Pales d'hélice

[aeronautix]

C'est une question que je me pose depuis longtemps: il y a des hélices à deux, trois, quatre, cinq, six pales même je crois. Comment est-ce qu'on détermine le nombre adéquat (sans rentrer dans les formules mathématico-physiques svp, restons simples)?

Question subsidiaire: peut-on changer le nombre de pales sans nuire aux performances?

Et une autre question qui est peut-être liée ou pas, j'en sais rien: on parle d'hélice blindée, j'en déduis donc que certaines ne le sont pas. Ca sert à quoi le blindage sur nos coucous sans mitrailleuses? Et on blinde avec quoi d'ailleurs? L'acier c'est lourd, le kevlar c'est cher...

[Yankeeromeo]

Pour faire bref, l'hélice la plus performante aérodynamiquement est une hélice monopale :

mais pour pouvoir transmettre davantage de puissance, il faut augmenter son diamètre.
La limite de cette augmentation est défini le plus souvent par la garde au sol :

Une autre limite d'augmentation du diamètre d'hélice est la vitesse périphérique des bouts de pales.
Augmenter le nombre de pales permet donc d'absorber (et de transmettre) davantage de puissance sans augmenter le diamètre.

On peut bien voir ce phénomène d'augmentation de la puissance des moteurs, laquelle devait nécessairement être accompagnée par l'augmentation des diamètres, et lorsque cela n'était plus possible, par l'augmentation du nombre des pales, sur l'exemple des Spitfire pendant la II guerre mondiale :

Ça, c'est pour faire vite. Si on veut approfondir, on peut toujours chercher d'explications plus détaillées, par exemple ici...

[Girino]

Une pale d'hélice fonctionne un peu comme une aile d'avion et sachant cela, Il manque 2 petites choses dans ces belles explication.
1) la charge alaire des pale ne doit pas être trop importante. Les 3 solutions pour ne pas avoir des valeurs trop fortes sont soit d'augmenter le diamètre balayé, soit d'augmenter la largeur des pales, soit d'augmenter le nombre de pales pour diminuer la charge unitaire.
2) Sachant que comme pour une aile, plus le profil sera mince et plus l’allongement sera important (fine et longue) et meilleur sera le rendement. En raison de ses limitations mécanique, le bois atteint vite ses limites. Dans la pratique le métal et les composites permettent de fabriquer des pales ayant un fort allongement et un profil fin.

Comme dans la pratique les diamètres sont limités soit par la vitesse de rotation moteur soit par la garde au sol disponible; même si les turbulences de sillage font penser qu'il est toujours préférable de limiter le nombre des pales, on constatera qu'il est souvent préférable d'utiliser une tripale fine avec un grand allongement qu'une bipale bien large qui offrira la même surface alaire.

Sans vouloir faire de pub gratuite en prenant l'exemple des hélices DUC, le Rotax 100CV sera plus efficace avec une tripale qu'avec une bipale. La raison est que même si la turbulence de sillage est plus importante, la charge alaire est moins forte et globalement le rendement de propulsion sera meilleur. J'ajouterais que si le bois est encore utilisé sur certains moteurs en prise directe et en particulier sur les VW et dérivés, c'est uniquement en raison du besoin qu'ont ces moteurs d'avoir un volant moteur suffisamment lourd tout en restant souple afin de ne pas casser les vilebrequins.

[aeronautix]

Ok, donc puis-je tirer de tout ceci que si je change une bipale pour une tripale, j'augmente l'efficacité de mon moteur? Je suppose que le réducteur a son mot à dire aussi non?

[Girino]

Ok, donc puis-je tirer de tout ceci que si je change une bipale pour une tripale, j'augmente l'efficacité de mon moteur? Je suppose que le réducteur a son mot à dire aussi non?

Des fois oui, des fois non. Une hélice est adaptée à un moteur, une cellule et à une mission d'aéronef.

