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Bonjour,

Comme le sexe des anges je souhaite comprendre quel sont les choix qui ont donné les différentes formes des bouts des pales des hélices

On comprend qu'ils servent à limiter ou diminuer le vortex en bout de pale comme sur les saumons des ailes mais pourquoi il y en a t'il des ronds des elliptiques, des avec des winglets (pescke, prince), etc ...et pourquoi il y en a t'il a bout carré au risque de générer plein de turbulences consommatrice de watts à un endroit qui évolue à mach 0.7 au bas mot ?

Quelle est vraimment la perte de rendement à cet endroit ? est ce si important ? (question ouverte)

Est ce qu'on peut extrapoler les travaux sur les ailes aux hélices sans se prendre les pieds dans le tapis ?

Une petite idée que j'ai en tête serait de faire un bord courbe selon le rayon de rotation et pourquoi ne pas faire un bord incliné comme un saumon hoerner qui serait (parait il ) un bon compromis de simplicité et d'efficacité.
Mais à mach 0.7 est ce si réaliste ?


C'est une tribune.
Au plaisir de vous lire

Clouds

Bonjour,

Comme pour les bout d'ailes, la question est complexe.
et comme pour les ailes il faut faire attention a ce que l'on compare :

-performance pour un diamètre / une envergure imposer.
-performance pur.
-niveaux de bruit pour le même diamètre.
-niveaux bruit pour la même puissance utile (traction).

Mais il y a une énorme différence avec les saumon d'aile :
Dans le cas d'une hélice, une modification du rayon "théorique" des pales influe n'ont seulement l'écoulement sur la pale, mais aussi toute la veine d'air de l'hélice.

On peut faire les deux : c'est-à-dire extrapoler, et aussi se prendre les pieds dans le tapis...
Ça dépend du niveau des détails, et de la prise en compte de la complexité bien plus grande de phénomènes aérodynamiques concernant l'hélice.
On peut donc trouver une similitude entre les formes des pales et les formes des ailes. Les winglets remplissent bien le même rôle dans un, comme dans l'autre cas.
Mais, comme pour les ailes, pour les pales il n'y a pas une seule bonne forme non plus, mais plusieurs, qui sont plus ou moins efficaces, selon les autres éléments de l'équation.

Par exemple, si tu regardes attentivement les hélices Peszke que tu viens d'évoquer, tu t'apercevras que les différentes tailles ne sont pas homothétiques, et qu'il y a des différences assez importantes entre les formes des bouts de pales... ce qui est logique, puisqu'elles sont conçues pour travailler dans des conditions différentes.

Pour les bouts des pales coupés, il n'y a rien de plus simple que de les couper justement, dès lors que les extrémités s'approchent dangereusement du 0,85 Mach (en réalité, déjà à partir de 0,75 le rendement devient médiocre). Certes, ces bouts coupés, ce n'est ni la solution la plus efficace, ni la plus élégante, mais quand on na pas d'autre choix... il vaut mieux ça (c'est-à-dire quelques tourbillons), qu'un bout de pale qui atteindrait une vitesse périphérique trop élevée. Autrement dit, une petite perte de rendement pour en éviter une grande... Et on n'a rien dit sur le coût de fabrication... concevoir et fabriquer une hélice c'est bien, encore faut-il trouver des clients prêts à en payer le prix.
En revanche, quand on se donne les moyens, on va chercher la forme de la pale et la vitesse de rotation qui va bien... par exemple, les hélices (contrarotatives) du Tu-95/Tu-160 tournent à 750 rpm...

C'est pourquoi, il me semble logique, que dans notre petit monde de l'aviation très légère, on devrait essayer de concevoir des GMP avec réducteur, pour permettre aux hélices de tourner moins vite. Mais la chasse aux kilogrammes mène souvent à l'abandon du réducteur, et l'on se résout alors à avoir un rendement d'hélice moindre pour ne pas dépasser un poids, ou un prix donné.

Yankeeromeo a écrit :(...)
En revanche, quand on se donne les moyens, on va chercher la forme de la pale et la vitesse de rotation qui va bien... par exemple, les hélices (contrarotatives) du Tu-95/Tu-160 tournent à 750 rpm...

