.

II permet de maintenir un régime fixe au moteur, quelle que soit la charge de celui-ci. Si le moteur ralentit, le régulateur commande au servomoteur des gaz d'ouvrir un peu plus le carburateur afin de redonner des tours au moteur. Si le moteur accélère, le régulateur fait refermer un peu le carburateur pour faire ralentir le moteur. Ça régule, quoi

II faut que le moteur soit parfaitement rodé, et réglé pour que le régulateur fonctionne correctement. De plus, la courbe de gaz doit être parfaitement optimisée. Ceci afin de faciliter la mise en fonction du régulateur. Mais à mon avis, ce n'est plus la peine d'avoir un régulateur à ce moment là, non ?

Par contre, plus grave, c'est que si le régime baissait à cause d'un appauvrissement du moteur (mauvais réglage du pointeau, par exemple), le régulateur le ferait quand même accélérer, et on ne se rendrait pas compte de son mauvais réglage. Le moteur finirait par serrer. II calera, sans préavis ...et pourra se détériorer en tournant trop pauvre. Donc... c'est un dispositif à installer seulement si vous y tenez absolument !

2) Voltmètre embarqué

Voilà un appareil plus utile à mon avis.

Le voltmètre embarqué permettra de contrôler la tension de la batterie de réception avant de démarrer. II se branche sur une voie non utilisée du récepteur.

Pour vérifier l'état de la batterie, il faudra allumer la radio, bien sûr, et bouger tous les servomoteurs avec (émetteur pendant une dizaine de secondes, afin de faire consommer le plus possible l'ensemble.

A ce moment là, l'indication de tension sera vraie.

En effet, si on faisait ce contrôle à vide (sans bouger les servos), la batterie ne débiterait pas de courant, et on ne pourrait pas se rendre compte de sa capacité réelle à, restituer son courant. A vide, la tension est supérieure par rapport au contrôle sous charge.

Une batterie peut très bien indiquer une tension à vide correcte, et voir cette tension s'écrouler lorsqu'on agite les servos. En vol, elle devra débiter du courant. En pilotant, on agite les servomoteurs... Donc attention... !

Parfois, certains gyroscopes permettent de vérifier la tension de la batterie de réception par un affichage sur un petit écran à cristaux liquides.

 






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