Par exemple pour un appareil qui vole lentement (100km/h) mais qui doit décoler court, on aura tout interêt à augmenter la surface des pales ou le nombre des pales (tout en diminuant le pas) afin d'avoir une forte traction à faibles vitesses. La trainée parasite amenée par l'ajout d'une pale ne sera pas perceptible sur la vitesse de croisière.

[aeronautix]

Je vois.

Et les hélices contra-rotatives comme sur le Tu 65 ou le Glory (de mémoire, un gros truc anglais à hélice après 45, mais je crois bien que c'était son nom) ça sert à quoi?
En plus ça doit être un b... à régler je suppose!

[Girino]

Je vois.

Et les hélices contra-rotatives comme sur le Tu 65 ou le Glory (de mémoire, un gros truc anglais à hélice après 45, mais je crois bien que c'était son nom) ça sert à quoi?
En plus ça doit être un b... à régler je suppose!

Le role d'une hélice est de déplacer une masse d'air (dans le cas d'un avion classique) de l'avant vers l'arrière. Malheureusement, les hélices classiques transmettent aussi un mouvement en rotation sur la masse d'air. L'énergie qui met en rotation l'air est perdue car elle ne sert pas à la propultion de l'avion.

Une solution pour récupérer cette énergie est de placer derrière la première hélice une autre hélice qui en tournant en sens inverse de la première va récupérer l'énergie de rotation de l'air qui a été transmise par la première hélice.

Ca fonctionne tellement bien que le fameux TU 95 vole à Mach 0.87 avec un rendement propulsif de plus de 98%
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/c ... Marina.jpg

Certaines personnes (dont je suis) pensent que l'avenir de l'amélioration de la consomation des avions de ligne passera par ... des hélices ...

Il y aurait 2 raisons pour lesquelles ce n'est pas plus utilisé :
1) C'est mécaniquement compliqué,
2) Ce serait bruyant.

[MYR]

L'hélice de devant redresse les filets d'air pour que leur angle d'attaque avec la 2e hélice soit optimisé. C'est ce qui explique le meilleur rendement.

[Yankeeromeo]

Certaines personnes (dont je suis) pensent que l'avenir de l'amélioration de la consomation des avions de ligne passera par ... des hélices ...

Non, tu n'es pas seul, Jeff...
+1

[THLX]

Post à destination de girino,
Bonsoir à tous,
Tes explications sont intéressantes sur le choix d'une hélice, indépendamment du calage du pas, je pensais, en effet qu'à un type de moteur (et peut être de machine ???) correspondait un type d'hélice. A priori c'est plus compliqué que cela. Je vois d'après ton avatar que tu voles, à priori, sur un STORCH.
J'ai moi même un STORCH motorisé avec un 582 2T Rotax. L'appareil acheté d'occasion est équipé d'une hélice Arplast Ecoprop tripale de 172cm à pales fines. L'une de ces pales comporte une réparation suite à un impact, réparation pas très esthétique mais qui ne génère pas de vibrations particulières, les bords d'attaque de toutes la pales comportent par ailleurs de petits impacts millimétriques. Je me posais donc la question soit de renvoyer les pales chez Arplast pour une remise à neuf (devis fourni par Arplast entre 350 et 450€) ou le changement par des pales neuves (tripales) mais à pales larges de même diamètre. D'après ce que tu me dis il y a donc une incohérence dans mon choix, car si j'augmente la surface des pales sans diminuer le diamètre je vais donc avoir une charge plus forte.
Oups !!! Est ce vraiment le bon plan (pales larges) ? Qu'est ce que je vais gagner réellement? devrais modifier le pas en conséquence? C'est un peu le brouillard!!
Merci de ton avis.
Bons vols avec quelqu'hélice que ce soit.

[swiftlightpas]

Les pales fines (mais à profil mince donc plutôt en carbone) sont en fait des pales qui décrochent partiellement à basse vitesse, ce qui leur donne un semblant d'effet "constant speed" (le moteur prend plus de tours à basse vitesse) , mais l'efficacité n'a rien à voir avec une vraie hélice constant speed...utilisable sur machines rapides mais contre productif sur des machines lentes...

