Influence du couple sur la vitesse ?

[RG]

Sur deux mêmes modèles d'avions avec des moteurs de 100 hp et des hélices optimisées, l'un a 150Nm de couple, et l'autre 300Nm.
Lequel ira plus vite ?

[RG]

Voila la réponse qu'on m'a donnée :

Ils voleront à la même vitesse qui engendrera une force de trainée (en N) qui multipliée par la dite vitesse (en m/s) donnera la valeur de la puissance (en watt) nécessaire pour l'obtenir. Point de couple dans le calcul.

Bien sûr le couple (en mN) est une donnée importante car en le multipliant par le régime de rotation (en radians/s) on obtient la puissance (en watt). En fait, le couple est l.a conséquence des choix faits pour l'hélice qui conduisent à une plage de régime, de puissance et de rendement .... A chaque valeur régime-puissance, il y a une valeur de couple.

Pour les moteurs réductés ont peut optimiser de façon indépendante le régime moteur et le régime hélice, ce qui est un avantage ... qui se paye

[RG]

N'y connaissant pas grand chose (sinon je n'aurais pas posé la question), mais néanmoins pas convaincu par cette réponse, je vous laisse commenter et expliquer.

Selon mon intuition, je pensais que plus il y a de couple, plus ont peut utiliser un grand pas, et donc on peut aller plus vite.
Manifestement, c'est pas ça ...

[swiftlightpas]

le couple a une grande influence sur les accélérations...et permet en effet de "tirer" plus de pas d'hélice tout comme il permet à une voiture de gravir une côte sans rétrograder, mais pour en tirer parti, il faudrait une hélice à pas variable...

[serge5694]

il manque quelques données pour répondre correctement je vais donc établir plusieurs réponses.
attention également les hp ne sont pas égale aux cv dans notre cas (on n'est en France on parle de cv), je prend 100cv
les manques d'infos :
- le couple donné est le couple max ou le couple a la puissance max
- les moteur ont un réducteur ou non
- le diamètre d'hélice est limité ou non
- quelles sont les dimensions du moteur (taille du capot).

en plus sans courbe on peu éventuellement répondre à la question posé mais le moteur le plus performent (vitesse) a la puissance max ne vaudra peut-être rien au décollage ou en monté.

1er) c'est le couple max, on ne connaît donc pas le régime à la puissance max :
-les moteur n'ont pas de réducteur, impossible de répondre
-les moteur on tous les deux un réducteur et donne le même régime d'hélice à la puissance max donc même couple a l'arbre d'hélice, hélice de même diamètre, le moteur le plus profilé donnera la plus grande vitesse sauf que celui qui à plus de couple au vilo devra avoir un réducteur 2 fois plus résistant, (arbre primaire, embrayage, engrenage et carter);

2eme) c'est le couple a la puissance max on peu donc en déduire le régime de chaque moteur. moteur 1, 150nm : formule, 100cv X 7023 / 150 = 4682 tr/mn
moteur 2, 300nm 100cv X 7023 / 300 =
2341 tr/mn
- les moteurs n'ont pas de réducteur, vous connaissez la réponse, sauf que ça dépend du diamètre d'hélice admissible sur l'appareil, cas extrême d'un très petit diam donc on vas dire avantage au 2
- réducteur (rapport 1 pour 2) sur le moteur 1 donc même régime d'hélice, perte du réducteur qui peu être compensé par la plus grande taille et le poids supérieur du second moteur, sensiblement identique.

