Optimisation d'un hélicoptère tandem pour la surveillance maritime avec des rotors à vitesse variable

Abstract

L'utilisation d'avions non-pilotés est une solution éprouvée dans le domaine de la surveillance maritime. Toutefois, l'utilisation d'hélicoptères non-pilotés est maintenant une alternative convoitée grâce aux bénéfices du décollage et de l'atterrissage vertical. Ces bénéfices permettent d'intégrer l'opération de l'aéronef au navire lui-même, permettant ainsi un déploiement immédiat. Le critère de performance le plus critique lors d'une mission de surveillance maritime est l'endurance, c'est-à-dire le temps de vol maximal de l'aéronef. De façon intrinsèque à leur principe de fonctionnement, les hélicoptères offrent une moins grande endurance que les avions. Il y a donc un intérêt majeur à améliorer l'autonomie de vol d'un hélicoptère lors d'une opération de surveillance maritime.

Un concept prometteur pour augmenter l'endurance d'un hélicoptère est de diminuer la vitesse d'opération du rotor en plein vol. Ce mémoire présente les bénéfices potentiels de coupler le concept de rotor à vitesse variable avec un moteur à allumage commandé (gasoline) ou par compression (diesel). Jusqu'à maintenant, cette combinaison n'a pas été étudiée dans la littérature. Les études se sont plutôt limitées aux turbines à gaz, ce qui résulte en des effets conflictuels liés à la chute d'efficacité lors de la diminution de la vitesse d'opération. L'efficacité quasi-constante des moteurs à pistons permettrait donc de profiter du plein potentiel du concept de rotor à vitesse variable. Pour ce faire, un modèle de performance d'hélicoptère tandem est développé et validé expérimentalement avec le LX300 de Laflamme Aéro. Deux configurations du LX300 sont étudiées, soit l'une équipée d'un moteur à allumage par étincelle et l'autre par compression, et sont comparées.

Il est démontré que la configuration du LX300 incorporant un moteur à allumage par compression bénéficie de gains plus importants que la configuration avec moteur à allumage par étincelle. Les bénéfices sont particulièrement intéressants pour des vols à grande capacité de carburant où jusqu'à 25% et 19% d'augmentation en autonomie et en rayon d'action sont réalisables respectivement pour la configuration diesel. La configuration équipée d'un moteur gasoline quant à elle offre des gains de 15% et 6% en autonomie et rayon d'action respectivement.

La combinaison du concept de rotor à vitesse variable et d'un moteur à allumage par étincelle ou compression est donc une avenue prometteuse pour améliorer la performance d'hélicoptères non-pilotés pour accomplir des missions de surveillance maritime. Ces gains de performances se transfèrent aussi pour des missions de transport de charge lourde sur de longues distances.