Les pales larges sont plus efficaces sur des machines pas trop rapides (- de 200km/h), à l'image des Hélices Duc Wirlspoon, excellentes sur les machines simples genre Skyranger,Coyote,Ch701 et ses clones...Et l'on peut plus facilement faire une bonne hélice en bois lamellé collé si elle est à pales larges (plus rigide)

Autre aspect positif des hélices à faible charge alaire: le bruit généré est inférieur à une hélice plus chargée, c'est pour ça d'ailleurs que les tripales sont généralement moins bruyantes que les bipales et vibrent nettement moins...
En ce qui concerne le blindage des pales, l'idéal c'est le bord d'attaque en feuille d'inox , intégré au profil (sans relief): ça reste très léger et sans perturbation aérodynamique. Surtout ne jamais utiliser de protections adhésives en relief: très mauvais pour le rendement de l'hélice , augmente significativement le bruit et en plus c'est peu efficace (fragile)

[Daniel C]

La largeur de pale pour un moteur de puissance donnée, le même régime d'utilisation et le même nombre de pales, dépend de la vitesse de l'avion et donc de sa finesse.
Voici deux hélices calculées pour deux avions, l'un rapide (+250 km/h), l'autre lent (150 km/h).



Le pas des hélices est bien entendu différent, vitesse oblige, mais le diamètre est identique. Pour ceux qui veulent couper les cheveux en 18 , l'hélice pour avion lent pourrait avoir un diamètre un poil plus grand .
Pour obtenir l'optimum de la motorisation il devrait y avoir une hélice par type d'avion et par moteur.
On peut se contenter d'orienter les pales pour des ajustements limitées de la vitesse.
En voulant utiliser la même hélice, sortant du même moule, sur un avion très fin et un avion plus rustique, il ne faut pas s'attendre à des miracles

[Yankeeromeo]

(...) Pour obtenir l'optimum de la motorisation il devrait y avoir une hélice par type d'avion et par moteur.

Ce qui est déjà le cas, ou presque, dans l'aviation certifiée. Les fabricants d'avions certifiés étant responsables pour les performances déclarées (surtout au décollage), ils ne permettraient jamais aux utilisateurs de "bricoler" leur hélices...

(...) En voulant utiliser la même hélice, sortant du même moule, sur un avion très fin et un avion plus rustique, il ne faut pas s'attendre à des miracles

Certes. Cependant, il existent des exemples, où les mêmes hélices se défendent bien dans les conditions très différentes...
Par exemple, celle-ci est très appréciée sur cet ULM très rapide (VL-3) :

Et pourtant, équipé de même façon, un Super-Guépard obtient un taux de montée de 1 500 ft/min...
Pour ceux qui veulent couper les cheveux en 18... l'hélice montée sur le Super-Guépard a un diamètre un poil plus grand. Et elle n'est pas, non plus réglée au même angle d'attaque.
Mais je suis d'accord, avec toi : on ne peut pas parler de miracle.

[Daniel C]

Toutes les hélices fonctionnent, certaines mieux que d'autres.
A titre d'exemple, dans notre club, nous avons remplacé une hélice en carbone "universelle", dont les pieds de pales étaient sujets à de la corrosion galvanique, par une hélice en bois que certains appellent composite naturel (cela fait nettement plus high tech) et d'un diamètre légèrement plus petit. Cette hélice à été déterminée en fonction de la puissance du moteur mesurée au barreau renard.



Performances identiques au décollage, 210 km/h en croisière et 240 km/h max, limité par la zone rouge et pas de risque de corrosion

C'est la différence entre le prêt à porter et le sur-mesure.

[Yankeeromeo]

Absolument !
Mais tout le monde ne l'entend pas de même oreille...
Bien de pilotes dépensent beaucoup d'argent pour un moteur plus puissant (en oubliant parfois de le bien refroidir), et ne voulant ensuite pas dépenser plus pour une hélice...