Hélice à petit pas...

Suivez un élève pilote qui intégre la base école de Marrakech, ou celle de Meknès, entre 1943 et 1961, pour connaître son cursus, ce qui lui était enseigné et demandé à cette époque.
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Hélice à petit pas...

Messagepar AV_Waroff » Mar Oct 11, 2011 10:43 am

Bonjour,

Vous aurez compris quqe "à petit pas" sous entendait petit à petit.
Donc premier volet d'un sujet développé ICI



******************* Généralités et définitions ***********************

Avant de voir l'hélice de plus près, revoyons quelques définitions qui vont nous aider dans la compréhension du fonctionnement de l'hélice.


Hélice: courbe dont les tangentes font un angle constant avec une direction donnée.


1 - Hélice géométrique:
Si on considère un cylindre de rayon r et de longueur AB animé d'un mouvement de rotation constant
et un point translatant sur une génératrice de ce cylindre à vitesse constante, ce point décrit alors à la surface
de ce cylindre une hélice.
Si nous développons le cylindre en un rectangle ABB'A', nous remarquons que la trajectoire du point s'apparente à une diagonale de ce rectangle.

Image

**************



2 - Pas géométrique

de manière identique au point, une section de pale, qui subit une translation H pour une rotation de 1 tour décrit une hélice géométrique.
La corde de profil se confond avec la trajectoire.
Sa translation H est le "pas théorique de l'hélice"

H = 2Π r tan α

"α" étant l'angle de calage de la pale.

le pas théorique "H" est la valeur de la translation de l'hélice pour une rotation complète
dans un milieu incompressible et inerte.
Image

**************


3 - Pas aérodynamique ou pas réel

considérons le profil de référence d'une pale lorsque l'hélice est en mouvement.

Il est animé de deux vitesses:

- vitesse en transation Vt en m/s (c'est la vitesse de l'avion)
- vitesse tangentielle U, égale à 2Πi r.n (n étant la vitesse de rotation en tours/s)

La vitesse résultante Vr est égale à la somme vectorielle Vt + U

Le vent relatif V'r que subit la pale est de mëme direction que Vr, mais de sens opposé.

Image


Pour faciliter la comparaison entre l'avance par tour et le pas théorique de l'hélice,
les valeurs de Vt et U seront exprimées pour un tour.

Image

De ce fait, la composante en translation devient Vt/n (avance réelle/tour)
et la composante tangentielle U/n, soit 2Π r (en mètre)

Vt/n est le pas aérodynamique


La direction du vent relatif forme avec le plan de rotation un angle β qui est l'angle d'avance réel.

Vt/n = 2Π r tan β
**************



4 - Le recul ou glissement

l'air étant compressible et mobile, l'hélice n'avance que partiellement par rapport à son pas théorique.
L'avance réelle ne peut être égale à l'avance théorique.

Le recul, noté "Re" est la différence entre le pas théorique et le pas réel.

Re = H - Vt/n

Image


Angle d'incidence

On remarque que le vent relatif attaque la face inférieure de la pale selon un angle d'incidence "i"

la valeur de "i" dépend du recul "Re"

La différence entre les angles de pas théorique et réel est l'angle d'incidence "i"

i = a - b

**************



Récapitulatif
- pas théorique H : distance parcourue pour un tour de l'hélice géométrique = 2pi r tan alpha.
- pas aérodynamique Vt/n : distance réellement parcourue pour un tour d'hélice = 2pi r tan beta.
- recul : différence ente H et Vt/n.
- incidence i : différence entre les angles de pas théorique et pas aérodynamique.
- angle de calage : angle alpha (angle du pas théorique)


A suivre: la Traction


Merci de me signaler les coquilles ou autres...
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Traction...

Messagepar AV_Waroff » Mar Oct 11, 2011 10:44 am

Traction

Considérons une section de pale lorsque l'avion est en vol


Image

Elle subit deux vitesses:

- une vitesse en translation Vt
- une vitesse tangentielle U
Son déplacement suit la direction de Vr
La vitesse résultante Vr est égale à la somme vectorielle Vt + U

Le vent relatif V'r que subit la pale est de même direction que Vr, mais de sens opposé.
V'r attaque donc l'intrados de la pale avec une incidence "i", il se crée alors deux forces:
- Fz : portance perpendiculaire à Vr
- Fx : traînée de même direction et sens que V'r
Il en résulte une force Ra dont la direction varie avec l"incidence "i".


Image

Cette force peut également se décomposer selon les directions de translation et de rotation:
- T : composante traction
- Tt: composante traînée s'opposant àa la rotation.



Couple moteur et couple résistant
Dans une hélice, les sommes des T = Traction
Et la somme des Tt = couple résistant CR

Le Couple Moteur CM entraîne l’hélice
Le CR est opposé a à la rotation.

