E-PROPS HI-TECH CARBON PROPELLERS AIRCRAFT ULTRALIGHTS PARAMOTORS HELICES ULM AVIONS PARAMOTEURS ELICA ELICHE PARAMOTORES


DONNEES

 

 

 

Français / English

 

 

GENERALITES HELICES

 

 

1 - Changer d'hélice, pourquoi ?

2 - Hélices Aéronautiques Légères

3 - Moment d'inertie des hélices

4 - Hélices de 3ème génération

5 - Diamètre et nombre de pales

 

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1 - Changer d'hélice, pourquoi ?

 

4 minutes pour se poser les bonnes questions

 

why change aircraft propeller

L'hélice n'est pas un accessoire

C'est un équipement fondamental, indispensable, exactement au même titre que la structure de l'aéronef et le moteur. Un avion léger ou un ULM ne peuvent pas décoller et croiser sans hélice.


L'hélice est un équipement critique :

  • Si son rendement est mauvais, cela affectera les performances et la consommation de carburant de l'aéronef
  • Si elle n'a pas été calculée et testée correctement, si elle est mal fabriquée, ou si elle comporte un trop grand nombre de pièces, les risques pourront être importants (perte du calage, perte d'une pale, voire perte de l'hélice)
  • Si elle est mal équilibrée, cela entraînera des vibrations, qui pourront s'avérer dangereuses pour d'autres pièces de l'aéronef (réducteur, bâti-moteur, silent-blocks)
  • Si elle est fragile ou si elle s'abîme dans le temps, les réparations indispensables pourront souvent clouer l'aéronef au sol
  • Si elle est bruyante, cela va dégrader le confort pour le pilote et son passager, ainsi que les relations avec les riverains
  • Si elle est lourde, cela affectera le bilan de masse et pourra peser au-delà des limites sur le réducteur

 

 helices aeronautiques

 

Ces caractéristiques sont indispensables pour obtenir l'hélice idéale qui se fera complètement oublier.

En outre, l'adéquation esthétique entre l'avion et l'hélice est recommandée, car "un bel avion est un avion qui vole bien".

 

 

 

durandal

 

 

 

Mais toutes les hélices ne répondent pas à ces spécifications. Pourquoi ?

Quelques explications :

 

    eprops flecheLes fabricants d'hélices utilisent des concepts et des profils figés depuis plus de 50 ans. Les géométries des pales en bois n'ont quasiment pas changé depuis 1960. Les pales des différentes hélices composites sont le plus souvent copiées les unes sur les autres : il suffit de les mettre les unes à côté des autres pour s'apercevoir d'étranges similitudes...

 

eprops propellers

 

    eprops flecheLa vraie recherche sur les profils, les cordes et les positionnements des pales est peu présente chez les héliciers traditionnels. Ils se contentent en général de fabriquer une pale "universelle", qui s'adapte plus ou moins à tous types de moteurs et qui est recoupée à volonté. Ils mettent au point un procédé de fabrication le moins onéreux possible et ensuite ne touchent plus à rien pendant des années afin de rentabiliser au maximum leur ligne de production - y compris même quand le procédé de fabrication n'assure pas une entière reproductibilité de la fabrication.

Quant au rendement… Quel hélicier dans l'aviation légère établit puis publie des données chiffrées sur les performances comparées de ses produits ? Pour extraire les meilleures performances d'une hélice, il faut que chaque pale soit conçue pour un moteur, un réducteur et un diamètre donnés, une plage de vitesse d'aéronef définie et une configuration particulière. L'hélice est forcément un produit sur-mesure, et pourtant aujourd'hui, la plupart des fabricants d'hélices n'ont que quelques designs de pales à leurs catalogues.

 

eprops propellers

 

    eprops flecheLes équilibrages statiques et dynamiques semblent essentiels dans la fabrication d'une hélice : il est stupéfiant de voir à quel point cette opération est négligée par la plupart des fabricants. Certains fabriquent des jeux de pales équilibrés, mais omettent de vérifier l'équilibrage de l'hélice complète.