ensuite il est simpliste de faire un choix sur les seuls critères de puissance et de couple, un moteur de voiture verticale a une taille peu approprié, un bicylindre a le plus souvent une irrégularité de rotation importante (mauvais, ou alors gros volant moteur) c'est valable aussi pour un moteur a faible régime, le poids bien sur, la courbe de couple, elle devrai être descendante avant la puissance max sinon à enlever de la liste, le régime rentre en compte mais plutôt dans le sens opposé a ce que la plupart d'entre vous pense, il y a une limite tout de même, un moteur hyper carré avec un régime de 7-8000 tr/mn est préférable à un de 4000 plus longue course (:) moteur tournant à 7-8000tr = faible couple donc petit réducteur, forte démultiplication donc faible régime d'hélice au ralenti = démarrage facilité et arrêt plus doux, beaucoup moins d'irrégularité de rotation ce qui préserve le réducteur mais également l'hélice et la cellule, le dimensionnement, le refroidissement, etc. ceux qui ce sont penché sur le problème comprennent plus facilement la difficulté a avioner un moteur.
j'ai participé à l'avionage du bmw k100 (moto 4 cylindre en ligne horizontal) réducteur a cascade d'engrenage, ce moteur avait une grande partie des critères du cahier des charge, puissance, couple, taille, amortisseur de couple, refroidissement, disponibilité, prix (occasion), pièces détaché, facilité d'intégration sur différent appareil, alimentation électrique, échappement facile à réaliser et à intégrer, injection avec compensation alti, fiabilité, vibration, fixation, bruit (il n'y a pas que l'échappement l'admission compte aussi), j'en oublie certainement mais au moins un critère faisait défaut, le pois, moteur complet en état de fonctionné proche de 100kg. le choix du réducteur à engrenage n'était pas le bon maintenant avec les courroies qu'on trouve on ferai différemment. Je pense que ça reste un bon moteur a avioner avec les nouvelles technologies et un autre alternateur on devrai descendre vers 90kg, toujours trop lourd bien sur.
Le wankel est aussi très bien bien que un peu gourmand et plus difficile a refroidir (besoins d'un radiateur assez grand) mais ce moteur est introuvable sauf peu être déjà avioné (je ne sais pas si il est encore commercialisé par midwest)
j'avais eu pour projet avant celui du moteur en étoile de faire un moteur avec cylindre piston culasse vilo ect de moto 4 cylindres en ligne en faisant le carter mais les motos avec cylindre démontable sont rare. il faudrait un 1000cc refroidit par air ou huile sans arbre d'équilibrage (donc 4 cyl) pour la simplicité du carter moteur, repositionner la pompe à huile, refaire le circuit de retour pour métre le moteur horizontale.

Je ne suis pas très favorable a l'avionnage des moteurs de voiture verticale ceux qui on fait un capot moteur me comprène (je ne parle pas de réparation mais bien de faire un capot complet).un tel moteur ne pourra il me semble ne pas remplacer les 912 ou autre 4 à plat sans une refonte complète en avant de la cloison par-feu, Myr propose un prolongateur d'hélice, c'est une bonne chose mais combien d'appareil peuvent ce permettre cette masse supplémentaire et l'avancement du centrage. changer le bâti moteur, faire quelques bossages ok, mais combien sont prêt a faire de réel gros travaux. si trop petite série prix des pièces plus élevé. au final peut-être aussi cher que le d-moteur mais avec 100cv je vous l'accorde.
les moteurs de wv reste un bon compromis mais pour 65 cv au dessus très difficile d'avoir un moteur fiable et puis ça existe déjà(aerowee, sauer etc)
le weber semblai pas mal mais pose de gros problème de vibration, c'est un bicylindre (voir plus haut)

Je cherche encore le moteur idéal.

[swiftlightpas]

Je ne suis pas tout à fait d'accord en ce qui concerne les moteurs à longue course car si les constructeurs automobile y reviennent ce n'est pas par hasard: ils sont mécaniquement plus efficaces car il y a une augmentation du couple proportionnelle à l'augmentation du bras de levier.
Les contre sont:
-limitation du régime maxi donc de la puissance volumique
-augmentation de l'encombrement en hauteur du moteur (addition course+longueur bielles+ excentration des manetons du vilebrequin)
-poids plus élevé
-limitations de remplissage (mais est compensé sur les moteurs modernes par 4 soupapes par cylindre ou/et une suralimentation)

Dans les pays de l'Est les moteurs en ligne sont couramment utilisés sur avions ou ULM (les ulm équipés existent aussi en version 912) , mais ce sont de véritables moteurs d'avion directs (Lom Praha et Mikron), pas des moteurs de voiture recyclés...

