Comparaisons du niveau 1 par rapport aux essais en vol

Les essais en vol comportent des vols en palier et des vols en montée et descente que nous com-parons aux résultats du niveau 1 de modélisation.

2.3.3.1 Vol en palier

Un vol en palier s’effectue en vol rectiligne dans un plan horizontal. L’angle d’incidence vaut alors 0. Dans le cas présent, nous comparons les performances sur ce type de vol en effectuant un balayage sur la vitesse. Ce type d’exercice permet de comparer simplement des résultats de différents niveaux de modélisations et des essais en vol. Notons que les incertitudes de mesure sur les essais en vol ne sont pas disponibles. Les calculs sont effectués dans les conditions d’atmosphère standard (ISA 0).

La figure 2.36 présente une première comparaison de la puissance totale à la sortie des moteurs entre le niveau 1 utilisant le bilan de puissance et les essais en vol (EeV) pour une masse d’appareil établie à M/σ = 3 400 kg (2). Le terme σ permet de pondérer la masse en fonction des conditions atmosphériques et de l’altitude. Lors des essais en vol, la puissance était mesurée directement à la sortie des blocs moteurs. Pour pouvoir comparer le niveau 1 aux essais en vol nous avons donc tenu compte 2. σ = ρ/ρ0est le rapport entre la densité de l’air à l’altitude de vol ρ(zp, Tair) et la densité de la mer en atmosphère standard

des pertes présentes entre le moteur et le rotor. Celles-ci ont été calibrées à partir des performances établies dans les données techniques et décrites dans les paragraphes suivants. Les systèmes présents entre le moteur et le rotor sont la boite de transmission principale associée au facteur k_btp et les différents instruments qui prélèvent de la puissance, pris en compte dans le facteur kplv. Dans le cas présent k_plvest fixé à 25 kW et k_btp à 2%. Les résultats montrent une excellente correspondance entre le niveau 1 et les essais en vol avec 3% d’erreur relative moyenne. Cependant l’ajout des pertes peut masquer des écarts de modélisation. Pour s’assurer de cela, nous comparons la puissance mesurée au niveau du rotor principal. On note dans ce cas qu’aucune perte n’est à prendre en compte.

Figure 2.36: Comparaison de la puissance totale mesurée lors des essais en vol (cercles bleus) aux calculs de niveau 1 (points rouges) en fonction de la vitesse d’avancement.

La figure 2.37 présente une comparaison des puissances requises par le rotor principal entre les essais en vol et les calculs du niveau 1. Cette fois-ci, une différence entre les essais et le niveau 1 est bien visible entre 0 et 10 m/s, et tend à se réduire avec la vitesse d’avancement. Sur les dix premiers m/s l’écart est de l’ordre de 50 kW à 100 kW, la tendance est donc respectée. Le phénomène de bosse d’assiette évoqué dans la partie 1.1.3.3 explique cette différence. Celui-ci est causé par l’interaction du flux d’air éjecté par le rotor avec l’empennage horizontal. Une force de pression est exercée sur ce dernier ce qui crée un moment à cabrer. Il faut alors compenser cela par un moment à piquer et donc par une force de traction supplémentaire au rotor. L’effet de bosse d’assiette ne peut être capturé en toute rigueur par le bilan de puissance. Un modèle phénoménologique a été étudié durant cette thèse mais il est difficilement généralisable à d’autres appareils que le Dauphin. De plus il nécessite des informations sur l’ensemble arrière de l’appareil non disponibles au niveau 1 lorsqu’il s’agit d’un hélicoptère à concevoir.

Dernière composante qu’il est possible d’étudier : la puissance du rotor arrière. Au niveau 1 il s’agit d’une fonction simple de la puissance du rotor principal. La figure2.37montre peu de différences entre

2.3. VALIDATION DES MODÈLES DE NIVEAU 1 117

Figure 2.37: Comparaison de la puissance du rotor principal mesurée lors des essais en vol (cercles bleus) aux calculs de niveau 1 (points rouges) en fonction de la vitesse d’avancement.

le niveau 1 et les essais en vol. La raison est que le facteur de proportionnalité entre la puissance du rotor principal et la puissance du rotor secondaire a été recalé sur ces données. Le coefficient kvtr1 est donc fixé à 18% de la puissance requise par le rotor principal au stationnaire.

La figure 2.38 montre ces mêmes comparaisons pour l’ensemble des masses. On observe alors un écart significatif sur les échantillons à M/σ = 3 600 kg présentant des données sur les basses vitesses. Une explication potentielle est une nouvelle fois l’effet de bosse d’assiette. Pour les autres échantillons les tendances sont les mêmes que celles décrites à 3 400 kg, à savoir une bonne correspondance des puissances totales et puissances de rotor arrière avec quelques écarts sur la puissance de rotor principal. En moyenne on observe des écarts en valeur absolue de 7% entre les puissances totales des essais en vol et celles du niveau 1, de 11,5% pour les puissances du rotor principal et 15,5% pour les puissances du rotor arrière. Ces écarts sont satisfaisants compte tenu des hypothèses simplificatrices effectuées. 2.3.3.2 Vol en montée / descente

Les vols en montée et descente sont plus difficiles à capturer au niveau 1. Des effets physiques mis en jeu dont les circulations d’air autour du rotor sont plus complexes et nécessitent des modélisations plus précises comme cela est possible au niveau 3. Néanmoins avec les hypothèses simplificatrices faites précédemment3 on peut effectuer des calculs de performance.

3. fluide non visqueux, sans création de tourbillons, vitesse induite répartie uniformément sur le disque rotor d’épais-seur nulle

Figure 2.38: Comparaison de l’ensemble des puissances pour les autres masses.

La figure 2.39 montre les comparaisons entre les essais en vol et le niveau 1. On observe une correspondance des pentes de variation de Vz aux vitesses d’avancement modérées : V_h = 20 m/s et V_h= 30 m/s. En revanche à vitesse d’avancement plus élevée (50 m/s) et en descente la reconstruction est plus difficile. Ceci est dû à un phénomène physique non considéré. En effet, le modèle du bilan de puissance ne capte pas les recirculations possibles de l’air passant une première fois sous le rotor puis de nouveau aspirées. Dès lors la puissance requise calculée est trop faible voire même négative. Le niveau 1 à l’heure actuelle, ne permet pas de prédire correctement des vols obliques à forte pente descendante. Au contraire à forte pente montante la reconstruction est assez satisfaisante.

Globalement, les essais en vol et le bilan de puissance présentent de bons accords. Cela valide les modèles utilisés au niveau 1 en termes de mécanique du vol et d’aérodynamique. Quelques incertitudes demeurent sur les vols à forte pente descendante, mais il s’agit d’une lacune inhérente à la théorie de Froude en vol de descente. Les niveaux supérieurs apporteront donc des informations supplémentaires sur ces cas de vol particuliers.

2.3.4 Comparaisons du niveau 1 par rapport au niveau 3 pour les performances