 

eprops propellers

 

    eprops flecheLes travaux sur la réduction de bruit des hélices sont peu répandus depuis les années 1940. En conservant les mêmes géométries, les mêmes cordes, le même nombre et les mêmes positionnements de pales, il est illusoire d'imaginer changer les nuisances sonores générées par l'hélice.

     

    eprops propellers

     

    eprops flecheUn fabricant n'a généralement pas pour objectif de proposer un produit le plus solide possible; il faut bien s'assurer un marché de renouvellement ou de réparations.

    Comment expliquer autrement que de nombreuses hélices en composite soient revêtues d'un gel-coat, joli et brillant quand l'hélice est neuve, mais qui va s'abîmer très vite au bord d'attaque et qui ne sera pas réparable, sauf par le fabricant. D'autres fabricants mélangent sciemment des matériaux, comme par exemple l'aluminium et le carbone, alors qu'ils savent que juxtaposer les deux génère systématiquement de la corrosion galvanique. D'autres encore réalisent leurs moyeux en aluminium de fonderie, avec le risque de retassures que cela implique, et donc avec une durée de vie limitée.

    Cherchez le point faible, analysez la raison...

 

eprops propellers

 

    eprops fleche L'absence de recherches récentes sur les hélices pour aéronefs légers et sur leurs procédés de fabrication conduit les fabricants à proposer des produits lourds, et parfois même extrêmement lourds. Certaines hélices tripales pèsent jusqu'à 18 kg ! Etonnant dans un secteur aéronautique où la légèreté est impérative, pour d'évidentes raisons physiques, et pas seulement pour s'adapter à une réglementation.

 

eprops propellers

 

    eprops flecheDe nombreuses pales d'hélices ont été mises au point pour s'adapter à plusieurs types de moteurs; elle sont massives, énormes, et au final disproportionnées par rapport à la finesse des cellules d'ULM.

     

JMB aircraft helices propellers

 

 

Posez-vous la question :

Mon hélice actuelle, celle qui permet à mon ULM de décoller, de monter et de croiser, répond-elle à ces spécifications essentielles ?

Est-elle à la fois performante, légère, simple, bien conçue, silencieuse, bien fabriquée, résistante, esthétique et bien équilibrée ?

 


eprops ouiBravo, vous avez le produit idéal adapté à vos besoins et qui vous permet de voler en toute sécurité dans votre bel avion.


non epropsIl est temps d'en changer !

C'est tout d'abord votre sécurité, mais aussi votre confort et à terme votre budget qui sont menacés.

Les performances médiocres, la sur-consommation de carburant, les vibrations ne sont pas une fatalité !

 

comparaison pneus helices

 

Objections :


Vous n'avez pas le temps de vous occuper de cela ?

Choisissez une hélice simple à monter, avec une notice très complète; ainsi cela ne vous prendra moins de 2 h pour le montage et le réglage du pas.


Vous n'avez pas le budget pour une nouvelle hélice ?

Une hélice neuve, performante, sûre et solide, coûte moins de 2% du prix total d'un ULM neuf, et moins de 5% du montant d'un ULM d'occasion de milieu de gamme.

Parfois il faut faire des choix : une bonne hélice est essentielle, certains accessoires non.


C'est le constructeur de mon ULM qui a choisi cette hélice : c'est donc que c'est la meilleure pour mon appareil.

Oui - ou non ! Un constructeur d'ULM n'a pas toujours le temps ou la possibilité de tester toutes les hélices du marché. Ce modèle d'hélice est peut-être celui avec lequel il a fait tous les tests pour sa réglementation (et il ne souhaite pas recommencer, on peut comprendre !), ou bien c'est celui sur laquelle il a obtenu la meilleure marge... Le choix du constructeur à un instant T n'est pas toujours le meilleur choix technique, car nous ne vivons hélas pas dans un monde idéal.


