L ’ HELICE

1. L ’ HELICE

2. 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

3. lente prés du moyeu. prés du moyeu angle de calage fort. Vrillage de la pale Rapide en bout de pale. Angle de calage faible en bout de pale. Lorsqu’une hélice tourne, la vitesse est différente en chaque point de la pale. comment obtenir une traction uniforme du centre aux extrémités?

4. β L‘ULM, vole suivant Vd (sa vitesse de déplacement). En tournant, les pales se déplacent selon Vr (vitesse de rotation). Vd Vr α R VR Si l'angle de calage (le pas) est représenté par β, Par combinaison des vitesses lorsque l‘ULM est en vol (Vd non nul), les pales se déplacent réellement selon la résultante R. L'angle d'attaque REEL des pales est α. Le vent relatif vient donc sur la pale suivant R, mais en sens INVERSE (le vent relatif est toujours opposé au sens du déplacement).

5. Vt 2πrn Corde de profil VR Le rendement de l’hélice est donc égal à: Vt/n H Vt/n Re η= H 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

6. VR α Exemple théorique (FONCTIONNEMENT EN FREIN) 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). Les solutions pour corriger la situation (1) sont : soit augmenter β, soit de diminuer Vd.

7. VR α 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

8. VR α (vol aux grands angles d’incidence) En (3), l'angle βest 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

9. VR α (4), le rapport entre la valeur de β, et la vitesse de vol (Vd) est de nouveau  conforme au bon fonctionnement de l'hélice.

10. 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. Pour l’obtenir, deux choix existent. 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.

11. Plus l'hélice tourne vite, plus elle "tire", et plus l‘ULM accélère. Toutefois, il y a 2 limites. 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.

12. Vd Vr V 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 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 r =1 m Soit V le vitesse atteinte par l’extrémité de pale V² = Vr ² + Vd ² = 937,5 ² + 150 ²V ≈ 950 km/h

13. TRACTION EN VOL EN PALIER La 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 Les 2 pales attaquent le VR avec le même angle d’incidence la traction est symétrique

14. AUGMENTATION DE L’ANGLE D’INCIDENCE AXE DE TRACTION

15. L’HELICE A PAS VARIABLE REVERSE GRAND PAS PETIT PAS HELICE EN DRAPEAU β