Conflit de théorie sur les hélices, qui a raison ?

[serge5694]

Sujet intéressant.
Plusieurs points soulever. Je pense qu'il faut expliquer avec les forces absorbées. Puissance traîné.
Pour faire avancé un avion il faut une force opposé à la traîné de celui ci. En pallier, la traîné varie suivant la vitesse et la masse de l'appareil, et bien sur chaque appareil à sa traîné propre, un kitfox traîne plus qu'un shark. Si on applique la même puissance et le même régime à la même hélice, donc la même force à ces deux appareil, le kit fox sera moins rapide que le shark.
Mais on peut aussi prendre le même avion, presque vide ou à la masse max. L'aile dans le premier cas aura moins de portance à fournir, elle sera moins cabré et l'avion aura moins de traîne que pour le second cas où l'hélice produira moins d'avancement par tour, elle aura plus de recul ou elle patinera plus, comme on veux. Pourtant elle produira sensiblement la même force de traction. Si comme tu le propose, le réducteur casse, il est évident que l'hélice du shark tournera plus vite que le kit fox puisque le premier a une vitesse de presque le double du second c'est aussi le cas pour le même avion vide ou chargé mais bien sûr c'est moins flagrant. Si l'hélice ce vissait dans de la matière solide comme une vis dans un écrou, il n'y aurais pas de recul, l'avancement serais directement proportionnel au pas de l'hélice mais voilà elle se visse dans un fluide de faible densité, compressible et déformable. L'hélice absorbe et produit la même force mais avance plus ou moins vite suivant la force d'opposition : la traîné de l' avion.
Pourquoi l'hélice en moulinets libre tourne moins vite que entraîné par le moteur et cela pour une même vitesse.
Premièrement il y a le recul, l'hélice avance plus ou moins vite suivant la force qui s'oppose à elle, c'est ce qu' on vient de voir. Disons qu'elle souffle de l'air à 200km/h alors qu'elle avance qu'à 150. Le vent qui viendra frapper l'hélice étant plus faible, elle ne pourra pas faire tourner l'hélice aussi vite.
2eme point. Il faut aussi contrer la propre traîné de l'hélice. Les hélices ont un rendement de l'ordre de 85%. C'est à dire que sont frottement pour tourné absorbé 15% de la force moteur et que 85% sont transformé en traction. En moulinet dans un vent relatif cette traîné existe toujours, elle tournera moins vite ralentis par sa propre traîné.
Et troisième point, le vent relatif frappe la palle sur l'extrados et non plus sur l'intrados comme quand elle est entraîné par le moteur et la, le rendement s'effondre, comme pour un avion à profile d'aile non symétrique qui vol sur le dos, le coefficient traîné portance devient très mauvais.
C'est à mon avis les trois points principaux qui font que l'hélice en moulinet libre ralentis.

[nlc]

Merci c'est très clair.

Si on résume en une phrase :

Pour une vitesse avion donnée, le régime moulinet correspond au régime où le couple générée par une certaine incidence négative des pales (portance negative) est à l'équilibre avec le couple résistant dû au Cx des pales de l'hélice à ce même régime.

A partir de ce régime moulinet, si je commence à injecter progressivement du couple sur l'arbre hélice, ça va l'aider à tourner donc elle va monter en régime et freiner de moins en moins, jusqu'à atteindre le mode transparence, où la portance des pales est nulle.

Et à partir de là, si je continue à injecter du couple, on passe en portance positive et on commence à tracter

[nlc]

Je commence à comprendre d'où peut venir l'erreur de raisonnement de mon ami.

Il me parlait de polaire en repère de lilienthal, avec l'hélice aspirée en avant ou quelque chose comme ça.
J'ai creusé la question, et étrangement sur ce repère de lilienthal, il y a des zones de valeurs d'incidence de pale où le Cx (donc la trainée de la pale) est inférieur à 0.

Je pense que son erreur de raisonnement vient de là, mais pour quelle raison on a du Cx négatif sur ce repère ?
Car il est évident que le Cx et la trainée des pales ne peuvent être négatifs, qu'on soit en portance positive, nulle, ou négative !
D'ailleurs ça se voit très bien sur le repère Eiffel, en aucun cas le Cx ne peut avoir une valeur inférieure ni même égale à zéro !

[Yankeeromeo]

C'est que les aéronefs ne volent que très rarement à des incidences négatives...
Mais il est faux de dire que

le repère Eiffel, en aucun cas le Cx ne peut avoir une valeur inférieure ni même égale à zéro !

car la polaire Eiffel complète, comporte bien des valeurs négatives (en-dessous de l'abscisse) :

Polaire-Eieffel-complète.png

Comme les valeurs négatives ne sont que très rarement utilisées (pour ne pas dire "jamais"), on la représente dans l'immense majorité des cas à partir de l'abscisse Cx.

En revanche, la polaire de Lilienthal qui fait subir à chaque point d'incidence une rotation, sert d'avantage à étudier les hélices.

Polaire-Lilienthal.png

Car une pale d'hélice peut très bien avoir une incidence négative, elle !
On voit ainsi que le zéro de deux repères ne se situe pas en même endroit sur l'axe d'ordonnées.

Tout cela est décrit (très bien) dans l'Avionnaire, d'où proviennent par ailleurs les graphiques ci-dessus.

[nlc]

Sur la polaire eiffel, ce qui qui aller dans le négatif c'est l'incidence et la portance, mais pas le Cx (la trainée). On voit bien que sur l'axe des abscisses la courbe reste toujours à droite de l'axe. Le minimum de trainée étant au niveau de la valeur d'incidence où la portance est nulle, ce qui est logique.

[nlc]

Dans le cas de l'hélice sur le repère de lilienthal, on voit que la courbe peut se situer à gauche ou à droite de l'axe, comme si l'hélice pouvait avoir une trainée Cx négative, ce qui est strictement impossible. Je cherche à comprendre pourquoi dans cette polaire il y a des valeurs de Cx négatives.
Sûrement un artefact qui découle d'une transformation mathématique d'une polaire à l'autre !?