Vous ne savez pas quelle hélice choisir ?

Tous les héliciers vous diront la même chose : c'est leur hélice qui est la plus performante, la plus solide et la plus silencieuse. Evidemment. Pareil chez E-PROPS!

Alors peut-être faut-il privilégier un hélicier qui va vous apporter des preuves de ce qu'il avance, et s'assurer que vous pouvez la rendre et être remboursé si jamais cette nouvelle hélice ne vous convenait pas...

 

 

 

frise eprops

 

 

 

Chez E-PROPS on n'affirme pas sans preuve

 

 

E-PROPS : les hélices les plus légères du marché

Une tripale carbone à pas réglable de diamètre 170 cm pour seulement 2,6 kg

Voir comparatif => HELICES AERONAUTIQUES LEGERES

 

 

E-PROPS : hélices de 3ème génération : nouveaux designs aérodynamiques : profils creux, cordes étroites, très grands diamètres, positionnement inédit des pales... Les études par modélisation numérique permettent d'optimiser les performances de l'hélice sur toute la plage de vitesse de l'aéronef.

Voir les pages :

 

CONCEPTION DES HELICES E-PROPS

CARACTERISTIQUES TECHNIQUES

 

 

E-PROPS : des hélices extrêmement simples

Voir par exemple => la simplicité est la sophistication suprême

Seulement 17 pièces contre 40 pièces pour une hélice concurrente traditionnelle

 

 

E-PROPS : des hélices particulièrement performantes

De nombreux essais comparatifs montrent que les modèles à pas réglable au sol E-PROPS sont plus performants que des hélices à pas variable du marché.

Voir résultats d'essais = ESSAIS EN VOL

 

 

E-PROPS : fabrication, essais et équilibrage selon des process hi-tech

Voir les pages :

 

FABRICATION

ESSAIS AU SOL

Les hélices E-PROPS sont certifiées selon la norme LSA (ASTM F2506-13)

 

 

E-PROPS : des hélices solides à bord d'attaque blindé

Pas de potentiel, MTBO 2.000 h

Voir : BORD d'ATTAQUE BLINDE NANOSTRENGTH®

 

 

E-PROPS : des hélices silencieuses

E-PROPS a mis au point des concepts spécifiques pour réduire le bruit :

QD2 : Quadripale à Double Déphasage. Il s'agit d'une hélice quadripale composée de deux bipales décalées angulairement et axialement. Ces décalages permettent de réduire le bruit de manière significative (environ 8 décibels de moins par rapport à une hélice classique).

Voir : EXCALIBUR-4

H²D : Hexapale Hexa Déphasée. Il s'agit du même principe que certains rotors anti-couple d'hélicoptères, pour réduire les vibrations et le bruit de manière significative.

Voir : EXCALIBUR-6

 

 

Les hélices E-PROPS équipent plus de 200 ULM / AVIONS

Voir la liste des aéronefs équipés d'hélices E-PROPS (hors paramoteurs et drones) : AERONEFS équipés d'E-PROPS

 

 

Les clients expriment librement leurs avis sur leurs hélices E-PROPS

Voir cette page : AVIS UTILISATEURS

 

 

Et pour finir, parce que chez E-PROPS on ne raconte pas d'histoires, HELICES E-PROPS est la seule société à offrir une GARANTIE "SATISFAIT ou REMBOURSE pendant 6 MOIS" sans conditions

Voir la page : CLAUSE "SATISFAIT ou REMBOURSE PENDANT 6 MOIS"

 

 

satisfait our remboursé 6 MOIS

 

 

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2 - Hélices Aéronautiques Légères

 

 

 

Les HELICES E-PROPS sont les hélices les plus légères proposées sur le marché

 

 

Les technologies, les procédés de fabrication et les matériaux nouveaux, des outils de conception et de tests innovants permettent désormais d'obtenir des hélices à la fois très solides et ultra-légères.

