L ’ HELICE
Principe de l’hélice
Une hélice est une voilure tournante dans un plan
approximativement perpendiculaire à la trajectoire.
Elle crée par sa rotation une force de traction
Lorsqu’une hélice tourne, la vitesse est différente en chaque point de la pale.
lente prés du moyeu.
Rapide en bout de pale.
prés du moyeu angle de calage fort.
Angle de calage faible en bout de pale.
Vrillage de la pale
comment obtenir une traction uniforme du centre aux extrémités?
R
Vr
αVR
β
Vd
En tournant, les pales se déplacent
selon Vr (vitesse de rotation).
L‘ULM, vole suivant Vd
(sa vitesse de déplacement).
Par combinaison des vitesses lorsque l‘ULM est en vol (Vd non nul), les pales se déplacent réellement selon la résultante R.
Le vent relatif vient donc sur la pale suivant R, mais en sens INVERSE(le vent relatif est toujours opposé au sens du déplacement).
Si l'angle de calage (le pas) est représenté par β,
L'angle d'attaque REEL des pales est α.
Le recul
On est souvent tenter de comparer une hélice à une vis. Mais, contrairement à la vis qui progresse par tour d’une distance égale au pas, la mobilité et la compressibilité de l’air font que l’avance par tour de l’hélice est inférieure à l’avance théorique.
On appelle recul Re la différence entre le pas théorique et le pas aérodynamique
Vt = vitesse de translation en m/s
n = vitesse de rotation en tours/s
H = pas théorique
VR = Vitesse relative à la masse d’air
2πrn Corde de profil
Re
H
Vt/n
VR
Vt
Le rendement de l’hélice est donc égal à:
Vt/n
Hη=
soit de diminuer Vd.
VR
α
En (1), Vd est trop rapide, l'angle α est "en dessous" de R,et tout se passe comme sur une aile dont l'angle d'attaque serait négatif (pas de portance, au contraire).
Exemple théorique
Les solutions pour corriger la situation (1) sont :
soit augmenter β,
(FONCTIONNEMENT EN FREIN)
En (2), l'angle β est le même qu'en (1), mais Vd est plus lente, l'angle α est positif par rapport à R, sans pour autant être trop grand.
C'est le bon calage.FONCTIONNEMENT EN TRACTION
VR
α
En (3), l'angle β est nettement plus grand et Vd est encore plus lente;l'angle α est, cette fois beaucoup trop grand.Les pales vont décrocher comme une aile à trop grand angle d‘incidence
VR
α
(vol aux grands angles d’incidence)
(4), le rapport entre la valeur de β, et la vitesse de vol (Vd) est de nouveau conforme au bon fonctionnement de l'hélice.
VR
α
Pour qu'une hélice fonctionne bien, il faut un bon rapport entre le pas, la vitesse de rotation de l’hélice et la vitesse de déplacement de l’ULM.
Soit, une hélice à pas FIXE, avec un pas moyen, compatible avec une vitesse de vol nulle (pour le début du décollage), et optimisé pour une vitesse de croisière forcément limitée puisque la fourchette de fonctionnement commence à 0 km/h.
Soit une hélice à pas VARIABLE adaptable à toute situation.
Dans ce cas, le pilote augmente le pas au fur et à mesure de l'augmentation de la vitesse de l‘ULM (et vice versa), grâce à une commande agissant sur un dispositif à engrenage logé dans le moyeu de l'hélice.
Pour l’obtenir, deux choix existent.
La première est la diminution de l'angle alpha avec l’augmentation de la vitesse si le pas reste inchangé. On peut l'illustrer ainsi :
Si vd augmente,la résultante R « avance » et se rapproche du plan de la pale.
En conséquence de quoi, α diminue.
A l’extrême, α peut devenir nul (fonctionnement en transparence
R’ représente le vent relatif; le parallèle entre la pale et l’aile dont l’angle d’incidence diminue apparaît mieux.
Plus l'hélice tourne vite, plus elle "tire", et plus l‘ULM accélère.
Toutefois, il y a 2 limites.
La 2° est la vitesse atteinte par l’extrémité de la pale qui ne peut devenir supersonique
2πr x Rpm X 60 = Vr
Ex: 2 x 3.14 x 1 x 2500 x 60 = 937,5 km/h
r =1 m
937,5 km/h est la vitesse de l’extrémité de pale pour Vd = 0
Considérons que l’ULM vole à une vitesse de 150 km/h
Soit V le vitesse atteinte par l’extrémité de pale
V² = Vr ² + Vd ² = 937,5 ² + 150 ² V ≈ 950 km/h
Vd
Vr
V
TRACTION EN VOL EN PALIER
Les 2 pales attaquent le VR avec le même angle d’incidence la traction est symétriqueLa pale descendante a un angle d’attaque plus important que la montante
La dissymétrie de traction aura une influence sur l’axe de lacet engendrant des effets secondaires sur les 2 autres axes
AXE DE TRACTION
AUGMENTATION DE L’ANGLE D’INCIDENCE
PETIT PAS
β
GRAND PASHELICE EN DRAPEAUREVERSE
L’HELICE A PAS VARIABLE