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Catégorie:	Théorie du vol
Source du contenu :	SKYbrary
Contrôle du contenu:	Pilotes de l’air

Qu’est-ce qu’un anneau de vortex ?

L’anneau tourbillonnaire, (une condition de vol aussi parfois appelée « décantation avec puissance » ou « décantation avec puissance ») est une condition de vol dans laquelle un hélicoptère qui reçoit de la puissance de son ou ses moteurs perd la portance du rotor principal et subit ensuite une perte de contrôle. Il peut être difficile de reconnaître l’apparition de cette situation, mais elle se manifeste rapidement. Tous les types d’hélicoptères y sont vulnérables et elle peut se produire à n’importe quelle hauteur en dehors de l’effet de sol. Une compréhension de comment et pourquoi il se développe est la meilleure protection contre une rencontre.

Il convient de noter que le terme « Settling With Power » est souvent utilisé comme une alternative à Vortex Ring pour décrire la condition. S’installer avec la puissance est en fait une condition subtilement différente et devrait être plus précisément décrite comme « S’installer avec une puissance insuffisante ». Cette dernière condition peut se produire lorsqu’on tente d’arrêter un taux de descente à basse vitesse, mais que les moteurs ne peuvent répondre aux demandes de puissance dans les limites de puissance correctes ; il ne s’agit pas d’un véritable anneau de vortex, mais un anneau de vortex peut se développer à partir de cette condition si la puissance est insuffisante pour empêcher l’augmentation du taux de descente. De même, les atterrissages en surpente peuvent se produire lorsqu’une demande soudaine et importante de portance, provoquée par un relèvement rapide du levier de pas collectif, peut générer d’importantes forces de traînée dans le rotor qui réduisent rapidement le régime rotor – si le(s) moteur(s) ne peut(vent) pas réagir assez rapidement pour surmonter cette situation, l’avion fonctionne effectivement avec une puissance insuffisante et un régime rotor réduit avec une perte de portance correspondante. Dans des cas extrêmes, les résultats peuvent être catastrophiques, mais cette condition n’est pas un anneau de vortex.

Comment cela se produit

La cause d’un véritable anneau de vortex est double. Dans toutes les circonstances de vol, il y a un degré de circulation de l’écoulement de l’air aux extrémités des pales où l’air forcé vers le bas tourne aérodynamiquement autour de l’extrémité de l’aileron et forme un tourbillon ; cela se produit avec tous les ailerons, y compris les ailes des avions à voilure fixe. Le tourbillon généré augmente la traînée et réduit la portance. Si un hélicoptère descend rapidement, le flux d’air ascendant augmente aux extrémités du rotor, ce qui accroît rapidement la force et la taille des tourbillons. Cela réduit la portance et l’efficacité du profil aérodynamique en bout de pales et nécessite plus de puissance moteur pour vaincre la traînée. Parce que les pales du rotor tournent (par opposition à un avion fixe), le tourbillon se déplace avec les pales et le tourbillon se forme en un anneau en forme de « beignet » au niveau du bord extérieur du disque du rotor.

En outre, lorsque le taux de descente augmente, il y a une augmentation du flux d’air ascendant au niveau des racines des pales. La vitesse des sections intérieures des pales est beaucoup plus lente que celle des extrémités. Lorsque le taux de descente augmente, il est possible que l’air ascendant modifie et augmente l’angle d’attaque local à l’emplanture, de telle sorte que l’emplanture de la pale décroche.

Si le pas collectif est encore augmenté lorsque l’avion est dans cet état, l’angle d’attaque sur toute la longueur de la pale est augmenté. Cela aura pour effet d’augmenter l’étendue du tourbillon de bout de pale qui s’étend plus à l’intérieur du bout de pale. Par conséquent, la perte de portance aux deux extrémités des pales augmente et la zone autour de la partie centrale de la pale, qui génère réellement de la portance, diminue. La portance totale est réduite et l’hélicoptère accélère vers le bas. Cette accélération augmente le flux d’air ascendant, ce qui aggrave la situation de décrochage. A l’extrême, il est possible que toute la longueur des pales ne produise plus du tout de portance.

Les effets de tous ces facteurs sont accrus lorsque l’hélicoptère a une masse totale élevée, car il faut plus de puissance pour maintenir une condition de vol donnée, et sont plus insidieux en cas de vent arrière, car l’illusion visuelle de la vitesse en vent arrière masque efficacement la réduction de la vitesse vers l’avant.