 

Il est essentiel de concevoir et de réaliser des équipements aéronautiques les plus légers possibles, non pour des raisons de communication ou de réglementation, mais simplement pour respecter les lois de la physique.

 

 

helice eprops ultra legere performante bipale pour rotax 80 cv

hélice ALMACIA 80 pour ROTAX 80 cv : 1,8 kg

 

 

 

Comparatif de masses d'hélices

Chez E-PROPS, on n’affirme pas sans preuve.

Voici un comparatif de masses d’hélices en composite 3-pales tractives proposées pour moteurs Rotax 912S (100 cv), à pas réglable au sol, de diamètres environ 170 cm, visserie comprise, sans espaceur.

 

comparatif masses hélices E-PROPS PESZKE DUC HELICES IVOPROP WOODCOMP SENSENICH HELIX WARPDRIVE NEUFORM KIEVPROP FITI ARPLAST

 

 

 

Quels sont les avantages d'une hélice légère ?

 

Une hélice légère va induire moins de contraintes sur le moteur ou sur réducteur. Elle va également générer moins de vibrations, ce qui garantit une meilleure longévité du système.

 

Une hélice trop lourde sollicite beaucoup le vilebrequin ou le réducteur, qui peuvent aller jusqu'à casser. C'est pourquoi les fabricants de moteurs indiquent une valeur de moment d'inertie maximum à ne pas dépasser. Il est impératif de s'assurer que l'hélice respecte cette valeur. Voir le paragraphe dédié : moment d'inertie

Exemple : moments d'inertie maximal ROTAX famille 912 = 6000 kg.cm²

 

Paradoxalement, une hélice plus légère est également plus résistante. Elle permet une accélération et une décélération du moteur plus rapide. L'hélice est plus réactive, elle s'arrête beaucoup plus vite, donc elle risque moins de se casser en cas de choc.

A noter : l'arrêt des moteurs ROTAX 912 génère un choc assez inhabituel en aviation; l'utilisation d'une hélice légère atténue ce choc.

 

Pour les paramoteurs, une hélice légère permet un confort accru pour le pilote : moins de masse sur le dos lors du décollage, moins d'efforts gyroscopiques et moins de couple.

 

Il y a 2 origines à l'effet de couple :
- le couple moteur, qui dépend de la puissance et du taux de réduction (rien à voir avec l'hélice).

- le couple gyroscopique de l'hélice, qui est lié à la masse des bouts de pales. Sur les HELICES E-PROPS, cette masse est extrêmement réduite.

Il faut néanmoins que ce type d'hélices soit bien dimensionné et que les renforts soient situés aux bons endroits dans les pales et le moyeu, afin que l'hélice soit suffisamment résistante. Les efforts qui passent dans une hélice lors de son fonctionnement sont très importants.

 

 

 

helice ultra legere E-PROPS

hélice tripale DURANDAL 80 M diamètre 170 cm = 2,5 kg

 

 

 

Une hélice peut-elle être trop légère ?

 

Non, en aucun cas.

 

On entend parfois dire qu'il faut avoir une hélice lourde pour que le moteur "tourne rond" au ralenti sol, c'est-à-dire présente une vitesse de rotation plus constante. Mais si les variation de vitesse sont plus faibles, les variation d'efforts entre l'hélice et les pistons (sur toute la chaîne mécanique, réducteur ou pas) sont plus importantes. Et les variations de vitesse ne créent pas de dommages, alors que les variation d'efforts, oui.

 

Hélices E-Props a mis au point un système de capteurs électroniques (accéléromètres et jauge de contrainte) qui se fixe sur le moyeu de l'hélice à tester, qui permet d'enregistrer à haute fréquence les accélérations angulaires et centrifuges subies par l'hélice en rotation pour chaque régime, au sol et en vol. Les variations d'efforts sont ainsi mesurées et analysées, et les hélices sont dimensionnées pour chaque motorisation.

