Ralenti et traînée aérodynamique de l'hélice.

[serge5694]

Bien, comme mon dernier post à eu un franc succès, surtout en ce qui concerne le dialogue de sourd, je remet ça, mais là je ne pose pas une question.
On pense bien souvent que en descente gaz réduit, quand le moteur tourne au-dessus du régime de ralenti, c'est que l'hélice entraîne le moteur et crée de ce fait un freinage aérodynamique; ce n'est pas toujours le cas.
Nos moteurs d'aéronefs, sauf ceux qui ont un débrayage de l'hélice au ralenti, entraînent une charge: l'hélice.
On ne peut donc pas considérer comme pour une voiture ou une moto que le moteur est vraiment gaz au minimum. Si on enlevait cette charge au moteur et sans changer le réglage de l'accélérateur, le régime minimum monterait plus ou moins en fonction de la traînée qu'avait l'hélice.
L'hélice dans le vent relatif va donc diminuer la charge qu'elle demande au moteur jusqu'à la transparence qui se trouve au régime qu'aurai le moteur tournant au minimum de gaz mais sans hélice, seulement au delà, l'hélice entraîne le moteur et devient un frein aérodynamique.
Il peut y avoir une exception pour les moteurs à injection qui seraient équipé d'une coupure d'injection quand la commande de gaz est au minimum et que les tours moteur sont au dessus d'un régime prédéfini (comme sur les voitures) dans ce cas ça serait un frein encore plus important puisque le moteur ne produirait plus aucune force.

[piper84]

Bonjour Serge,
Avec un mauvais réglage de ralenti sur le Savannah, le moteur a tendance à caler au point d'attente en passant au tout réduit, ok le reglage est mauvais ce n'est pas le sujet.
En finale, tout réduit, le moteur ne cale pas, il le fait au sol quand l'appareil ralentit.
Donc, à mon sens, en finale, l'hélice maintient bien le moteur en rotation, c'est bien le vent relatif qui entraine l'hélice tant qu'il existe non ?
Mais enfin, c'est juste pour rebondir et t'apporter une contradiction par ce jour de pluie !
Bonne journée à tous.

[Daniel C]

@Serge

Il y a probablement un petit bémol à ajouter.

Les fonctionnements hélice tractive et hélice motrice, entraînée par le vent relatif sont totalement différents.

L'hélice motrice fonctionne comme une éolienne et son rendement est affecté par la limite de Bentz (16/27) et est donc particulièrement faible par rapport au fonctionnement hélice motrice.

https://www.frwiki.org/wiki/Limite_de_Betz

C'est assez facile à vérifier pour les sceptiques: il faut préalablement monter en altitude, couper le moteur et arrêter l'hélice. Aussitôt se se mettra en piqué pour redémarrer le moteur et patienter, c'est assez étonnant et assez long.

[Ramel]

Donc en courte finale quand on est sûr qu'on va faire le terrain, couper le moteur ne permet pas de raccourcir la distance d'atterrissage, puisqu'on supprime un frein aérodynamique, on est d'accord ?

(il y a forcément quelqu'un qui va passer pour me dire qu'il ne faut pas couper le moteur car en cas de besoin de remise de gaz, moteur coupé c'est moins pratique. Je ne pratique pas moi même cette expérience, mais elle m'a déjà traversé l'esprit et je m'étais justement interrogé sur la pertinence sur le plan purement de la distance d'atterrissage)

[erd]

Merci Serge pour ce post, qui me rappelle un phénomène que je vis régulièrement.
Pour exposition des faits en vue de votre avis :
-Sur mon savannah 912 s avec carbu et hélice eprops, j'avais un ralenti qui tournait vers 1800 t en statique et rarement en dessous de 2000 t plein ralenti en vol vers 90 km/h (finale par exemple), pour moi l'hélice était en traction et non en transparence, phénomène qui ce traduisait par une réduction très significative du cone moteur coupé
- depuis je suis passé en injection avec un ralenti pouvant descendre en statique vers 1500 t et 1800 t de 90 à 110 Km/h, à la remise des gaz, j'ai un phénomène qui ressemble à un rattrapage de jeu (comme très léger choc). Pour moi cela se traduirait ainsi : à 2000 t l'hélice était en traction ,maintenant à 1800 t l'hélice freine la rotation, et donc fait travailler le limiteur de couple (l'hélice faisant frein moteur). Si vous avez un avis il est bienvenu !

