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