Une rotule lisse intégrant une bague intérieure à revêtement céramique, montée sur le rotor principal d’hélicoptères, a été soumise à des essais intensifs afin d’évaluer les améliorations de fonctionnement et donc la réduction des coûts de maintenance.

Mise au point par Ampep,SKF Aerospace, la rotule lisse à bague intérieure à revêtement céramique Ampep XLNT a été développée spécialement pour fournir aux constructeurs d’hélicoptères et à leurs clients un composant offrant de plus grandes marges de sécurité et des coûts de cycle de vie réduits tout en requérant moins de maintenance et d’immobilisation des appareils. Ampep, installé à Clevedon, près de Bristol au Royaume-Uni, fabrique des rotules lisses autolubrifiantes depuis plus de 40 ans.

Les rotules lisses, fabriquées à partir d’aciers inoxydables résistants à la corrosion, sont autolubrifiantes et sans entretien. Compactes, elles ont une très forte capacité de charge par rapport à leur poids et sont surtout utilisées dans les commandes de vol primaires et secondaires. La bague intérieure est en acier trempé à cœur et la surface sphérique est revêtue de céramique appliquée par une technique de pulvérisation thermique. La bague extérieure a un coussinet revêtu de tissu composite verre/PTFE. Elle est emboutie à froid autour de la bague intérieure pour épouser la surface sphérique de celle-ci et fournir une surface de glissement optimale

L’usure du coussinet en PTFE dépend de la pression et de la distance de glissement à l’interface, chaque mouvement angulaire de fonctionnement en charge causant une très petite usure du coussinet. Le processus d’usure du coussinet se décompose en quatre phases.

 

1.Il y a d’abord ce qu’il est convenu d’appeler la phase de rodage pendant laquelle un film de transfert de PTFE (lubrifiant) commence à se former.

 

2.Au fur et à mesure de la formation du film de transfert de PTFE, le taux d’usure diminue.

 

3.Lorsque le film est bien établi, le taux d’usure du coussinet est relativement stable.

 

4.Après une certaine usure du coussinet, la phase finale commence et l’usure s’accélère. Les rotules ne doivent jamais atteindre ce stade sur les aéronefs, la sécurité de vol étant bien sûr de première importance.

 

L’AmpepXLNT s’inscrit dans une suite de développements des rotules lisses pour applications aérospatiales dont le but est d’accroître la durée de service. Dans un premier temps, le produit a subi des essais internes intensifs dans les locaux de Ampep à Clevedon, reconnus par les principaux constructeurs européens d’hélicoptères.

SKF estime que l’Ampep XLNT peut fournir une solution au problème de durée relativement limitée que connaissent les produits existants sur le marché.

Ce type de rotules est notamment utilisé pour assurer le changement continu de l’angle de pas des pales du rotor principal d’un hélicoptère en mouvement. Ce sont l’aérodynamique des pales rotatives et l’articulation de la tête du rotor principal qui déterminent la portance et la manœuvrabilité de l’aéronef.

Intéressés par les possibilités de la rotule à revêtement céramique Ampep XLNT, certains de nos clients ont demandé des échantillons pour mener leurs propres essais au banc et effectuer des vols d’essai sur des prototypes et des modèles d’hélicoptères existants dont certains sont maintenant équipés de rotules Ampep XLNT en version standard.

Cette nouvelle technologie des roulements a des débouchés potentiels partout dans le monde mais c’est d’abord le marché de l’Amérique du Nord qui est visé pour une utilisation dans les systèmes de commande de vol d’hélicoptères.

Après les résultats prometteurs obtenus aux essais intensifs au banc, la société MD Helicopters Inc. (MDHI) s’est montrée intéressée par la possibilité d’employer ce produit sur les biellettes de commande de pas du rotor principal de ses hélicoptères Explorer ; les performances de la solution SKF sont actuellement à l’étude sur le terrain.