A+

[Pierre44]

Donc en courte finale quand on est sûr qu'on va faire le terrain, couper le moteur ne permet pas de raccourcir la distance d'atterrissage, puisqu'on supprime un frein aérodynamique, on est d'accord ?

Si je me souviens bien, il était dit dans le manuel ULM que le plané moteur coupé était plus long que moteur au ralenti. Mais en tout cas, sans pouvoir l'expliquer par moultes formules, il me semble intuitivement logique qu'une hélice entrainée génère de la trainée, plus que la même arrêtée.

Il me semble que le Pilatus à para peut passer en très petit pas pour les descentes à fort taux car cela crée un freinage aérodynamique.

Et sur les avions multimoteurs à hélices, en cas de panne moteur, il faut passer l'hélice en drapeau pour réduire la trainée (bon je vois d'ici ceux qui vont me dire que l'on passe en drapeau uniquement pour ne pas passer survitesse du à un éventuel retour au petit pas...). Surtout que pendant très longtemps nombre de petits bimoteurs à pistons étaient sous motorisés et volaient super mal sur un moteur. Donc toute source de trainée devait être évitée.

[serge5694]

Bon j'espère qu'on ne va ps repartir dans le débat précédent.
Si un 912S entrainant son hélice a 2387rpm (5800rpm moteur) au point fixe, plein gaz en développant 100cv, il lui faudra pour faire tourner l'hélice à 740rpm (1800 moteur), développer, on va dire "approximativement" pour ne froisser personne 3cv. calcul expliqué dans mon ancien post sur le gain de puissance par ceux qui savent.
Un moteur au ralentis à 1800rpm qui n'entraine rien, n'a pas besoin de fournir cette puissance, juste de quoi s'auto alimenter. Si on lui ajoute une hélice il va falloir visser la vis de ralentis pour qu'il ne cale pas et maintenir 1800rpm.
Vous pouvez faire l'essai, vérifier le régime de ralentis de votre moteur à chaud, déposé l'hélice et vérifier de nouveau le régime minimum, il aura augmenté, plus ou moins suivant votre hélice, plus l'hélice traine et plus la différence de rpm sera importante.
Admettons que sans l'hélice votre moteur ne tourne plus a 1800rpm mais 2200rpm (au pif). le frein aérodynamique de l'hélice commencera à ce faire sentir qu'au dessus de ce régime. Sur un moteur 2t c'est encore plus marqué car le moteur consomme moins de puissance qu'un 4T pour tourner dans le vide.
Si la différence n'était pas de 400rpm mais 700, et qu'en descente à petite vitesse notre moteur tournerai à 2500RPM, l'hélice serrai juste en transparence.
Sur mon Yam il y plus de 1000rpm moteur de différence soit presque 400 tour d'hélice et en plus l'appareil est très fin.
J'aimerais savoir si les injections lad ont un ralentis régulé. On peut faire l'essai un jour de grand vent, de face puis dans le dos.

Pour le savannah de mon amis Georges, si il cale car le ralentis est trop bas, en enlevant l'hélice, très certainement qu'il ne calerai plus et le régime indiqué sera celui de transparence en descente.
Sur les avions, le ralentis est assez bas, et on de dois jamais rester à ce régime juste vérifier qu'il ne cale pas, c'est simplement pour augmenter le frein aérodynamique en descente. On pourrait faire de même sur nos moteur mais par sur que le réducteur aime ça.
J'ai fais l'essai sur mon appareil, avec un levier de ralentis accéléré, 2000RPM normale et 900 au minimum, ça boite pas mal au sol, mais en finale, c'est bien plus facile à géré la trajectoire.
Pour compléter, et comme la signalé Daniel une hélice travaillant à l'envers à un très mauvais rendement, comme une aile de profile non symétrique qui volerait sur le dos, mais elle produit une trainé d'autant plus forte qu'on serra au dessus du régime de ralentis sans hélice, ce qui est le cas sur presque tous nos appareils, sauf que à l'arrondi, on ce retrouve sur un appareil fin avec une traction de l'hélice, faible bien sûr et croissante avec la baisse de RPM, du moment ou le régime moteur ce trouve dans la fourchette expliqué si dessus.