[serge5694]

Je ne suis pas tout à fait d'accord en ce qui concerne les moteurs à longue course car si les constructeurs automobile y reviennent ce n'est pas par hasard: ils sont mécaniquement plus efficaces car il y a une augmentation du couple proportionnelle à l'augmentation du bras de levier.
Les contre sont:
-limitation du régime maxi donc de la puissance volumique
-augmentation de l'encombrement en hauteur du moteur (addition course+longueur bielles+ excentration des manetons du vilebrequin)
-poids plus élevé
-limitations de remplissage (mais est compensé sur les moteurs modernes par 4 soupapes par cylindre ou/et une suralimentation)

Dans les pays de l'Est les moteurs en ligne sont couramment utilisés sur avions ou ULM (les ulm équipés existent aussi en version 912) , mais ce sont de véritables moteurs d'avion directs (Lom Praha et Mikron), pas des moteurs de voiture recyclés...

tu n'est pas d'accord avec quoi on sait pas explique toi

[serge5694]

tu n'est pas d'accord avec quoi on sait pas explique toi

je viens de comprendre il y a confusion il me semblais ne pas avoir tourné le message dans ce sens, ce qui ce trouve aprés les : se reporte au moteur à fort régime et non pas au moteur a longueu course.

[serge5694]

j'ai l'impression que pas mal de gens ne savent toujours pas interpréter le couple. un moteur qui à un Couple de 85 nm à la puissance max de 100cv comparé à un autre qui a un couple de 200 nm aussi à la puissance max de 100cv auront après reducteur exactement le même couple à l'arbre d'hélice, si bien sur même régime d'hélice.

[swiftlightpas]

j'ai l'impression que pas mal de gens ne savent toujours pas interpréter le couple. un moteur qui à un Couple de 85 nm à la puissance max de 100cv comparé à un autre qui a un couple de 200 nm aussi à la puissance max de 100cv auront après reducteur exactement le même couple à l'arbre d'hélice, si bien sur même régime d'hélice.

J'ai l'impression que tu ne sais pas que le couple maxi n'est jamais au régime de couple maxi...

[tetex255]

Sur deux mêmes modèles d'avions avec des moteurs de 100 hp et des hélices optimisées, l'un a 150Nm de couple, et l'autre 300Nm.
Lequel ira plus vite ?

Si les moteurs délivrent 100Cv avec des couples (au régime max) différents, c'est que les moteurs ne tourne pas à la même vitesse. (le 300Nm tournera même deux fois moins vite que le 150Nm)
En terme de puissance brute, les moteurs ont les mêmes puissances. Ce n'est donc pas ce critère qui fera que le 1er avion ira plus vite que le 2ème.

Comme cela a déja été très bien dit: - Y a t il un réducteur ?

On se fout complètement du couple, malgré ce qui est dit. Ce qui compte c'est la puissance. La puissance moteur transmise à l'hélice est transformée en puissance mécanique. (Couple = Puissance / régime)

Avec une hélice, on n'impose pas la charge mais le régime. De ce fait, on fixe le régime, et en fonction du pas de l'hélice et de la vitesse de l'aéronef, la charge change et donc la puissance change. (le couple aussi, selon la relation précédente..)
Bien sur dans le cas de pales variables, c'est différent. On pilote cette fois à la puissance grâce à la pression d'admission qui en est proportionnelle.

La différence dans ton exemple sera donc au niveau de l'hélice, puisque les moteurs ont une même puissance et donc les même performances.
Une hélice plus petit favorisera les grandes vitesses (mais cela n'est pas suffisant, il y a aussi la forme du capot qui doit être très profilée dans ce cas)
Une hélice grande favorisera les décollage court, mais bridera la Vmax.

[swiftlightpas]

On se fout complètement du couple, malgré ce qui est dit. Ce qui compte c'est la puissance. La puissance moteur transmise à l'hélice est transformée en puissance mécanique. (Couple = Puissance / régime)



Une hélice plus petit favorisera les grandes vitesses (mais cela n'est pas suffisant, il y a aussi la forme du capot qui doit être très profilée dans ce cas)
Une hélice grande favorisera les décollage court, mais bridera la Vmax.