 

L’hélicoptère MD Explorerest un bimoteur polyvalent à cinq pales. Il présente un système de rotor principal entièrement articulé, des plaques de flexion composites sans roulement et un moyeu de rotor. La compensation de couple est assurée par le système breveté NOTAR™, qui réduit la charge de travail du pilote et les niveaux de bruit extérieur et améliore considérablement la sécurité dans les zones confinées. Ces hélicoptères sont surtout utilisés pour le transport offshore/onshore, les services médicaux d’urgence et les missions de police.

Les biellettes de commande de pas changent continuellement l’angle de pas des pales du rotor principal à chaque révolution de la tête du rotor. L’une des extrémités est reliée au plateau cyclique et l’autre au levier de pas. Ce mouvement constant est exigeant pour les rotules et les modèles utilisés jusque-là sur les MD Explorer avaient une durée de vie prévue d’environ 300 heures. Comme un certain nombre de ces hélicoptères sont utilisés au Royaume-Uni, SKF a proposé un service de supervision de ses produits sur quelques appareils.

 

Un certain nombrede sociétés et d’organisations ont été impliquées dans le projet. Les premiers contacts ont été pris avec SAS, Specialist Aviation Services, à l’aéroport Staverton de Gloucester. Cette société distribue les produits MDHI et fournit des services de maintenance des hélicoptères. Le projet de supervision a été discuté avec SAS à l’issue d’une présentation. Après consultation des exploitants, SAS a proposé d’inclure trois de ses appareils dans le programme. Le projet a été soumis au constructeur, MDHI, qui a donné son accord à condition que soit inclus dans le programme l’hélicoptère des ambulances aériennes Virgin HEMS de Londres, réputé pour son taux élevé d’usure des rotules de biellettes de commande.

 

Après accord, les rotules ont été fabriquées, fournies à MDHI et envoyées à SAS. Au total, quatre appareils sont concernés : deux hélicoptères de police (des régions West Midlands et West Yorkshire) qui effectuent environ 100 heures de vol par mois chacun, un hélicoptère multirôle de la police et des secours aériens du Wiltshire et un hélicoptère à haut cycle des ambulances aériennes Virgin HEMS de Londres, qui totalise environ 40 heures de vol par mois, le temps moyen de ses vols n’étant que de six minutes. Ces conditions d’essai s’annonçaient rigoureuses pour les rotules et la supervision des quatre hélicoptères allait donc donner des résultats représentatifs des performances des rotules pour la flotte des MD Explorer.

Sur les MD Explorer, les rotules sont classées comme pièces à entretenir « selon l’état ». Il n’y a donc pas de durée de service imposée sous réserve du respect des critères limites de rejet. Par souci de sécurité, SKF a recommandé des limites bien plus strictes pour son produit.

Dans le cadre du projet, un ingénieur SKF a assisté à l’installation des rotules dans les biellettes de commande de pas des rotors principaux, en juin et juillet 2004. Les hélicoptères étant soumis à une maintenance périodique, l’ingénieur SKF a assisté à toutes les inspections de maintenance des 50 heures pour chaque appareil. Au cours de ces inspections, les ingénieurs de maintenance SAS sortent les biellettes de l’appareil pour permettre à l’ingénieur SKF de mesurer le jeu radial et axial des rotules dans des dispositifs conçus et fabriqués par SKF.

 

Sur l’hélicoptèrede la police des West Midlands, seules les rotules placées du côté du levier de pas des biellettes ont été changées. Cependant, les biellettes étant démontées pour effectuer les mesures, le jeu entre les rotules installées du côté du plateau cyclique est également mesuré et enregistré bien que leur temps de fonctionnement ne soit pas précisément connu.

Sur les appareils de la police du West Yorkshire et des ambulances aériennes Virgin HEMS, les cinq biellettes de commande de pas (en haut et en bas) ont été équipées de rotules Ampep XLNT.

L’hélicoptère de police et de secours du Wiltshire a été équipé d’un « capteur de référence ».

La biellette de commande de pas de la pale 1 a été munie de rotules neuves du fournisseur habituel tandis que des rotules Ampep XLNT étaient installées sur les biellettes de commande de pas des pales 2, 3, 4 et 5 pour permettre une comparaison directe des deux types de rotules.