Je précise que sur nos voiture moderne il y a un régulateur de ralentis, c'est ce qui nous permet, la première ou même la seconde engagé de pouvoir lâcher doucement l'embrayage sans caler, on a pas ça sur nos moteurs à carburateur.

[Bob01]

Il me semble que le Pilatus à para peut passer en très petit pas pour les descentes à fort taux car cela crée un freinage aérodynamique.

Et sur les avions multimoteurs à hélices, en cas de panne moteur, il faut passer l'hélice en drapeau pour réduire la trainée

Le Pilatus passe en pas zéro, ce qui crée un aérofrein de surface équivalente au disque de l'hélice. C'est énorme comme surface !

De mémoire, sur un bimoteur, moteur arrêté :
Hélice en moulinet (parce que le drapeau n'existe pas) crée une traînée de X
Hélice en drapeau mais qui peut éventuellement tourner sous effet du vent relatif : X / 5 ou 6
Hélice en drapeau ET moteur bloqué : X / 10

[serge5694]

Il y a tout de même un bémol à ma démonstration, au régime de transparence de force rotative, l'hélice est en moulinet et si effectivement ni le moteur, ni l'hélice ne transmet de force en rotation l'un vers l'autre, l'hélice a tous de même un appuie sur le moteur en sens inverse du déplacement de l'avion. Ca freine l'avion, mais vu le régime de rotation de l'hélice assez faible, cette force est faible. La force de transparente que j'appellerai sur trajectoire est un peu au dessous du régime qu'on obtiendrai moteur au ralentis sans hélice. Désolé de ne pas avoir développé de suite cette équilibre des forces mais c'est parfois un peu compliqué pour une bonne compréhension.
L'idée était bien de montrer qu'un aéronef au moment de l'arrondi pouvait avoir une force de traction au dessus du régime de ralentis gaz au minimum.

[Chicoleck]

Si l’on considère 2 ulm identiques, hélice pas fixe debrayable.
Moteur au ralenti, les hélices débrayées, vitesse air identique.
La première tourne à 20rps
La seconde à un défaut de palier qui la freine et ne tourne qu’à 12rps

Laquelle des deux produit le plus de frein aero ?

[Chicoleck]

Pas facile d'être clair. Les deux ULM identiques même masse même finesse, ont leur moteur calé.
L’une des hélices tourne en roue libre à 20 tours par seconde et l'autre à 12 tours par seconde parce que son arbre d’hélice tourne moins librement. Les deux pilotes mettent une incidence a piquer permettant de voler à 80 km heure air.

Lequel des 2 a le plus de frein aérodynamique, et devra donc piquer davantage pour voler à 80km/h ?

Pour moi c’est celui dont l’hélice tourne le plus lentement, qu’en pensez vous ?

Et donc plus une hélice a Pas fixe tourne vite pour une vitesse air identique, moins elle freine, et ceci que ce soit en dessous ou au-dessus du régime de transparence.

[Chicoleck]

C'est sympa de parler seul...
Il y a quelques années sur un magazine j'avais lu un article qui expliquait que l'hélice était un frein, et plus elle tournait vite plus elle freinait.
qu'elle était comme un grand disque, etc etc.
Cette idée s'est répandu .. déformée ... amplifiée ... tout comme l'existence du père noël et d'autres sornettes.

