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19/04/2008

Les hélicos de Nicolas Florine partie 1

Les hélicos de Nicolas Florine. (partie 1)

La légende soutient que Leonardo da Vinci inventa l'hélicoptère. En fait, il étudia le principe de l'aile tournante, ce qui n'enlève rien à son génie car s'il avait possédé la techno­logie des roulements à billes, il eût été bien capable de développer un tel appareil.

Quelques siècles plus tard, un hélicoptère prend son envol en Belgique, dans la région bruxelloise. Nous avons eu la chance de rencontrer, il y a quelques années, le fils de Nicolas Florine, Jean, et le pilote d'es­sai de l'inventeur, Robert Collin.

 

Patriot

Débutons par la présentation de notre visionnaire. Il est d'origine ukrainienne, né à Batoum, le 1er août 1891, en Crimée. Ses parents gagnent Leningrad au début du XXème siè­cle. Il y fait ses études et gagne une bourse à l'université de la ville; il suit alors des études de mathéma­tiques. En 1910, son père l'emmène, avec sa soeur, visiter l'exposition universelle de Bruxelles. Fut-il conquis par la Capitale ?

Il accompli son service militaire en 1914, mais la révolution bolchevique de 1917 interrompt brutalement une progres­sion exemplaire et sans problème. Florine se réfugie en Allemagne et retourne peu après en Union Soviétique. La situation est pourtant précaire, sa famille appar­tenant à une bourgeoisie exécrée par les communistes, ses amis lui conseil­lent de s'expatrier, ce qu'il fait comme des milliers d'autres.

Et c'est une épopée. Il fabrique un radeau (!), et s'échappe de Leningrad par le golfe de Finlande. Après de multiples péripéties, il rejoint Helsinki où il est interné dans un camp de réfugiés. Il écrit alors à vingt-six ambassades afin de trouver un asile. Refus de toutes sauf celle de Belgique qui l'accueille en 1920. Imagi­nons un seul instant que les Etats-Unis - qui ont rejeté son appel - l'aient invité et qu'il ait pu travailler de conserve avec Igor Sikorsky ou d'au­tres, la genèse de l'hélicoptère en eût été bouleversée.

 

Sikorsky_300

 Le 14 septembre 1939, Igor Sikorsky, un homburg à la place d'un casque (!?!), s'élève pendant 10 secondes sur son VS 300.

 

Mais les recherches sur les voilures tournantes ne sont pas l'apa­nage d'un seul homme, ni même d'un seul groupe. Les scientifiques connaissent parfaitement la simul­tanéité d'idées, seuls les gouverne­ments adorent présenter les découvertes comme uniques en leurs genres. Brièvement, le véritable ancêtre de l'hélicoptère moderne prit son vol en France en septembre 1907. Un appareil ima­giné par les frères Louis et Jacques Breguet associés au professeur Richet; il est muni de quatre pales et d'un fuselage tubulaire com­plexe digne de la Belle Epoque. Toujours en 1907, un 13 novembre, Paul Cornu fait voler pendant quelques instants un birotor. Il faut attendre mai 1924 pour con­naître le premier vol significatif avec le quadrirotor d'Etienne Oemichen qui parcoure un kilomètre en circuit fermé en 7 minutes 40: retenons ce temps de vol.

En Espa­gne, c'est le marquis Raul Pateras de Pescara qui tente le premier vol d'un engin équipé de deux rotors coaxiaux, cela en 1921-1923. On rapporte qu'il demeura quelque dix minutes en l'air. Un autre Espagnol, Juan de la Cierva, marque son temps en utilisant un appareil hybride : l'autogire, soit un fuselage d'avion pourvu d'une hélice tractive, d'un embryon d'aile fixe et d'une voilure tournante quadripale de sustentation.

