Sa fonction (1) Mécanique du vol : Générer un effort de traction. Rx T. Aspect global Rz P. P=M.g. - si T = Rx... vol à vitesse constante,

Transcription

1 L HELICE

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3 Sa fonction (1) Mécanique du vol : T Rz Rx Aspect global Rz P Rx T P=M.g Générer un effort de traction - si T = Rx... vol à vitesse constante, - si T > Rx... l appareil accélère, - si T < Rx... l appareil ralenti.

4 Sa fonction (2) rotation axe de pale axe de rotation de l'hélice lice Traction p a l e plan de rotation de l hélice Puissance sur un arbre en rotation (vilebrequin du moteur) P = C. w Effort de traction T Vitesse de l avion / air P = T. V

5 Pourquoi une hélice h? Rendement 100% 90% hélice réacteur fusée 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% Vitesse en Kt Rendement (<1) = puissance restituée e / puissance absorbée

6 Etude géométrique cône d'hélice axe de pale axe de rotation de l'hélice lice 1/2 diamètre de l'hélice lice plans de section rotation plan de rotation de l hélice α 1 α 2 section droite α 3 α = angle de calage. α1 1 > α2 2 > α3

7 Angle de calage et pas (1) plan de section plan de rotation de l'hélice lice α : angle de calage corde Angle de calage = angle entre la corde du profil de l hélice pour la section considérée e et le plan de rotation de l hélice. Pas (géom ométrique) = chemin parcouru suivant l axe de rotation de l hélice par une section droite pour un tour d hélice. Pas = 2. Π. R. tan(α)

8 Un peu de technologie... Une hélice h à calage constant ne fonctionnerait pas, elle se romprait. L hélice n a a pas un fonctionnement aérodynamique a optimal dans chaque section, les meilleures performances sont obtenue vers 70% à 80% de R. La vitesse en extrémit mité de pale est limitée e (problème de compressibilité de l air),... et de bruit! La géomg ométrie de l hélice (diamètre, nombre de pales) est a adapter aux performances du moteur (puissance à transmettre), il est également possible d adjoindre un réducteur entre le vilebrequin du moteur et l axe de rotation de l hélice. Les hélice h sont fabriquées en bois (plus légères l mais plus fragiles), éventuellement renforcées es au bord d attaque, ou en acier (plus lourdes... conséquences sur le centrage!), ou en matériaux composites.

9 En bleu les vitesses de : Etude aérodynamique - vitesses - rotation de l hélice / l avion - translation de l avion / l air R Dans un plan de section (à( 0,7 R ) : Vavion Plan de rotation de l hélice angle d incidence Vavion V=R. ω angle de calage i corde α V=R. ω Définition de l incidence, (à ne pas confondre avec le calage)!

10 Etude aérodynamique - efforts En rouge les forces générant g : - le couple récepteur r (frein) - la traction traction frein R Dans un plan de section (à( 0,7 R ) : RA traction corde frein Plan de rotation de l hélice...

11 Etude aérodynamique - «normal» RA Plan de rotation de l hélice i > 0 Vpale / air L incidence est positive Axe avion L incidence varie en fonction de la vitesse de l avion et du régime r moteur. Si a augmente, i augmente. Si Vavion augmente, i diminue. Si ω moteur augmente, i augmente. Conséquences : Au sol, Au décollage, d En vol.

12 Etude aérodynamique - «transparence» Plan de rotation de l hélice RA Vpale / air i 0 La traction est nulle, Il existe un couple résistant. Axe avion L incidence est quasi nulle. Cas possible à partir du cas précédent lorsque : ω moteur diminue. Vavion augmente, (avion en piqué,, sans réduction r moteur).

13 Etude aérodynamique - «frein» Vpale / air Plan de rotation de l hélice i < 0 RA La traction est négative, n l hélice freine l avion. L incidence est négative. n Axe avion Cas possible à partir du cas précédent lorsque : Vavion augmente encore, et /ou ω moteur diminue.

14 Etude aérodynamique - «moulinet» Vpale / air Plan de rotation de l hélice i < 0 La traction est négative, n l hélice freine l avion, MAIS l hélice est entraînée e par le vent relatif, l hélice entraîne ne le moteur. L incidence est fortement négative. Axe avion RA Cas possible à partir du cas précédent lorsque : Vavion augmente toujours, et /ou w moteur diminue encore. Si l hélice cale en vol, la mise en «moulinet» peut permettre un redémarrage...

15 Hélice à calage variable L angle de calage influence l incidence, cela fait un paramètre supplémentaire mais le fonctionnement aérodynamique est identique. Par contre, des cas de figures supplémentaires sont possibles : La mise en «drapeau». Le fonctionnement en «reverse».

16 Axe avion Moteur en panne Axe avion Vpale / air Vpale / air Plan de rotation de l hélice Plan de rotation de l hélice traînée traînée Si le moteur est en panne, autant faire que l hélice traîne le moins possible! Mieux vaut immobiliser l hélice plein grand pas. En théorie, car impossible dans la réalitr alité sur monomoteur à pas variable puisque l hélice s immobilise automatiquement plein petit pas.

17 Etude aérodynamique - «drapeau» i = 0 Vpale / air Plan de rotation de l hélice Sur bimoteur : RA L angle de calage est voisin de 90. Axe avion La pale est immobile.

18 Etude aérodynamique - «reverse» Plan de rotation de l hélice Vpale / air i < 0 RA Axe avion L incidence est très fortement négative. n L hélice est utilisée e en frein aérodynamique. a

19 Etude énergétique - rendement Rendement = puissance restituée puissance absorbée η 0,8 Pour une hélice h à calage fixe : Zone de fonctionnement pour laquelle η 0,5 Vavion f(pas pas)

20 Etude énergétique - petit et grand pas η Petit pas Performances au décollaged Grand pas Performances en croisière re 0,8 Pour une hélice h donnée, il n y y a qu une seule vitesse avion pour laquelle le rendement est optimal. Vavion

21 η 0,8 Variation du pas : Plage de vitesses à rendement optimal Etude énergétique - pas variable Possibilité d adapter le pas de l hélice à la vitesse de l avion. P = C. ω A puissance constante, diminuer le pas revient à diminuer le couple récepteur exercé l hélice, donc la vitesse de rotation va augmenter! Vavion Petit pas ω augmente C diminue Grand pas ω diminue C augmente Difficulté de pilotage, - risque de sur-vitesse vitesse, - risque de sur-couple couple.

22 EFFET SUR LA SYMETRIE DU VOL/ SOUFFLE HELICOÏDAL Le souffle hélicoïdal provoque une rotation sur l axe de lacet. Pour une hélice tournant à droite ( vue du pilote) l avion aura tendance à embarquer vers la gauche. Pour une hélice tournant à gauche ( vue du pilote) l avion aura tendance a embarquer vers la droite. Cet effet est d autant plus important que le régime est fort et la vitesse est faible(cas du décollage par exemple). Pour contrer cet effet le constructeur a généralement recours à un calage inverse de la dérive verticale par rapport à l axe longitudinal et ce pour une vitesse de croisière normale.

23 EFFET SUR L INCLINAISON

24 Le couple de réaction, opposé au couple moteur, tend à créer une rotation autour de l axe du moteur de l avion (inclinaison) en sens inverse de la rotation de l hélice. Cet effet est peu sensible sur les avions modernes. EFFET SUR L INCLINAISON L avionneur y remédie le plus souvent par un calage différentiel des ailes (d où une modification de l angle d incidence et par conséquent une portance différente de chaque aile pour une vitesse donnée; en général la vitesse de croisière). i i 24