Pour que le régime de rotation soit constant il faut que
CM = CR


Puissance effective
L’hélice transforme l’énergie, elle reçoit la puissance du moteur Pe
Pe = CM.ω
avec Pe=Watt, CM : N/m et ω : radian/s

Puissance absorbée
L’hélice absorbe de la puissance.
Puissance absorbée
Pa = Tt.U
Avec Pa =Watt, Tt : N/m et U : M /s (vitesse tangentielle)

Puissance utile
La puissance utile déplace l'avion à la vitesse Vt,
Pu = T . Vt
avec Pu: Watt, T : Newtons et Vt : m/s


Rendement
La puissance utile étant toujours inférieure à la puissance effective, nous voyons donc que l'hélice a un rendement.
Puissance utile/Puissance effective
η = T . Vt / Pe = CM.ω
ou
η = T.Vt / Tt.U





...
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hélice calage fixe...

Messagepar AV_Waroff » Mar Oct 11, 2011 10:45 am

L'hélice en fonctionnement


Au point fixe :


Image

V étant nul, Vt/n l’est également.
Re est alors = pas géométrique H
angle de calage α = angle d'incidence i
Tt est dans le plan de rotation
T est perpendiculaire au plan de rotation.
Ainsi V'r = vitesse tangentielle

Quelque soit la valeur du régime on aura toujours la vitesse V'r opposée et égale à U,
donc CM = CR


Au décollage et accélération :

Image

Le pilote applique la puissance maximum et l’hélice atteint un régime maximum.
Lorsque le pilote relâche les freins l’avion commence à rouler.
La vitesse de translation commence à apparaitre et augmente.
On a Vt/n >0 et β>0 .
L’angle d’incidence i diminue.
Ra diminue puisque liée à i et sa direction tend vers celle de la translation.

La force de traction T diminue légèrement
La force de traînée Tt diminue fortement

Le couple résistant n’équilibre plus le couple moteur
CM > CR
- le moteur monte en régime
- l'avion prend de la vitesse


en vol

Image

si β continue d’augmenter, i diminue,
Tt continue de diminuer, donc Ra également
Le moteur risque de passer en surrégime, et le rendement de l’hélice diminue avec une vitesse tangentielle trop élevée*.
Il faut réduire la puissance.

Il y a un angle d’incidence I pour lequel le rendement de l’hélice est optimal.
Le calage des pales n’est optimal que pour une vitesse et un régime donnés.


*: l'expérience a montré que lorsque la vitesse d'une pale atteignait les vitesses transoniques, elle rencontrait des nuisances à son rendement
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hélices calage variable

Messagepar AV_Waroff » Mar Oct 11, 2011 10:45 am

en cours
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Re: Hélice à petit pas...

Messagepar AV_Waroff » Mar Oct 11, 2011 10:46 am

en cours./fin
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Re: Hélice à petit pas...

Messagepar AV_Shane » Mar Oct 11, 2011 11:31 am

merci pour ces cours toujours aussi interessants.
Shane .Michel.

05/03/11 Ouais une longue attente, Nolhan a 9 mois maintenant.

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Re: Hélice à petit pas...

Messagepar AV_Waroff » Jeu Oct 13, 2011 6:06 pm

MAJ post 2
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Re: Hélice à petit pas...

Messagepar AV_Nyv » Dim Oct 16, 2011 12:59 pm

Je n'ai pas eu le temps de m'y intérresser cette semaine.

Je vois que le "pas" c'est plus simple que ce que j'avais retenu de C6 il y a 3 4 ans; c'est le "pas" tout simplement :mrgreen: :
2 manières de parcourir 1 mètre, 1 grand pas d'1 mètre, 3 petits pas de 0,33m.

(Tu vas dire y nous em..bête avec ces analogies celui là :lol: )

Lorsqu'on "passe plein petit pas", c'est le plus petit pas possible à cette vitesse (limité par le matériel), mais pas le plus petit pas potentiel, dont on s'approche en réduisant la vitesse et est finalement obtenu à vitesse nulle.

Y'a bon ?



Qu'entends tu exactement par Puissance absorbée, car je vois que Pa = Pe .

(
η = T . Vt / Pe = CM.ω
ou
η = T.Vt / Tt.U
)

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Re: Hélice à petit pas...

Messagepar AV_Waroff » Dim Oct 16, 2011 11:06 pm

Le "plein petit pas" est le calage minimum, l'hélice réagit comme une hélice à calage fixe.
(ne pas confondre avec plein régime où l'on obtient la plus petite incidence des pales, qui donne le plus grand régime)

En régime constant, la puissance effective est entièrement absorbée par l'hélice, faute de quoi, le moteur monterait en régime, d'où l'égalité CM = CR
On s'en rend compte avec des avions à hélice à calage fixe, c'est qu'avec la vitesse de l'avion qui augmente, la résistance Ra des pales diminue, ce qui engendre une montée en régime du moteur, puisque l'hélice n'absorbe plus la puissance effective reçue.

Donc le rendement est la puissance restituée(ou utile)/puissance effective (ou abosorbée, puisqu'elles sont égales)


mais pas le plus petit pas potentiel, dont on s'approche en réduisant la vitesse et est finalement obtenu à vitesse nulle.

là tu parles du pas réel Vt/n, qui est effectivement nul pour Vt=0

Nous verrons tout ça dans le prochain chapître.
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Re: Hélice à petit pas...

Messagepar AV_Waroff » Ven Oct 28, 2011 10:34 pm

edit message antécédent, ' " hélice en fonctionnement"
il ne faut pas prendre la vie au sérieux, de toute façon, on n'en sort pas vivant...

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