 

Pescara

Il faut encore signaler les travaux de Davidson sur un gigantesque biplan actionné par deux rotors multipales pris en sandwich entre les ailes, aux alentours des années vingt et les investigations du profes­seur de Bothezat, un Russe accueilli par les Américains. En ce qui concerne Igor Sikorsky, le premier nom qui vient à l'esprit en matière d'hélicoptère, ce n'est qu'en 1938 que le gouvernement US approuva le début de ses travaux !

Entre-temps et malgré une première décade assez floue au point de vue historique (1920-1929), Nicolas Florine s'exerce au développement du cinéma... en couleurs. A partir de pellicule noir et blanc, il imagine un système de trois objectifs couplés à trois filtres permettant la superposition d'images colorisées. Ces trouvailles seront d'ailleurs dévelop­pées dans les années trente pour la projection de films en relief. C'est dire les talents multiples du person­nage. Et tout cela en travaillant à l'Administration Aéronautique basée dans les bâtiments de l'Hôtel des Monnaies à Saint-Gilles dont ne subsiste qu'un maigre élément architectural. En 1926, Nicolas Florine est chargé de concevoir le Centre d'Aérodynamisme, dont le premier directeur fut le professeur Allard, situé à Rhodes-Saint-Genèse, dans la péri­phérie de Bruxelles. Ce centre fut intégré en 1956 à l'Institut von Karman pour la dynamique des fluides. Nous entrons donc dans le vif du sujet.

 

Hot_Mon

L'Hôtel des Monnaies du temps de sa splendeur sonnante et trébuchante.

 

Dès 1927, la SNETA - Société Natio­nale pour l'Etude des Transports Aériens appuie financièrement les travaux en matière de voilure tour­nante. Ce qui n'est pas simple, vous vous en doutez. Car si l'on sait qu'une hélice est stable par l'effet gyroscopique, celle-ci montée hori­zontalement sur un engin provoque un couple de réactions qu'il faut supprimer, ou si vous préférez, équi­librer.

Si on place deux hélices tour­nant en sens inverse sur un même axe, les couples de réactions s'annu­lent, par contre les premiers hélicop­tères qui utilisent ce procédé sont dépourvus de stabilité. Il est d'ail­leurs temps de souligner qu'à cette époque, on se bat pour des minutes de vol, le plus souvent stationnaire. Quand on veut communiquer un mouvement de translation, là où chaque pale a un vitesse relative qui varie pendant qu'elle fait un tour complet, la situation se complique comme le fait remarquer Nicolas Florine: «La conséquence, plus grave, est que les pales soumises a des forces périodiquement variables, subissent une fatigue excessive, sur­tout quand il y a lieu de craindre une résonance, c'est-à-dire une coïnci­dence entre la durée d'une de l'hélice et la période des oscillations libres de la pale ».

 

Model

Maquette du TYPE I devant la soufflerie de l'Institut von Karman et le squelette du TYPE II.

 

C'est pourquoi Nicolas Florine propose une solution qui permet à un engin de cumuler la stabilité gyroscopique et aérodynamique d'une hélice isolée. Pour ce faire, son hélicoptère possède deux rotors tournant dans le même sens. Pour équilibrer les couples de réaction, il incline les axes de rotation des rotors de dix degrés l'un par rapport à l'autre. Suivant le principe établi, si l'angle correspondant à l'équilibre est modifié, il y a rotation de l'héli­coptère dans un sens ou l'autre, à l'instar d'un gouvernail de direction.

Restent à juguler l'effet additif des efforts variables sur la pale et le couple de roulis. Nicolas Florine pense à maintenir constante la force aérodynamique en transformant de manière continue l'angle d'attaque de chaque pale pendant sa rotation en lui donnant un mouvement ondu­latoire. Toutes ces caractéristiques doivent impérativement être contrô­lées par le pilote. Ce dernier et en ce qui concerne l'hélicoptère TYPE I, pour autant qu'on le devine, devait être l'inventeur lui-même.