Parlant d'hélice à pas fixe, l'écrasante majorité des ULM, quand une hélice tourne très vite elle fait son travail (de traction ou de propulsion).
Quand elle est en transparence, si je comprend bien elle est neutre.
Et donc quand elle est en dessous.... elle freine.... de plus en plus.
Et logiquement, sauf à voir un diagramme où il y aurait un dôme inversé contraire à cette tendance, qui démontrerai qu'entre le régime de transparence et le ralenti ou l'arrêt il y aurait une bosse de freinage qui surgit comme une dune et diminue fortement hélice calée, je n'ai aucune raison de le croire.
Because : Hélice calée, l'hélice prend de pleine face une masse d'air sur sa surface x Vi (V² = Q²/S²)
Si l'hélice tourne à un certain régime (en freinage) elle ne prend plus cette masse en face, mais en biais (angle d'incidence).
Donc elle en voit davantage en terme de vitesse et moins en Cx brutal.
Comme rien ne se perd et rien ne créé, je ne serais pas étonné que cela revienne au même, ou soit minoré par sa vitesse de rotation en tant que mauvaise éolienne qu'elle est.
Comme dit plus haut, en étant entraînée par le vent ET par le moteur, plus elle tourne vite, moins elle freine quel que soit son régime.

Le cas des appareils à pales variables, qui passent à zéro ou en négatif, ne peut pas être retenu pour prétendre qu'une hélice à pas fixe entraînée par le vent sera un frein d'autant plus puissant qu'elle tournera vite. C'est une mauvaise conclusion que j'ai cru repérer plusieurs fois chez des pilotes qui avaient probablement mal compris l'article. (ou alors il était mal écrit, je ne l'ai plus ...)

Je pense qu'il en finir avec cette croyance de "DISQUE" aérofrein dans le cas d'une hélice à Pas fixe.
Aussi vous avez tous raison pour moi dans vos différentes remarques.

[serge5694]

Bonjour à tous, Chicoleck je voulais répondre à ton premier message mais je travaille beaucoup et le temps me manque parfois.
Sujet intéressant. Je ne suis pas cent pour cent d'accord avec toi.
On parle de trainé ou portance dans le sens de déplacement de l'appareil et pas de trainé de rotation pour que les choses soient claire.
Le plus simple est d'utilisé les mots traction et freinage.
Je dirais que en fait dans l'absolu, énuméré des régimes et des vitesses de rotation et de déplacement ne peuvent pas être traitées sans considérer le pas et le vrillage de l'hélice.
Si on compare une tranche de la pale, pour s'exempter du vrillage, à une aile d'avion. Et comme une aile d'avion, dissymétrique volant dos il y a portance très dégradé certe, Daniel la fait remarqué.

Appareil en descente gaz réduit.
Quand l'hélice ne tourne pas, on a une incidence très important, donc décroché, freinage presque identique à surface plane perpendiculaire au sens de déplacement.
Quand l'hélice tourne vite au régime de transparence, on ce trouve dans une situation de portance nul, pas de traction pas de freinage.
Quand l'hélice tourne suffisamment vite pour que l'incidence soit plus faible que l'incidence de décrochage, il y a création de portance dirigé vers l'arrière, freinage important suivant la portance créée, qui dépend de l'incidence et de la vitesse de la pale.
Donc hélice tournante entre le régime d'incidence limite de décrochage et incidence de transparence, il y a freinage, plus ou moins suivant incidence et régime de rotation.

Et une hélice tournant au dessus du régime de transparence produit de la traction et est forcément entrainé par le moteur ou par son inertie (cas des rotors d'hélicoptères en fin d'autorotation).

[serge5694]

PS
Cet aprem étant coincé dans mon fauteuil, j'ai pris le temps de relire les messages. Je me rends compte que j'utilise le même mot pour deux situatios différentes. Trensparence de l'hélice. Pour transparence de force de rotation transmise ou reçu par l'hélice et pour transparence de force de translation fournie par l'hélice, traction ou freinage. La première est atteinte quand en descente gaz réduit l'hélice à un régime de rotation mu par le vent relatif identique à celui du moteur au ralenti sans charge (sans hélice).
La seconde quand l'hélice en rotation avec ou sans puissance ne fourni aucune force dans le sens de translation de l'appareil.
Pour répondre à erd, il serait intéressant de savoir si en descente quand ton moteur tourne à 1800rpm avec l'injection, les injecteurs débitent de l'essence, si oui le temps d'injection est il le même par tour. Car un carbu au ralentis débiter un peu plus d'essence à 2000rpm qu'a 1800 la différence de pression dans le venturi augmentant.