 

Il est à noter que les motoristes sérieux n'indiquent pas de valeurs minimales pour les moments d'inertie : cela indique qu'il n'y a aucun problème à monter une hélice très légère sur les moteurs aéronautiques, bien au contraire.

 

Même une hélice très légère va générer un volant d'inertie très suffisant.

Par exemple, le moment d'inertie du modèle d'Hélice E-Props pour moteur Jabiru 2200 Vorpaline est de 1.500 kg/cm². Cela représente le moment d'inertie d'un disque d'acier de 14 kg de diamètre 300 mm par 25 mm d'épaisseur !

 

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3 - MOMENT d'INERTIE des HELICES

 

 

moment d'inertie hélices

 

 

 

L’inertie d’un objet est sa faculté de résister à une variation de vitesse. L’inertie est directement liée à la masse de l’objet, et se mesure en kg.


Pour des objets en rotation, la masse n’est pas une donnée suffisante. On a associé  la masse  de l’objet à sa distance par rapport  l’axe de rotation afin de pouvoir comparer la capacité de résistance à une variation de vitesse angulaire. Il s’agit du moment d’inertie, qui se mesure en kg.cm²

 

 

Le moment d'inertie est une donnée très importante pour les hélices

 

 

En effet, les moteurs aéronautiques sont le plus souvent des moteurs à pistons. Le vilebrequin subit une poussée de la bielle à chaque tour en 2 temps, et tous les deux tours en 4 temps. Le vilebrequin est accéléré pendant un demi-tour, et est freiné pendant le reste du cycle. C’est l’inertie de tout l’ensemble rotatif qui va permettre d'assurer la remontée des pistons et la régularisation de la rotation.

 

L’hélice constitue le plus gros volant d’inertie. Si elle est entraînée par un réducteur (pour les moteurs réductés), les pointes de couple moteur seront encaissées par le réducteur. Si elle est reliée directement sur le vilebrequin (pour les moteurs en prise directe), celui-ci subira tous les efforts. Les efforts se transmettent en outre à travers tout le système : les vilebrequins des moteurs réductés peuvent également souffrir si le moment d'inertie de l'hélice est trop élevé. Et les vis de fixation de l’hélice sont soumises aux mêmes efforts.

 

L'utilisation d'une hélice possédant un moment d'inertie supérieur aux valeurs indiquées par le motoriste va entraîner une diminution de la longévité, voire même une rupture des éléments du réducteur, du vilebrequin ou des vis de fixation de l'hélice.

 

C'est pourquoi les motoristes indiquent les valeurs maximales de moment d'inertie des hélices qui peuvent être montées sur leurs moteurs. Par exemple :

- Rotax 582 réducteurs A & B : 3000 kg.cm²

- Rotax 582 réducteurs C & E : 6000 kg.cm²

- Rotax 912, 912S, 912iS, 914 : 6000 kg.cm²

- Jabiru 2200 : 3000 kg.cm²

 

En cas de problèmes liés à l'utilisation d'une hélice inadaptée, les motoristes refusent toute garantie.

 

Il est à noter que les motoristes sérieux n'indiquent pas de valeurs minimales pour les moments d'inertie : cela indique qu'il n'y a aucun problème à monter une hélice très légère sur les moteurs aéronautiques, bien au contraire.

 

Même une hélice très légère va générer un volant d'inertie très suffisant. Par exemple, le moment d'inertie du modèle d'hélice E-Props pour moteur Jabiru Vorpaline est de 1.500 kg/cm². Cela représente le moment d'inertie d'un disque d'acier de 14 kg de diamètre 300 mm par 25 mm d'épaisseur.

 

Les moments d'inertie des hélices E-Props sont calculés lors de la conception à l'aide du logiciel LmPTR©. Ils sont en outre vérifiés par mesure pour chacun des modèles d'hélices.