 

Résumons les trois mouvements principaux et leurs résultantes car on y trouve l'abc du vol moder­ne: a) la modification de l'angle d'attaque de toutes les pales augmente ou diminue la portance; b) l'augmentation de l'angle d'atta­que des pales d'un rotor diminue celui de l'autre, ce qui assure l'équili­bre longitudinal; le mouvement ondulatoire des pales, soit que cha­que pale augmente son angle d'atta­que en passant à droite et le diminue en passant à gauche, commande l'équilibre latéral comme des éle­vons. Voilà, c'est limpide !

 

Manche_M

Croquis explicatif des interactions du manche...

 

Il ne restait plus qu'à mettre en pratique la théo­rie ce qui fut fait avec des modèles réduits. Divers essais d'hélices de 60 cm de diamètre actionnées par moteur électrique se clôturent par un mini hélicoptère équipé de rotors de 3 m d'envergure. Un modèle réduit de 36 kg quitte le sol à plusieurs reprises ... pour tirer sur les câbles d'alimentation électrique et perdre son bel équilibre.

 

Toutefois, cela se passe relativement bien et, enfin, la cons­truction d'un appareil expérimental capable de transporter son pilote est décidée. Un moteur Hispano-Suiza de 180 cv refroidi par eau est installé sur l'hélicoptère TYPE I, en voici la description du pionnier: «L'axe du moteur était horizontal, et à la place du moyeu de l'hélice, était monté un accouplement à car­dans reliant le moteur à l'embrayage; ce dernier était à friction sur disques multiples et à ressorts. Un premier renvoi d'angle à engrenage, coniques et un arbre vertical montant suivait l'embrayage. A l'extrémité supé­rieure de l'arbre vertical était fixée une hélice de refroidissement souf­flant sur le radiateur à eau disposé immédiatement au-dessous. A la même hauteur que le radiateur, se trouvait un second renvoi d'angle à engrenages coniques qui transmettait la rotation de l'arbre vertical aux arbres de transmission horizontaux; ces derniers conduisaient vers les moyeux des hélices ».

TI_ConPlaq

TYPE I avec un fuselage en contre-plaqué abandonné par la suite.

 

Les pales sont réalisées à partir de tube en duralumin, de bois et d'un recou­vrement en contre-plaqué; leurs pro­fondeurs étant de 60 cm pour un diamètre de 7 m 20. Nicolas Florine poursuit: «Le bâti fuselage de l'hélicoptère était en bois et en con­tre- plaqué et il y avait un train d'atterrissage permettant une course totale de 90 cm. Les angles d'inci­dence des pales étaient commandés par le pilote, au moyen d'un manche sur lequel était fixé un volant. En inclinant le manche vers l'avant, on augmentait les angles d'attaque de l'hélice arrière et on diminuait ceux de l'hélice avant; on communiquait donc à l'appareil un couple qui le faisait piquer. En inclinant le man­che à gauche, on augmentait les angles d'attaque des pales passant à droite et on les diminuait à gauche: c'était un couple de roulis inclinant l'appareil vers la gauche ».

 

L'hélicoptère TYPE I est prêt, fin 1929, et les ennuis commencent ! Au premier essai, le manche subit des secousses telles que le pilote ne peut le maintenir dans une position cor­recte. Quelques jours plus tard, on s'offre une grande frayeur: quatre pales sur huit se détachent et sont expé­diées à cinquante mètres sans, heu­reusement, heurter personne. En fait, les pales sont trop flexibles et deux nouveaux rotors sont achevés avec des pales haubanées, un bord d'attaque en bois massif et un centre de gravité placé au quart de la profondeur. Juillet 1930 voit l'hélicoptère TYPE I à nouveau sur la pelouse d'essai.

Les corrections apportées et issues d'études théoriques - intuitives ? - se révèlent exactes: tout marche bien du côté des rotors.

Blowpipe

 Essai statique du TYPE II devant la soufflerie.