Conditions favorables

Les conditions préalables au développement d’un anneau tourbillonnaire sont relativement simples à identifier. Elles varieront légèrement d’un type à l’autre et avec les changements des conditions d’exploitation telles que l’altitude densité, les conditions de vent et la masse tout en haut. Les 3 conditions préalables sont :

1. L’avion doit être en vol motorisé. Si les moteurs ne produisent pas de puissance, l’avion est en autorotation et le flux d’air ascendant (plutôt que la puissance du moteur) est utilisé pour entraîner le mouvement du rotor. Il n’est pas possible d’entrer dans l’état d’anneau tourbillonnaire alors que l’hélicoptère est en autorotation.
2. Il doit y avoir un taux de descente relativement élevé dépassant une valeur réelle d’environ 500’/minute. (Notez qu’en raison des erreurs de pression à basse vitesse et du retard du VSI, un chiffre de 300 pi/min est généralement donné comme taux de descente maximum). Sans le taux de descente, il n’y a pas d’air ascendant et l’inversion du flux d’air à l’emplanture de la pale ne se produit pas. De même, sans la descente, le tourbillon de pointe n’est pas amplifié et n’est donc pas un facteur significatif.
3. L’avion doit se déplacer à une vitesse avant lente.En raison des indications peu fiables de l’ASI à basse altitude, on considère généralement qu’il s’agit d’une IAS inférieure à 30kt. S’il y a une plus grande vitesse vers l’avant, alors l’écoulement vertical de l’air est affecté par le mouvement vers l’avant et les composantes verticales, qui sont les facteurs générateurs, sont considérablement réduites ou même supprimées car l’air affecté est laissé derrière le disque du rotor.

Reconnaissance

L’anneau de tourbillon donne des symptômes similaires dans tous les hélicoptères, mais la gravité peut varier considérablement d’un type à l’autre. En effet, la conception moderne de la tête de rotor, en particulier lorsqu’elle est équipée d’un système d’amortissement actif des vibrations, peut réduire les symptômes d’un anneau tourbillonnaire naissant. Lorsque les symptômes sont perceptibles, ils se présentent généralement comme suit :

• Les conditions d’anneau tourbillonnaire naissant sont typiquement :
  • une augmentation des vibrations et du buffet,
  • l’apparition de « twitches » de faible amplitude en tangage et des signes d’instabilité longitudinale, latérale et directionnelle.
• Les conditions établies d’anneau tourbillonnaire sont caractérisées par :
  • une augmentation très rapide du taux de descente vers et au-delà de 3000fpm,
  • une efficacité réduite des entrées cycliques en roulis ou en tangage
  • l’application du tangage collectif ne parvenant pas à arrêter le taux de descente et l’augmentant généralement.

Récupération

• Stade naissant. Une fois reconnu, une réponse immédiate est nécessaire. Maintenir la position du collectif inchangée et appliquer le cyclique avant pour obtenir une attitude d’accélération (piqué) afin d’augmenter rapidement la vitesse avant. Dès qu’une augmentation régulière de la vitesse est indiquée, et au-dessus de 30 KIAS, plus de puissance peut être appliquée si nécessaire sans attendre que le meilleur taux de vitesse de montée soit atteint. Si cette action ne résout pas la situation rapidement, alors il est préférable de traiter la condition comme établie et de prendre les actions ci-dessous.
• Condition établie. La récupération ne peut être effectuée qu’en modifiant le flux d’air autour du rotor et entraînera inévitablement une perte de hauteur significative, ce qui rend impossible la récupération d’un événement à basse altitude. Il y a deux actions théoriquement possibles : Déplacer le cyclique vers l’avant et abaisser le collectif. La combinaison de ces actions est susceptible de produire la récupération la plus rapide avec la moindre perte de hauteur. Le fait d’actionner le cyclique vers l’avant devrait augmenter la vitesse, mais une forte action maintenue pendant plusieurs secondes peut être nécessaire avant d’obtenir une assiette de tangage significative et un changement de vitesse conséquent, avec pour conséquence un piqué important. L’abaissement du collectif pour réduire la puissance vers l’auto-rotation, donc la désinstallation d’une partie de la partie intérieure des pales, peut également être efficace mais la vitesse vers l’avant doit être gagnée avant que la puissance soit réappliquée pendant la récupération.

Avertissement : Comme la récupération d’un anneau tourbillonnaire est susceptible d’entraîner une très grande perte d’altitude, la meilleure forme de récupération est d’empêcher l’apparition de cet état en premier lieu. Le respect strict de la surveillance des taux de descente à basse vitesse est essentiel, en particulier si l’avion est exploité à une masse élevée tout en haut et/ou sous le vent.

• B412, voisinage Karlsborg Suède, 2003 décrit un accident dans lequel l’équipage d’un hélicoptère a perdu le contrôle de l’appareil à la suite d’une mauvaise manipulation du pilote associée au développement d’un état d’anneau tourbillonnaire.
• Offshore Helicopter Safety Review 2014 UK CAA
• Helioffshore Automation Guidance ; utilisation efficace de l’automatisation dans les hélicoptères à plusieurs équipages et préconise des SOPs basées sur celle-ci. V1.0 Publié en décembre 2016.