DISCUSSION SUR LES HELICES - VRILLAGE DES PALES

Enfin excepté s'il y a des commentaires ou questions sur ce qui suit, ce sera un monologue plus qu'une discussion. Le mot réflexion aurait été peut être plus adapté ..

Je ne m'étais pas jusqu'à ce jour penché sur les hélices. Ce n'était pas parce que je ne les jugeais pas importantes et dignes d'intérêt, mais tout simplement parce que je n'y comprenais pas grand-chose ..

Et puis il y a eu l'article de Franck Aguerre publié sur le site de la FFAM et sur Rcaerolab (http://rcaerolab.eklablog.com/adaptation-helice-moteur-avion-p2877910) , et aussi j'ai commencé à aller un peu plus loin dans les critères de choix des hélices pour mes avions (jusqu'à présent je me contentais de regarder la Vpitch et la puissance consommée en statique) en utilisant le module motorisation de Predimrc.

J'en reparlerai. Mais aujourd'hui je vais présenter ce que j'ai compris en ce qui concerne le fonctionnement de la pale d'hélice, et le pas. Ou plutôt les pas ..

Tout d'abord, si on coupe une pale d'hélice, on se rend compte qu'elle a un profil, tout comme une aile d'avion. Les pales sont en effet assimilables dans leur fonctionnement à des ailes : quand l'hélice tourne une portance se crée qui entraine l'hélice (et normalement l'avion) vers l'avant. Mais contrairement à une aile d'avion qui ne présente généralement pas (ou peu) de vrillage, l'hélice présente un fort vrillage entre l'emplanture et le saumon.

Ci-dessous un dessin représentant la coupe de l'hélice à différents rayons (source : Aerodynamic of Flight) et les photos de coupes faites sur des hélices APC E 14 x 8.5 que j'utilisais sur mon Volt et qui n'ont pas résistés à deux atterrissages ratés.

Cette évolution du calage du profil est nécessaire pour que celui-ci travaille dans des conditions correctes et avec une incidence égale (ou à peu près) tout au long de la pale. Je rappelle que l'incidence est l'angle entre la corde du profil et le vent relatif. Le point un peu difficile à bien comprendre dans tout cela étant que la direction du vent relatif qui "attaque" la pale perpendiculairement à son bord d'attaque varie tout au long de la corde de l'hélice.

J'ai repris un schéma trouvé sur le lien suivant : http://2jg51.org/hs/helices/prop_index.php 

Nous allons supposer que la vitesse de rotation de l'hélice et celle du déplacement de l'avion sont constantes. Le vent relatif provient d'une part de la rotation de l'hélice, et d'autre part du déplacement de l'avion. Pour ce qui est du déplacement de l'avion, c'est facile, elle est constante, la vitesse est la même en tout point de la pale et elle est parallèle à l'axe de l'hélice.

La vitesse tangentielle liée à la rotation dépend quant à elle de la position ou on se trouve sur la corde de l'hélice. Si cette distance est r, cette vitesse est égale à la vitesse de rotation de l'hélice (en radians par secondes) multipliées par r (en mètres, pour un résultat en mètres par secondes). Cette vitesse est tangentielle au rayon que décrit le morceau de pale considéré. Pas très facile à expliquer avec des mots ...

La vitesse résultante de la pale est égale à la somme des deux vecteurs correspondant a la vitesse de l'avion et à la vitesse tangentielle de la pale au point considéré.  Ce qui donne si on fait le calcul et en notant respectivement v_av et v_rot ces vitesses :

• valeur de la vitesse résultante (et donc du vent relatif) : racine ( v_av² + v_rot²)
• angle du vent relatif par rapport au plan de rotation : arcos ( V_rot / V_av )

Le tableau ci-dessous montre l'évolution de la vitesse du vent relatif s​​​​​​i on fait varier le point de la pale ou est effectué le calcul, en partant de l'axe et en allant jusqu'au saumon. Le résultat est en km/h pour les vitesses et en degrés pour les angles, et la distance par rapport à l'axe est en pouces. L'exemple correspond à mon Volt plein gaz, soit environ 120 km/h avec une vitesse moteur de 8000 tours/minute et une hélice de 14 pouces de diamètre.

Il n'est pas possible de changer la vitesse du vent relatif. Tout au plus on peut faire évoluer le profil de la pale entre les zones situées près de l'axe et le saumon. En revanche, en vrillant la pale on va arriver à conserver un angle d'incidence constant. Le vrillage dans le cas de mon exemple, entre la mi-pale et l'extrémité de la pale, sera donc de 20° (50 - 30)

Nous noterons que la zone proche de l'axe est un peu particulière, les contraintes de conception étant en priorité liées à la solidité de l'hélice face aux contraintes mécaniques exercées.

Prochaine étape : le pas ..