 

 

Il convient de connaître le moment d'inertie de son hélice et de bien vérifier qu'il respecte les limitations du motoriste.

 

 

 

 

Mesure du moment d'inertie de l'hélice


Le principe consiste à mesurer la période d’un pendule à axe horizontal, avec un rappel constitué par le poids de l’hélice.

 

Le motoriste ROTAX a édité une notice permettant de mesurer le moment d'inertie des hélices. Le document technique ROTAX ref SI11UL91E est téléchargeable ici :

 

http://www.flyrotax.com/portaldata/5/dokus/d02941.pdf

 

 

Il convient en premier lieu d'effectuer une pesée précise de l'hélice. Ensuite on la suspend au système mis en place, puis on la laisse se stabiliser. Puis on l'écarte de 20° de l'axe et on la lâche. On chronomètre le temps mis par l’hélice pour effectuer 30 oscillations complètes.

 

moment d'inertie hélices e-props

 

 

hélice e-props mesure du moment d'inertie

mesure du moment d'inertie hélice E-Props carbone

 

 

On reporte le poids de l'hélice en abscisse sur le graphique et on observe l’intersection de la droite horizontale issue de ce point avec l’oblique correspondant à la période la plus proche de celle mesurée. De ce point, on abaisse une verticale sur l’axe des ordonnées pour obtenir le moment d’inertie.

 

 

abaque moment d'inertie hélice

abaque ROTAX - cliquez sur l'image pour l'ouvrir

 

 

 

 

Grâce à leur grande légèreté, les hélices E-Props respectent largement les limitations de moment d'inertie préconisées par les motoristes.

 

 

Exemple 1 :

- moteur Jabiru 2200 => moment d'inertie maximum : 3000 kg.cm² max

- hélice VORPALINE pour ce moteur, diamètre 152 cm => moment d'inertie = 1500 kg.cm²

 

Exemple 2 :

- moteur Rotax 912 => moment d'inertie maximum : 6000 kg.cm² max

- hélice DURANDAL 80 pour ce moteur, diamètre 190 cm => moment d'inertie = 4400 kg.cm²

 

 

 

 

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4 - HELICES de 3ème GENERATION

 

 

 

 

Depuis les débuts de l'aviation, les hélices n'ont pas cessé d'évoluer. En aviation légère, on distingue trois périodes principales :

 

 

1ère génération

La 1ère génération d'hélices pour l'aviation légère, c'étaient les hélices en bois ou en métal, sorties dans les années 1940 - 1950, adaptées plus ou moins bien aux moteurs en prise directe de leur époque (Continental, Lycoming, Volkswagen...). Hélices à pas fixe, le plus souvent certifiées. Pour avoir un rendement un peu meilleur, la seule solution était à l'époque d'utiliser quelques rares hélices à pas variable, lourdes et chères.

 

 

EPROP

 

 

 

2ème génération

Dans les années 1980 - 1990, l'émergence du mouvement ULM a permis de sortir du principe de certification. On a vu arriver sur le marché des hélices en matériaux composites, plus légères, prévues pour les moteurs réductés, et surtout à pas réglable au sol, ce qui permettait d'adapter l'hélice au moteur considéré. Le principe du pas réglable au sol a été une avancée considérable pour l'aviation de loisir.

 

 

E-PROPS hélices

 

 

3ème génération

Les années 2000 - 2010 voient apparaître la 3ème génération d'hélices. Grâce aux performances mécaniques du carbone, de nouveaux designs aérodynamiques deviennent possibles : profils creux, cordes étroites, très grands diamètres, positionnement inédit des pales... Les études par modélisation numérique permettent d'optimiser les performances de l'hélice sur toute la plage de vitesse de l'aéronef. On obtient ainsi des hélices comme les E-PROPS, à pas réglable au sol (fixe pendant le vol) ayant une traction optimisée, avec un effet ESR. On n'a plus à choisir entre les performances au décollage et celles en croisière.