C'est pourquoi, il me semble logique, que dans notre petit monde de l'aviation très légère, on devrait essayer de concevoir des GMP avec réducteur, pour permettre aux hélices de tourner moins vite.

mais quitte à avoir un réducteur, pourquoi ne pas en augmenter le coef. de réduction pour obtenir 750 RPM, cela ne coûterait, à priori, qu'une roue dentée plus grande et un autre plus petite, donc peu en terme de poids, de prix et autres. Mais n'étant pas mécanicien et voulant bien croire que ceux qui conçoivent ces réducteurs en sont pas foncièrement tous stupides ni bornés, je dois me planter quque part ...

A cause du diamètre de l'hélice nécessaire pour tourner à 750 RPM j'imagine. Mais Jérémie BUIATTI nous éclairera peut être de sa connaissance sur le sujet !

Je ne me rappelle plus exactement, mais les hélices quadripales contrarotatives du Tu-95/Tu-160 font plus de 5 m de diamètre, pour absorber (à deux) une bagatelle de quelques 15 000 ch de chaque turbopropulseur...

Mais comme j'ai souligné précédemment, il ne faut pas considérer un seul élément, mais l'ensemble des paramètres.
Dans notre monde ULM, on a 100 ch maximum, et le diamètre, limité par la garde au sol, ne peut guère dépasser 1,8 m.

Pour avoir une portance significative, un bout de pale doit avoir une vitesse tangentielle toujours à peu près la même sur tous les avions, 200 m/s comme ordre de grandeur.
Il en résulte que le diamètre de l'hélice est en première approximation inversement proportionnel à son régime.
Donc à la louche, en faisant l'impasse sur le nombre de pales : si diamètre 1,50 m pour 3000 t/mn (valeurs usuelles) = diamètre 6 m pour 750 t/mn.
Le diamètre des hélices du Tu-95 est 5,80 m.

A noter aussi que le faible régime des hélices du Tu-95 est rendu nécessaire par la vitesse de vol de l'ordre de mach 0,8 ou 235 m/s.
Composant vectoriellement la vitesse tangentielle 200 m/s et la vitesse de translation 235 m/s , on obtient la vitesse réelle du bout de pale :
(200² + 235 ²)^1/2 = 309 m/s, ce qui est de l'ordre de la vitesse du son. Il n'est pas question de faire plus.
Ainsi, le faible régime des hélices du Tu-95 est rendu nécessaire par des considérations qui ne s'appliquent pas à nos machines.

Pour des chiffres meilleurs, voir dans le site d'Inter-Action le chapitre excellent sur précisément les hélices du Tu-95.

Bonjour,

fulm190711 a écrit :mais quitte à avoir un réducteur, pourquoi ne pas en augmenter le coef. de réduction pour obtenir 750 RPM

Suivant la machine et son utilisation, cela pourrait être pratique, même si le poids des réducteurs a tendance à augmenter avec le taux de réduction.

Exemple : a 750 RPM une bipale de 600 cm de diamètre permet de convertir une puissance de 100CV en 480 kg de traction statique (d'ou les hélicoptères).

En règle générale, les concepteurs d'avions ne prévoient pas assez de garde au sol pour une hélice de 6 mètres. Dommage. En revanche, dans la gamme 100 CV, certaines machines acceptent 190cm de diamètre hélice, alors que d'autres sont limitées à 136 cm. Dans les 2 cas, le diamètre peut être adapté; cela dépend de l'utilisation de la machine.

100 CV à 2300 RPM (912s réducteur 2.43) sur une tripale 180cm optimisée permet d'obtenir 250 kg de traction statique.
Pour parler de ce que je connais : http://www.ul.props.fr/durandal100.php

Alors que 100 CV à 3300 RPM (ulPower, Jabiru ...) sur une tripale de 152cm ne dépassera pas 220 kg de traction statique => http://www.ul.props.fr/vorpaline.php
30 kg, soit 13%, on a tendance à penser que ce n'est pas grand chose...
Mais quand on roule dans l'herbe tendre, il faut enlever 100 kg de traînée (aérodynamique + roulement), on obtient alors 150 kg contre 120 kg, et la différence passe à 25 %.
Différence que l'on retrouve bien sûr sur la distance de décollage.
Et sur un hydravion, juste avant le déjaugeage, on peut enlever 200 kg de traînée hydrodynamique.
On obtient alors 50 kg contre 20 kg : la différence de traction utile devient de 150 %.
Dans ce cas-là, quelques cm de pale, c'est la différence entre sortir un verre d'eau du fond du fuselage et sortir le fuselage du fond de l'eau.