 

Depuis le débutdu programme de supervision, un nombre important d’heures de vol a été totalisé :

• West Midlands : 627 h
• West Yorkshire : 632 h
• Wiltshire : 429 h
• Virgin HEMS : 243 h

Au vu des excellents résultats déjà obtenus et du faible jeu des rotules Ampep XLNT, il apparaît que d’importantes améliorations sont envisageables. Par ailleurs, il a également été possible de diminuer la fréquence des mesures qui sont désormais effectuées aux inspections des 100 heures afin de réduire les temps d’immobilisation des appareils.

 

Les rotules AmpepXLNT s’apprêtent à passer confortablement le cap des 1 000 heures. Même avec des critères de rejet plus stricts, les résultats montrent une amélioration de la durée de cinq à dix fois par rapport aux rotules habituelles. Pour les hélicoptères sur lesquels la durée est essentielle, le but est de prolonger la durée des rotules au-delà de l’intervalle entre les révisions qui requièrent le démontage de la tête de rotor pour remplacer d’autres composants de durée limitée.

La supervision des rotules va se poursuivre jusqu’à la détermination exacte de leur durée, ce qui permettra de calculer avec précision le bénéfice potentiel de l’exploitant sur les coûts de cycle de vie (réduction des immobilisations, de la maintenance et des coûts des rotules). Les avantages immédiats de l’emploi des rotules Ampep XLNT sont déjà démontrés par les résultats obtenus.

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Les participants

Installé à Mesa, en Arizona, MDHI fabrique et commercialise une gamme d’hélicoptères mono et bimoteur à hautes performances, notamment les MD Explorer^®, MD 600N^®, MD 520N^®, MD 530F^® et MD 500E^®. La société indique qu’elle s’est positionnée sur un créneau commercial en se spécialisant dans les services de police, de secours aériens et de sociétés auxquels ses produits sont parfaitement adaptés.

Specialist Aviation Services est une société proposant des services intégrés en liaison avec l’équipement, la maintenance et le vol des aéronefs. Deux de ses filiales sont spécialisées dans l’assistance aux services d’urgence médicaux et de police.

Basée à Devizes, la police du Wiltshire utilise un hélicoptère à plein temps depuis mars 1990. Elle travaille en liaison avec le service d’ambulances du Wiltshire ; l’équipe de l’hélicoptère MD 902 comprend un policier, un auxiliaire médical et un pilote appartenant aux services de police aéroportée. Le Wiltshire a été le premier exploitant britannique d’un MD 902.

L’assistance aérienne englobe tous les aspects des services d’urgence au quotidien. Le nombre d’heures de vol est d’environ 900 par an pour 1 200 missions. Il est crucial de pouvoir compter sur le bon fonctionnement de l’hélicoptère et toute amélioration de la fiabilité (allongement de la durée des rotules par ex.) est bienvenue.

Les ambulances aériennes Virgin HEMS de Londres dépendent du Royal London Hospital, à Whitechapel. Il s’agit du service médical d’urgence héliporté de Londres qui couvre quelque 1 800 km² à l’intérieur du périphérique M25. Il assure les soins d’urgence pré-hospitaliers et concerne plus de 17,5 % de la population locale ; créée en 1989, l’équipe a accompli plus de 14 500 missions. Le service fonctionne 365 jours par an ; c’est la seule ambulance aérienne du Royaume-uni à toujours avoir à son bord un médecin chevronné et un auxiliaire médical spécialisé dans le traitement des patients ayant subi des blessures graves par accident. En principe, l’hélicoptère décolle dans les deux minutes après un appel et atteint tout point de sa zone de couverture en moins de 12 minutes. Le service est partiellement financé par le service national de la santé (NHS) et Virgin, mais fait également appel au public pour lever les fonds nécessaires à son fonctionnement.

Stationnée sur l’aéroport international de Birmingham, l’unité d’intervention aérienne des West Midlands assure un service d’assistance spécialisée 24 h/24 toute l’année. Leur MD 902 Explorer a été mis en service en 2000. Il dispose des équipements et des systèmes de communication les plus sophistiqués.