Non on ne s'en fout pas du couple: un moteur coupleux à moyen régime sera nettement plus économique car maintiendra le régime avec moins de gaz qu'un moteur "pointu" ...le diamètre de l'hélice n'a aucune influence sur la capacité de vitesse, d'ailleurs l'avion à hélice de série le plus rapide jamais construit a des hélices de 6m de diamètre...par contre une petite hélice est très mauvaise en accélération et à basse vitesse même avec un moteur coupleux: suffit de voir les accélérations minables d'un Jabiru ou d'un VW...ce n'est pas parceque Colomban monte de petites hélices sur ses machines que ça signifie qu'elles sont préférables...elles sont juste adaptées au cas très particulier de ses machines... (une grande hélice= trains plus hauts pour garantir suffisamment de garde au sol)

[serge5694]

J'ai l'impression que tu ne sais pas que le couple maxi n'est jamais au régime de couple maxi...

ta pas du te relire

[tetex255]

On se fout complètement du couple, malgré ce qui est dit. Ce qui compte c'est la puissance. La puissance moteur transmise à l'hélice est transformée en puissance mécanique. (Couple = Puissance / régime)



Une hélice plus petite favorisera les grandes vitesses (mais cela n'est pas suffisant, il y a aussi la forme du capot qui doit être très profilée dans ce cas)
Une hélice grande favorisera les décollage court, mais bridera la Vmax.

Non on ne s'en fout pas du couple: un moteur coupleux à moyen régime sera nettement plus économique car maintiendra le régime avec moins de gaz qu'un moteur "pointu" ...le diamètre de l'hélice n'a aucune influence sur la capacité de vitesse, d'ailleurs l'avion à hélice de série le plus rapide jamais construit a des hélices de 6m de diamètre...par contre une petite hélice est très mauvaise en accélération et à basse vitesse même avec un moteur coupleux: suffit de voir les accélérations minables d'un Jabiru ou d'un VW...ce n'est pas parceque Colomban monte de petites hélices sur ses machines que ça signifie qu'elles sont préférables...elles sont juste adaptées au cas très particulier de ses machines... (une grande hélice= trains plus hauts pour garantir suffisamment de garde au sol)

On ne parle pas de consommation mais de vitesse max !
Mais puisque tu en parle, la consommation est plus ou moins proportionnelle à la puissance mécanique fournie (et non le couple ou seulement les gaz!) et dépend principalement de la courbe de l'hélice (régime/vitesse aéronef pour un pas donné). C'est normal l'hélice est la charge du moteur ! La consommation dépend de la charge qui demande une puissance...

Concernant la taille de l'hélice, il semble quand même que les petits diamètres favorisent les vitesses élevées (meilleur rendement)...
Question N°3 de cette faq, par exemple.
http://inter.action.free.fr/faq/faq.html

Effectivement, si M. Colomban monte des petites hélices c'est parce que la perte de rendement causée par un petit diamètre (et un régime élevé) ne compense pas le poids supplémentaire qu'ajouterai le montage d'un réducteur et la hauteur de trains.
Il a fait ce choix en fonction de son cahier des charges. Celui ci prend en compte une multitude de choix et de compromis.

Enfin, le fait qu'un jabiru se traîne au décollage dépend sans doute d'autres facteurs. (Je n'ai jamais vérifié cela, mais j'essaye d'en comprendre les raisons)

Prenons un exemple, le décollage et le vol...
à T=0, le régime passe de 0 à 3000tr/min. la puissance est directement liée au pas. Le pas est d'ailleurs ici mal adapté. Il y a un glissement très important entre la vitesse air imposée par l'hélice et la vitesse réelle de l'aéronef. Le rendement est très mauvais et tend même vers 0 !
Voici ici le rendement en fonction de la vitesse de l'aéronef v et du régime n et du diamètre hélice D.


à T=10s (par exemple);toujours plein gaz, l'aéronef avance, le régime moteur monte doucement à 3100tr/min. La puissance moteur est quasi identique (mais en augmentation légère). Le pas est bien mieux adapté puisque la vitesse air en sortie de l"hélice devient de plus en plus proche de la vitesse de l'aéronef. Le rendement augmente.