A 250 km/h, il n'y a plus de différence de traction significative entre 152 et 180cm de diamètre.
Car ce qui compte surtout pour le rendement de l'hélice, c'est la charge du disque d'hélice en kg/m².
La traction diminuant avec la vitesse, la charge du disque d'hélice diminue.

Là on rejoint la question sur la forme des saumons. D'après mes calculs et mes essais, le saumon optimum en terme de traînée induite de la pale dégrade beaucoup la répartition de charge sur le disque d'hélice, car les cm de bout de pale représente une grande partie de la surface du disque hélice.
De l'autre côté, le saumon avec winglet permettrait d'augmenter la charge sur les derniers cm de pales et donc de mieux répartir la traction sur le disque hélice.
Mais comme pour les ailes, le gain aux basses vitesses reste très modeste devant l'augmentation de traînée de frottement sur le winglet en croisière.
Concernant l'acoustique, toutes choses étant égales par ailleurs et avant les phénomènes transsoniques, c'est surtout l'épaisseur du bout de pales qui compte.

La plupart des hélices E-Props, en fait tous nos modèles civils, ont des saumon de révolution autour de la ligne moyenne du profil.

Pour avoir une idée des performances d' hélices pour 100CV à 2300 RPM et 100CV à 3300 RPM :
http://www.ul.props.fr/abaques.php

En synthèse :
Pour le décollage, les autres paramètres étant les mêmes, petite hélice = longue piste et grande hélice = piste courte.
Pour la croisière rapide, le diamètre et donc le taux de réduction n'ont que peu d'importance.

Après, une fois le diamètre, la puissance et la vitesse fixés, il reste : le nombre de pales, la corde des pales, les profils, et là, c'est une autre histoire...

Pour illustrer mes propos, j'espère d'ici peu vous présenter une hélice sortant de l'ordinaire, adaptée aux pièges à trainée modernes et semi-modernes (Rotax 582 réducteur 4, 1600 RPM pour Weedhopper, Xair, ...).

Amen

Avec le logiciel JC Propeller en vente libre

http://www.jcpropellerdesign.com/

on trouve les résultats suivants, calculs faits pour un Hanumann et un moteur de 100ch.

Le diamètre des hélices tripales à ne pas dépasser et donnant le meilleur rendement sont 1.45m à 3300 tr/mn rendement de 79.3% et 1.78m à 2300 tr/mn rendement 81.9%

Dans le premier cas la distance de roulage sur piste en herbe est de 211 m et dans le second cas de 203 m. On a perdu 4 mètres

Mais on est loin du sujet sur la forme des bouts de pales. Les hélice ne datent pas d'hier et on peut penser que si il y avait un bout de pale idéal il serait appliqué depuis des décennies.

à Daniel C : tu as mis quand même 1 jour avant d'intervenir
Pourras-tu nous parler de celles que tu as définies De celle que tu vas utiliser dans un temps certain

Daniel C a écrit : Dans le premier cas la distance de roulage sur piste en herbe est de 211 m et dans le second cas de 203 m. On a perdu 4 mètres

8m ou 4% plutôt j'imagine.

@buiatti : merci pour ces explications très claires.

Ramel a écrit :

Daniel C a écrit : Dans le premier cas la distance de roulage sur piste en herbe est de 211 m et dans le second cas de 203 m. On a perdu 4 mètres

8m ou 4% plutôt j'imagine.

Je corrige les valeurs, j'avais utilisé un vieux fichier avec une surface alaire et une masse erronées.
Rien de changé pour le diamètre des hélices. (1,78 et 1,45)

Masse maxi au décollage 472.5 kg

Avec un moteur 100 cv tournant à 2300 tr/mn le roulage sur piste en herbe est de 81m et de 85m avec un moteur tournant à 3300 tr/mn, soit 4m de roulage de plus
Ces valeurs sur piste en dur sont respectivement 68 m et 71m soit 3 m de plus

bébé44 a écrit :à Daniel C : tu as mis quand même 1 jour avant d'intervenir
Pourras-tu nous parler de celles que tu as définies De celle que tu vas utiliser dans un temps certain

Et encore, je me suis trompé
La mienne est en cours de réalisation chez Valex....patience. Elle va faire 1,16 m de diamètre.

C'est un peu particulier car elle est à pas variable en vol....quant aux bout de pales, il n'y pas d'innovation ou de truc magique pour gratter un 0,1% de rendement supplémentaire.