Les gains de performances sont importants.

Cela explique pourquoi les hélices de 3ème génération comme les E-PROPS remplacent peu à peu des hélices d'anncienne génération, et même des hélices à pas variable plus modernes.

Quelques exemples :

- VORPALINE S à pas réglable notablement plus performant que l'hélice à pas variable de Serge PENNEC sur ULM GAZ'AILE

- DURANDAL 100 R à pas réglable visiblement plus performante que la WOODCOMP à pas variable sur remorqueur DYNAMIC WT9

- DURANDAL 80-S à pas réglable aux performances équivalentes à celles obtenues avec une hélice à pas variable ARPLAST PV50 sur MCR 80 cv

- DURANDAL 100-XL à pas réglable plus performante qu'une hélice DUC FLASH sur ULM G1 100 cv

- DURANDAL 100-M à pas réglable, choisie par les fabricants des appareils Ellipse Spirit, MCR, SHARK, DYNAMIC, VL3...

- ALMACIA 80, plus performante qu'une hélice à pas variable IDROVARIO sur ASSO V

A venir : des essais comparatifs sur l' ULM de la société équipé d'un Data Acquisition System

 

A noter que les hélices E-PROPS sont les plus légères du marché. Les avantages des hélices légères sont indéniables.

 

hélices de 3ème génération propellers of 3rd génération E-PROPS

 

 

Les constantes avancées des technologies, des outils de conception et de tests laissent envisager dans les prochaines années de nouveaux progrès sur cet élément essentiel de l'aéronef qu'est l'hélice.

 

 

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5 - HELICES : DIAMETRE et NOMBRE de PALES

 

 

 

Les problématiques de diamètre et de nombre de pales d'une hélice, ainsi que des avantages et des inconvénients des différentes solutions, sont souvent évoqués par les pilotes. On entend par exemple: "une bipale traîne moins qu'une tripale", "une petite hélice est plus efficace qu'une grande", ou "le meilleur compromis, c'est la monopale"... C'est parfois vrai, parfois faux, mais dans tous les cas, ce n'est pas aussi simple.

 

Cette page présente quelques notions simples sur ce sujet.

 

 

 

5.1 - Quelques principes théoriques

 

 

Le rendement

 

L’hélice sert à transformer la puissance mécanique du moteur en puissance utile au vol.

Cette puissance utile se manifeste par une force : la poussée.

La puissance d’un moteur est égale au couple fois le régime de rotation : Puissance moteur = Couple x régime

La puissance utile au vol est égale à la poussée fois la vitesse de vol : Puissance Utile (W) = Poussée x Vitesse (N x m/s)

 

Malheureusement, l’hélice ne convertit pas toute la puissance du moteur en puissance utile. Il y a des pertes.

Le rendement de l’hélice représente l’efficacité de la conversion : Rendement hélice = Puissance utile / Puissance moteur

 

Calculons un cas pratique => quel est le rendement d’une hélice transformant 60000 Watt (80 CV) en 1500 Newton (150 Kg) de traction en lors du décollage à 20 m/s (72 km/h)?

 

Il faut d’abord calculer la puissance utile au vol : Puissance utile = Traction x Vitesse de vol  1500 x 20 = 30000 Watt

Ensuite le rendement : Rendement hélice = puissance utile / puissance moteur => 30000 / 60000 = 0,5 = 50%

 

Le rendement de cette hélice est donc de 50%. Cela implique que la moitié de la puissance est perdue. Dans le cas d’une hélice parfaite sans perte, 30000 W de puissance moteur suffirait pour obtenir 1500 N de traction. Le moteur consommerait deux fois moins et serait bien plus léger.

C’est dire si le rendement de l’hélice influe sur les performances d’une machine !

Pour information, les rendements usuels des hélices vont de 30% à 90%.