 

Cette fois une nouvelle espèce de vibrations appa­raît. Très brusquement. Leurs conséquences sont, bien entendu, catastrophiques pour la machine. Cardan d'accouplement arraché de l'embrayage, vilebrequin plié, carter et berceau de moteur démolis: tels sont les dégâts ! C'est d'autant plus grave qu'intervient ici le problème bien connu du finance­ment de l'entreprise. L'administra­tion de l'Aéronautique avait apporté une subvention de 80.000 FB (de l'époque) dont il ne restait que 6.000 FB ! Désagréable surprise au moment où on apprend que le devis de réparation du moteur s'élève à 40.000 FB. Quelle serait la réaction du ministre si on introduisait une nouvelle demande de subsides ? La réponse est bien entendu négative. Heureusement pour Nicolas Florine, l'interven­tion du FNRS - Fonds National de la Recherche Scientifique - sauve la situation.

Rappelez-vous que c'est également le FNRS qui a permis au professeur Piccard de rendre célèbres ses ascensions en ballons. Et dès octobre 1931, un crédit de 60.000 FB est libéré. L'hélicoptère TYPE II allait voir le jour sous peu.

Après l'échec du TYPE I, Nicolas Florine étudie l'allégement de l'hélicop­tère: d'un poids de 1.200 kg, il était vraiment trop lourd. Le fuselage de bois est remplacé par des tubulures métalli­ques, de plus, le moteur à refroidisse­ment par eau fait place à un moteur d'occasion RENARD 200 CV refroidi par air.

Renard

Détails du moteur Renard et des diabolos détruits.

 

Les accouplements sont également chan­gés par des sortes de diabolos en caoutchouc.

« Il pèse environ 950 kg en ordre de vol, explique Nicolas Florine. Son fuselage est en tubes d'acier soudés ; il ne pèse que 60 % du poids du fuselage en bois du TYPE I. Les roues du train d'atterrissage sont remplacées par des pattes en elektron ». Robert Collin décrit le fonctionnement des diabolos: « Au début, il n'y avait pas d'embrayage. On démarrait le moteur avec une cartouche: il partait, faisait 2 ou 3 tours; les diabolos se déformaient, jusqu'à un tour et demi; les rotors accéléraient, mais pas assez vite et le moteur calait; alors les diabolos se détordaient, relançant le moteur à l'envers; par son inertie, celui-ci retordait les diabolos à l'envers... L'énergie emmagasinée dans les diabolos aidait le moteur à repartir, dans le bon sens... On arrivait très bien à le faire démarrer, c'était même assez amusant, mais ces torsions alternatives étaient mortelles pour les caoutchoucs qui claquaient régulièrement ».

 

Pour vous faire patienter avant la suite de cet article, je vous invite à cliquer sur ce lien de You Tube, avec autorisation de mon ami Ed « Bomberguy » des Etats-Unis :

http://www.youtube.com/watch?v=DsXgmOurwts

 

Robert Dehon...

Notes et sources à la fin de la seconde partie d'article.

Commentaires

Les hélicoptères du Marquis Pateras-Pescara Donnez-moi une adresse Email pour vous envoyer un texte et une photo sur mon Père.
Salutations

Écrit par : Pateras-Pescara | 25/08/2008

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Pateras-Pescara Bonjour,
Merci de votre intérêt pour ce site.
Cordialement,
R. Dehon
PS: voir http://www.cyanopale.org/ch/chronique14.htm

Écrit par : Robert | 26/08/2008

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Les hélicos de Nicolas Florine Bonjour Monsieur Dehon,

Excellent article prouvant une fois de plus l'opiniatreté de tous ces pionniers.
A quant la 2e partie?
Meilleures salutations.

Jacques Gorteman, ex Sabenien

Écrit par : Gorteman | 21/09/2009

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Slt et de nombreux de remerciement pour votre magnifique site, il est selon moi très sympathique à découvrir et les billets sont super encrichissant. Je suis moi même entrain de installer un site web mais sur wordpress car celà permet de s'exprimer et de ralier les gens à une cause.

Écrit par : metro barcelone | 09/01/2012

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Je ne pense pas que Batoum soit en Crimée.

Écrit par : Luc Louis | 03/07/2014

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