Autogire

Un autogire est un aéronef porté par un rotor qu'aucun moteur ne fait tourner en vol : l'air qui le traverse de bas en haut l'entretient, tandis qu'une hélice ordinaire tire ou pousse l'appareil vers l'avant. Le C.4 de Juan de la Cierva fit le premier vol d'autogire à Getafe, près de Madrid, en janvier 1923, grâce à des pales articulées qui pouvaient battre.

Ce que c’est

Un autogire, ou gyroplane, est un aéronef porté par un rotor qui tourne librement au-dessus de lui. Aucun moteur n’entraîne ce rotor une fois l’appareil en vol. Le moteur fait tourner une hélice ordinaire qui tire ou pousse la machine vers l’avant, et l’air que rencontre le rotor en avançant entretient la rotation des pales. Ces pales qui tournent travaillent comme des ailes et portent le poids. Son inventeur espagnol, Juan de la Cierva, appela sa machine l’Autogiro.

Un autogire ressemble à un hélicoptère mais se comporte plutôt comme un avion. Il lui faut de la vitesse pour se maintenir, et il ne peut pas faire de vol stationnaire en air calme. Il peut en revanche voler très lentement sans décrocher, et si le moteur s’arrête, le rotor continue de tourner et l’appareil descend lentement sous lui. La plupart des autogires décollent après une courte course, mais ceux qui sont conçus pour le décollage sauté peuvent quitter le sol à la verticale.

Le Cierva C.30A est un biplace des années 1930, construit sous licence par la firme britannique Avro. Son fuselage porte au nez un moteur en étoile et une hélice tractive, deux postes ouverts et, au-dessus, un pylône surmonté d’un rotor à trois pales. Il n’a ni ailes ni ailerons, et son empennage horizontal fixe n’a pas de gouverne de profondeur. Le pilote le dirige en inclinant la tête de rotor avec une colonne de commande qui pend de cette tête jusque dans le poste.

Comment ça marche

Une aile d’avion ne porte que si l’air s’écoule sur elle : les pales d’un rotor doivent donc rester en mouvement dans l’air. Dans un hélicoptère, c’est le moteur qui les fait tourner. Dans un autogire, le disque du rotor est un peu incliné en arrière, si bien que, lorsque l’appareil avance, une partie de l’air qui arrive entre dans le disque par en dessous et le traverse vers le haut. C’est ce flux montant qui entraîne les pales. Un hélicoptère dont le moteur tombe en panne utilise le même effet pour se poser sans dommage : on l’appelle autorotation.

L’air traverse par en dessous le rotor incliné, et sur une partie de chaque pale la force qu’il produit penche vers l’avant et entretient la rotation.

Le long de chaque pale, l’air attaque le profil sous un angle qui change du pied au bout. Sur une partie médiane de la pale, la force aérodynamique totale penche légèrement en avant de l’axe de rotation et tire la pale. Près du bout et près du pied, elle penche en arrière et freine. Le rotor accélère ou ralentit jusqu’à ce que les parties motrices et freinantes s’équilibrent, puis tourne à vitesse constante en portant. L’énergie vient de la vitesse donnée par l’hélice, ou de la hauteur si l’appareil descend en vol plané.

Un rotor qui avance pose un second problème. La pale qui va vers l’avant rencontre l’air plus vite que celle qui va vers l’arrière, et porte donc davantage. Avec des pales fixées rigidement au moyeu, cette inégalité fait basculer l’appareil sur le côté. La réponse de Cierva fut une articulation au pied de chaque pale, qui la laisse battre de haut en bas. La pale avançante monte, ce qui diminue son angle d’attaque et sa portance ; la pale reculante descend, ce qui les augmente. La portance s’équilibre sur tout le disque. Une seconde articulation, ajoutée plus tard, laisse chaque pale avancer et reculer un peu dans son plan de rotation et soulage les efforts à son pied.

Le rotor doit tourner avant le décollage. Les premiers autogires roulaient au sol jusqu’à ce que l’air le lance, ou l’on tirait une corde enroulée autour de l’arbre du rotor. Des appareils plus récents déviaient le souffle de l’hélice vers le haut, à travers le rotor, et à partir du début des années 1930 une transmission à embrayage lançait le rotor au sol et se débrayait pour le décollage. Les premiers autogires se pilotaient comme des avions, avec des ailerons sur de petites ailes et une gouverne de profondeur à l’empennage. À partir de 1933, le C.30 se passa de ces gouvernes et garda un empennage horizontal fixe : le pilote inclinait toute la tête de rotor, et l’appareil allait là où le rotor le tirait.

Comment faire

En tombant, la maquette de papier est mise en rotation par l’air qui monte le long de ses pales, comme une graine d’érable ou le rotor d’un autogire.

