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Mar 31, 2023

Les sillages d'hélicoptère méritent une large couchette, partie 1

Lorsque le courant descendant du rotor touche la surface du sol, la circulation tourbillonnaire est vers l'extérieur,

Lorsque le lavage vers le bas du rotor frappe la surface du sol, la circulation du vortex est vers l’extérieur, vers le haut, autour et loin des rotors principaux dans toutes les directions.

La turbulence de sillage d’un hélicoptère est plus complexe que la turbulence de sillage causée par un avion de taille comparable en raison de sa structure de sillage, de sa durée et de sa désintégration différentes. Ces caractéristiques créent une menace puissante, en particulier autour des aéroports où les hélicoptères volent à basse vitesse pendant que les aéronefs à voilure fixe à proximité atterrissent ou partent.

Un avion en phase de décollage ou d’atterrissage est à une vitesse lente qui diminue la puissance des commandes de vol pour contrer un mouvement brusque, et l’avion n’a essentiellement aucune marge d’altitude pour récupérer d’un bouleversement causé par une rencontre de réveil.

Telles étaient les conditions qui existaient à l’aéroport Cable (CCB) à Upland, en Californie, le 3 janvier 2022. Le pilote d’un Cessna 120 était en approche pour atterrir alors qu’un hélicoptère UH-1 « Huey » effectuait un roulage stationnaire lent adjacent à la piste. Le pilote du Cessna 120 a décidé d’atterrir longtemps pour maintenir la séparation, mais lorsque l’hélicoptère a semblé traverser la piste, il a décidé de faire demi-tour.

Environ un tiers plus loin sur la piste, le Cessna 120 a rencontré le lavage descendant de l’hélicoptère et s’est engagé dans une rive droite escarpée intempestive. Le pilote a tenté de contrer ce roulis avec l’aileron opposé, mais cela n’a pas suffi à contrecarrer le roulis induit. Une vidéo de la séquence réelle des événements peut être trouvée sur le site Web du Réseau de la sécurité aérienne de la Flight Safety Foundation.

Le Cessna 120 a percuté la droite de la piste et a subi des dommages importants. Le pilote n’a heureusement subi que des blessures mineures. Le NTSB a déterminé que la perte de maîtrise du pilote pendant la remise des gaz était due à une rencontre de turbulence de sillage d’un hélicoptère en vol stationnaire lent.

L’avion roule près du solUn événement similaire s’est produit le 5 décembre 2014 à l’aéroport régional du nord du Colorado (FNL), à l’extérieur de Fort Collins, au Colorado, pour un élève-pilote solo d’un Cirrus SR20. L’élève-pilote est entré dans le schéma de circulation pour un atterrissage complet sur la piste 33. Il a observé un Sikorsky UH-60 Black Hawk sous le vent et a retardé son virage à l’étape de base jusqu’à ce que l’hélicoptère soit en finale, au-dessus de sa position. L’élève-pilote a ajusté son point de visée pour atterrir longtemps en raison de ses préoccupations au sujet des turbulences de sillage. Son objectif était d’atterrir au-delà du point de toucher de l’hélicoptère.

Au début de la fusée éclairante, le SR20 a soudainement roulé sur une rive gauche escarpée. L’élève a réagi en tentant de faire le tour, mais le roulis presque instantané près du sol a entraîné un impact avec le terrain. Les ceintures de sécurité des coussins gonflables montés sur les deux sièges de l’équipage avant ne se sont pas déployés lorsque l’avion a roulé. L’élève-pilote a été grièvement blessé et l’avion a subi des dommages importants. Une vidéo YouTube a capturé ce segment du départ du Black Hawk et du roulis abrupt du Cirrus. Il est évident que le roulis du Cirrus s’est produit si vite et si près du sol qu’il n’y avait pas de temps maintenant d’altitude pour une récupération.