 

 

Si on veut aller plus loin, on peut découper le rendement hélice en deux, afin d’en séparer les causes. Une première partie des pertes est liée au principe de propulsion dans l’air : c'est le rendement propulsif. Et on représente la deuxième partie des pertes par le rendement de forme, qui rassemble les effets de traînée aérodynamique.

 

Rendement Hélice = Rendement Propulsif x Rendement de Forme

 

 

 

Le rendement de forme

 

Le rendement de forme regroupe les effets de la traînée des pales. En effet, une pale fonctionnant comme une aile, elle est aussi soumise à la traînée de frottement et à la traînée induite par la portance. Afin de réduire ces pertes, il faut soigner l’aérodynamique des pales pour réduire les frottements, et surtout augmenter le nombre de pales, car cela répartit la portance entre les pales et donc réduit la traînée induite.

 

 

eprops multipale

 

 

 

Le rendement propulsif

 

Le rendement propulsif quant à lui est lié au principe de propulsion par réaction qu’utilise l’hélice. En effet, nos avions se propulsent par réaction, en appliquant un principe observé par Newton : Action = Réaction. Dans notre cas, l’hélice applique une action vers l’arrière sur l’air, et, par réaction, l’air pousse l’hélice vers l’avant. Oui, sauf que comme l’air n’a pas d’appui, l’action de l’hélice sur l’air induit une accélération du flux d’air vers l’arrière. L’effet de l’hélice sur l’air cause donc un souffle induit. Et la mécanique des fluides impose que cette accélération induite de l’air ait lieu pour moitié en amont de l’hélice et pour moitié en aval de l’hélice. Ce qui fait que la vitesse de l’air au moment où elle passe dans le disque d’hélice est égale à la vitesse de vol plus la moitié de la vitesse induite.

 

 

eprops diamètre

 

 

 

La différence entre la vitesse de vol et celle du flux d’air traversant l’hélice est la cause des pertes représentées par le rendement propulsif.

En effet, rappelons-nous que la puissance utile était : Puissance utile = Force x Vitesse de vol

Et la puissance fournie au flux d’air lors de son passage dans le disque sera :

Puissance fournie au flux d’air = Force x (Vitesse de vol + Vitesse induite / 2)

 

 

eprop diametre

 

 

formule hélice

 

 

Le rendement propulsif s’exprimera donc par : Rendement propulsif = Puissance utile / Puissance fournie au flux d’air

Soit : Rendement propulsif = Vitesse de vol / (Vitesse de vol + Vitesse induite / 2)


Cela implique que le rendement propulsif est bon quand la vitesse de vol est beaucoup plus grande que la vitesse du souffle induit par l’hélice. Et de quoi dépend cette vitesse induite ?

Newton a dit : Vitesse induite = Traction / Débit massique

Sachant que : Débit massique = Masse volumique x Surface disque x Vitesse flux au passage du disque

Avec : Vitesse flux au passage du disque = Vitesse de vol + Vitesse induite / 2

Cela donne : Vitesse induite = Traction / (Masse volumique * Surface disque x Vitesse de vol + Vitesse induite / 2)


Donc pour avoir une petite vitesse induite, afin que le rendement propulsif soit bon, il faut du diamètre afin que la surface du disque d’hélice soit grande, ou alors il faut que l'aéronef vole vite.

 

 

 

 

5.2 - Exemples pratiques

 


Maintenant que nous avons vu les causes de perte de rendement, comparons quelques hélices.

Nous prendrons comme référence une hélice bipale de 1,7 m, absorbant 60 kW à 2500 tr/min en configuration montée à 30 m/s (108 km/h). Le rendement de cette hélice est de 64,9%.

 

 

diamètre hélices

 

 

Ce tableau montre que l’augmentation du diamètre est favorable au rendement, par l’amélioration du rendement propulsif.

Il fait aussi apparaître qu’ajouter des pales permet d’augmenter le rendement, via le gain de rendement de forme.

 

 

helice eprops propeller

 

 

 

 

 

 

 

 

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