Lorsque l'aéronef atteint (par exemple) sa Vmax. Si le régime est de 3300tr/min. Le pas étant idéalement bien réglé (pour ce choix de vol). La vitesse air imposée par l'hélice s'approche de la vitesse de l'aéronef. Le glissement diminue. Tout s'équilibre: Vmax, Pmax et Régime max, rendement hélice...

On voit ici que le réglage du pas favorise la gamme de vitesse. Tout le monde le sait.
On voit ici pourquoi la poussée statique (aéronef à l'arrêt) ne veux rien dire. Elle dépend du réglage du pas, et pour battre tous les record ici, il faudrait un pas très très faible ! mais la Vmax sera aussi quasi nulle !

Il faut donc trouver un pas pour avoir un compromis entre Vmax et Poussée statique.
L'idéale étant l'hélice à pales variables !
On constate donc que pour comparer deux moteurs, il faudrait avoir les mêmes hélices et les mêmes régimes moteurs.

Maintenant quelle est la puissance fournie à l'hélice en fonction de la vitesse et du régime.
Les courbes indiquent les puissances max. Par exemple, à 3300tr/min, le jabiru fourni 80cv au maximum.
En cas de descente, le moteur peut tourner à 3300tr alors que le moteur de fourni pas de puissance. (Il peux même freiner et donc absorber de la puissance qui s'en va en chaleur dissipée par les compressions dans les cylindres. )

Au décollage, en mettant plein gaz et 3000tr/min (un peu moins que le Régime max), le moteur fourni environ 70cv si l'hélice est bien réglée.
En effet, au point statique, dans ces conditions, c'est bien le frein mécanique générée par l'hélice qui consomme la puissance fournie par le moteur. Il y a forcément équilibre puisque le régime ne bouge plus.
En accélérant, la vitesse de l'aéronef augmente, et le régime augmente légèrement. La puissance passe donc de 70cv à 75cv voir 80cv si le régime passe à 3300tr/min en montée ou à l'horizontale.

Il n'y a pas ici de notion d'accélération, au sens "capacité à monter en régime" comme sur une auto ou moto.

Le cas Rotax 80cv est bien sur identique. Sa courbe de puissance étant identique. (étrangement...)
Il n'y a donc aucune raison d'avoir une différence de performance, sauf si ces données sont fausses ! (Qui a passé un Rotax et un jabiru sur banc ?)

Une petite différence toutefois: la vitesse max de rotation de l'hélice: 3300/jab et 2500/rotax
Au niveau du décollage. Il est préférable d'avoir une hélice de grand diamètre (meilleur rendement hélice.)
L'hélice du rotax peut être plus grande puisque tournant moins vite..
L'avantage est donc au rotax. Bien sur, ceci à un coût: la masse du réducteur compensé toutefois par l'équipage mobile plus léger que sur un jab ou un VW. !
La différence de surface balayée est quand même importante. 2.34m2 pour une DUC 912 et 2.06m2 pour une DUC Jabiru, soit près de 14% de plus pour un 912 !
Mais malgré cela, suivant le réglage du pas, il est facile de faire décoller plus court un jabiru q'un 912 ! Les comparaisons sont donc difficiles, il y a beaucoup de paramètres.

Sitographie:
Un site aéromodéliste très bien fait en anglais: (traduisez avec google)
http://www.mh-aerotools.de/airfoils/propuls1.htm

Je vous laisse rectifier d'éventuelles erreurs...
Bonne soirée

[swiftlightpas]

J'ai l'impression que tu ne sais pas que le couple maxi n'est jamais au régime de couple maxi...

ta pas du te relire

lapsus: je voulais dire évidemment que le couple maxi n'est jamais au régime de puissance maxi...

A noter qu'au Canada il est très courant sur les avions de monter des hélices de très grand diamètre (jusqu'à 2.2m!) pour optimiser les performances de décollage sur les avions utilisés comme "bushplane"..évidemment ça fait un bruit de warbird du fait de la vitesse élevée en bout de pales, mais ils s'en foutent: les voisins sont loin...tout ça pour dire qu'il vaut toujours mieux pour le rendement, d'accélérer faiblement un grand volume d'air , que d'accélérer fortement un petit volume: les grandes soufflantes des turboréacteurs d'avions de transport vont dans le même sens d'ailleurs...