L’enquête du NTSB sur l’accident a déterminé que l’hélicoptère s’était mis en route environ 30 secondes avant le Cirrus, laissant derrière lui un sillage invisible de puissants tourbillons. Les vents étaient relativement faibles à l’époque, enregistrés à 3 nœuds à partir de 110 degrés. En d’autres termes, il s’agissait d’un vent arrière de quartier. Le rapport du Bureau de la sécurité a révélé que l’élève-pilote n’avait probablement pas compris l’importance des turbulences de sillage créées par un hélicoptère au moment du départ, ce qui a entraîné une perte de maîtrise à l’atterrissage. La conclusion causale du NTSB a également déterminé les directives du pilote dans le manuel d’information aéronautique et une circulaire d’information sur la turbulence de sillage des aéronefs publiée à l’époque ne recommandait pas de critères de séparation pour un petit avion suivant un hélicoptère.

Après des accidents similaires, le NTSB a noté que les pilotes accidentés n’ont probablement pas compris l’importance de la turbulence de sillage créée par un hélicoptère.

Le sillage d’un hélicoptère est différent

Il existe certaines similitudes dans les tourbillons de sillage formés par les aéronefs à voilure fixe et à voilure tournante. Tout comme les aéronefs à voilure fixe, les tourbillons d’hélicoptère dépendent du poids, de la taille et de la vitesse d’un hélicoptère. Les tourbillons formés à basse vitesse sont initialement plus forts que ceux formés à des vitesses plus élevées. Un hélicoptère plus lourd produit des tourbillons de sillage plus forts qu’un hélicoptère plus léger. La force d’un vortex dépend également de son âge.

Étant donné que chaque pale de rotor génère son propre vortex en continu tout au long d’une rotation, le sillage d’un hélicoptère est composé d’une série de tourbillons qui contiennent non seulement leur propre mini-rotation de tornade, mais aussi le mouvement descendant global du lavage descendant. Lorsque le lavage vers le bas du rotor d’un hélicoptère en vol stationnaire ou lent près du sol touche la surface, cette masse d’air turbulente circule vers l’extérieur, vers le haut, autour et loin des rotors principaux dans toutes les directions. Le sillage d’un hélicoptère lent est l’équivalent d’une petite microrafale et doit être doté d’une large couchette.

La zone contaminée par les turbulences de sillage d’un hélicoptère est plus grande que celle d’un avion de taille et de poids comparables, en particulier à des vitesses inférieures à 70-80 kts. Une distance d’environ trois fois le diamètre du rotor entraîne des perturbations importantes dues au lavage descendant. La circulaire consultative 90-23G de la FAA « Aircraft Wake Turbulence » conseille aux pilotes d’éviter les opérations à des distances de 3 fois le diamètre d’un hélicoptère dans un taxi stationnaire lent ou stationnaire. Le nombre de pales semble également affecter la taille du vortex, car un nombre accru de pales de rotor semble augmenter la taille du vortex. Par exemple, le Bell UH-1H, avec deux pales de rotor et essentiellement le même poids que le Sikorsky S-76A avec quatre pales de rotor produit un vortex plus petit que le S-76A.

Le sillage d’un hélicoptère en vol avant est plus complexe que le sillage créé par un avion, car les tourbillons de chaque pale diffèrent car son angle d’attaque varie au cours d’une même rotation selon que la pale avance ou recule par rapport au flux d’air en approche. La lame rabattante fonctionne à un angle d’attaque plus élevé afin de produire autant de portance que la lame qui avance. Le vortex derrière la lame rabattante est caractérisé par une plus grande section transversale. Le tourbillon derrière la pale du rotor qui avance est toujours plus petit, plus serré et plus cohérent, d’autant plus que la vitesse vers l’avant de l’hélicoptère augmente au-dessus de 80 nœuds. Les essais en vol ont révélé que les réveils de l’hélicoptère réagissent différemment selon que l’hélicoptère monte ou descend. Les noyaux de vortex ont été observés s’écartant davantage pendant les descentes, tandis que les noyaux se rapprochaient pendant le vol en montée. Une explication possible comprend la quantité de puissance du moteur nécessaire pour générer de la portance, et donc l’échappement chaud est entraîné dans le sillage, contribuant ainsi à la flottabilité du sillage.

Dans la partie 2 de cet article, nous décrivons les essais en vol de la FAA pour mieux comprendre le risque pour un aéronef à voilure fixe qui vole par inadvertance dans le sillage d’un hélicoptère.