Une maquette de papier montre l’autorotation en quelques minutes. Il faut une feuille de papier, rigide si possible, des ciseaux et un trombone. Découpez une bande dans la feuille. Fendez la bande par le milieu, depuis le haut jusqu’à mi-longueur environ, pour obtenir deux volets. Repliez un volet vers vous et l’autre vers l’arrière : ce sont les pales. Rabattez vers l’intérieur les deux côtés de la moitié inférieure pour faire un corps étroit, remontez son extrémité et fixez-la avec le trombone, qui donne à la maquette son poids en bas.

Debout, tenez la maquette par le corps aussi haut que votre bras le permet et lâchez-la. Elle se met à tourner après une courte chute et descend bien plus lentement qu’une feuille froissée. En tombant, l’air monte le long des pales, et leur inclinaison transforme ce flux en rotation, exactement comme le flux montant à travers le rotor d’un autogire l’entretient. Repliez les pales dans l’autre sens et la maquette tourne dans l’autre sens. Déplacez le trombone, ajoutez-en un second ou cintrez légèrement les pales, et comparez les chutes. Une graine d’érable fait la même chose avec une seule pale.

Sécurité : faites attention aux ciseaux et gardez le trombone hors de portée des jeunes enfants. Lâchez la maquette debout sur le sol : ne montez jamais sur une chaise ou une table, et ne vous penchez jamais d’une fenêtre ou d’un balcon pour gagner de la hauteur. Un vrai gyroplane est un aéronef : il doit être en état de navigabilité et piloté par une personne formée titulaire de la licence voulue, et un gyroplane monté à partir d’un kit ne vaut que le travail de celui qui l’a assemblé et l’entretient.

Histoire et évolution

Dans les années qui entourent 1910, l’ingénieur russe Boris Iouriev constata qu’un rotor porteur, dans certaines conditions de descente, tournait de lui-même et permettait un atterrissage plané. L’ingénieur espagnol Juan de la Cierva arriva au même effet par un autre chemin. Après l’accident d’un grand biplan qu’il avait conçu pour un concours militaire, il chercha un aéronef incapable de perdre le contrôle à basse vitesse, et imagina un rotor tournant librement qui continuerait de porter si lentement que vole la machine. Son premier autogire, le C.1 de 1920, avait deux rotors tournant en sens inverse sur un même arbre, mais ils se gênaient, tournaient à des vitesses différentes et faisaient pencher l’appareil d’un côté. Les C.2 et C.3 qui suivirent avaient chacun un seul rotor, toujours sans articulations. Tous deux échouèrent, le C.3 après quelques courts sauts, parce que la pale avançante portait plus que la pale reculante et que l’appareil se renversait.

Le quatrième, le C.4, avait des articulations de battement. Il parcourut en ligne droite deux cents mètres environ à Getafe, près de Madrid, le 9 janvier 1923, date que donnent le Guinness World Records et la FAA ; la notice de site historique de l’AIAA date du 17 janvier le premier vol officiel. Cierva poursuivit ses travaux en Grande-Bretagne, où ses modèles furent construits surtout par Avro. Il ajouta plus tard une seconde articulation qui laissait chaque pale avancer et reculer, et en 1928 un autogire C.8 traversa la Manche.

Aux États-Unis, Harold Pitcairn construisit des autogires sous licence Cierva, et son PCA-2 devint le premier giravion certifié dans ce pays. Le C.30 de Cierva, en 1933, apporta la commande directe par la tête de rotor inclinable et supprima les ailes. Avro le construisit sous licence, et la Royal Air Force s’en servit pendant la Seconde Guerre mondiale pour étalonner des radars, parce qu’il pouvait voler assez lentement. Cierva travailla ensuite au décollage sauté : on lançait le rotor au sol plus vite que nécessaire, pales sans pas, puis on leur donnait du pas d’un coup, et l’appareil bondissait en l’air. Il mourut le 9 décembre 1936 dans l’accident d’un avion de ligne qui s’écrasa au décollage à Croydon, où il était passager. À partir de 1939, l’hélicoptère, capable du vol stationnaire, détourna de l’autogire l’intérêt et les commandes.

Les gyroplanes légers à hélice propulsive derrière le pilote ont fait revenir l’autogire comme appareil de loisir.

L’autogire revint dans les années 1950 et 1960 sous une forme plus simple. L’ingénieur américain d’origine russe Igor Bensen conçut de petits gyroplanes ouverts en tubes d’acier ou d’aluminium, moteur et hélice derrière le pilote, et des amateurs en construisirent beaucoup chez eux. Aux États-Unis, quelques gyroplanes furent aussi produits en petite série : l’Umbaugh U-18, certifié en 1961 et construit jusqu’en 1966 sous le nom d’Air & Space 18A, et le McCulloch J-2, qui vola pour la première fois en 1962 et fut produit de 1971 à 1973. On construit et on fait voler des gyroplanes encore aujourd’hui, les uns montés à partir de kits, les autres sortis d’usine, et chacun laisse battre les pales de son rotor, comme celles du C.4 de Cierva pour la première fois en 1923.