[Chicoleck]

Merci Serge,
on se comprend très bien sur tout ce que tu as écrit au post-2, et je te remercie pour tout le mal que tu t'es donné à l'écrire aussi précisément. Aussi je ne cite que la phrase suivante qui est le centre de la question :

Donc hélice tournante entre le régime d'incidence limite de décrochage et incidence de transparence, il y a freinage, plus ou moins suivant incidence et régime de rotation.

Je me base en premier lieu sur le principe que rien ne se perd rien ne se crée.
Aussi pour qu'une hélice fournisse une traction inversée (un freinage) il faut qu'elle prenne cette énergie quelque part pour alimenter sa rotation en tant qu’élément tracté au delà de ce qui lui est fourni par le ralenti moteur ( cette dernière partie étant toujours un gain). En premier lieu sur la V_air de l’avion. On se retrouve ainssi dans le cas décrit par la littérature et qui consiste à dire que l’hélice tournante casse la finesse de l'avion. Jusque-là c’est clair, elle a bien pris son énergie quelque part.
Si on extrapole à outrance ce point on pourrait considérer que l’helice finisse par travailler comme une pale d'autogire en autorotation. On voit alors bien l’effet de freinage.
L’hélice ou le rotor ne peut pas produire plus d'énergie qu'il n'en reçoit. Il ne peut que la transformer.
Pour maintenir l’auto rotation de notre pâle d'avion il faut donc que le pilote mette du manche à piquer.
C'est là que se pose pour moi la question de savoir si la baisse de la finesse est créée par l'hélice ou par le pilote.
Le pilote est dans l'obligation de maintenir une vitesse d'air et une incidence suffisante pour alimenter ses ailes en portance, il n’a pas le choix.
Si malheureusement cette vitesse place l’hélice inversée dans le fonctionnement de sa courbe polaire, effectivement l’aérofrein créé s'oppose à la vitesse qu'il essaie de donner, puisque la rotation de son hélice et sa portance vers l’arrière du sens de vol, lui derobe une partie de l'énergie qu'il essaie d'obtenir en poussant le manche.
Dans ces conditions la littérature a raison de dire que cette hélice tournante constitue un frein.
Ce frein est au final l'énergie que l'on perd à entraîner le moteur au-delà de son régime de ralenti.
Si l’hélice à l'arrêt freine moins, je n'y vois qu'une explication.
C’est qu’en tournant et en étant obligée d’entraîner le moteur au delà du ralenti , elle fonctionne entre le monde de Bernoulli et de Venturi. Elle peut donc transformer une partie de l’énergie reçue en portance arrière (frein)
Et qu’à l'arrêt elle est en turbulence pure (reynold+++) et ne peut donc pas dissiper plus d’énergie que k.S.V2 ne lui offre.
La littérature a donc sans doute raison, mais j'aimerais préciser qu’elle n’a raison que dans une plage de vitesse donnée.
Si cette plage est fortuitement entre la VSO et 1,4 alors la littérature a même totalement raison.

Par rapport à ton post initial, sous réserve que je l'ai bien compris, cela ne me permet pas d'y voir une ressource lorsque la vitesse baisse à l'arrondi final, car même si l’helice avait un peu d'inertie celle-ci serait consommé en même temps que la baisse de vitesse due à l’arrondi.
Je suis d’accord avec le fait que la partie d'énergie dissipée sera moins importante, mais la finesse n’augmentera que si la baisse de vitesse de l’hélice lui fait quitter sa polaire inversée alors que l’ulm à encore assez d’énergie pour être au delà de la Vso, alors on gagne de la finesse dans cette plage de fonctionnement.
On pourrait dans ce cas également exploiter cette particularité en approche, en mettant l'appareil au plus proche de sa VSO et en empêchant l’hélice de rentrer en fonctionnement inverse.
Et si malheureusement l’hélice reste dans sa polaire de fonctionnement inversée en dessous de la VSO et au régime moteur ralenti, alors il n'y a rien à faire.
En somme ni le pilote ni l’hélice n’ont le choix si le régime moteur ralenti place l’hélice dans sa plage de fonctionnement polaire inversée. Pas d’autre choix que de couper le moteur dans ces conditions si on veut gagner de la finesse.