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Helices 101

Un article de Jean-Philippe

Il y en a de toutes les couleurs, de toutes les formes, 2, 3 ou 4 pales, fixe et pas variables. En fait, il y a une hélice appropriée pour chaque application . Apprenez à respecter vos hélices, car ils sont un facteur de risque de blessure dans notre passetemps.

Maintenant les choses sérieuses; 10x4, 8x6 que veulent dire ces chiffres. Les hélices sont catégorisées par deux chiffres, le premier est la dimension de l’hélice en pouces et le deuxième le pas en pouces. Le pas de l’hélice est la distance franchie par l’hélice lors d’une rotation complète. Dans le cas où vous avez des hélices métriques, le principe est le même.

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Une hélice est une aile dotée d’un profil tournante autour d’un axe. Contrairement à une aile d’avion ou le flux d’air est réparti uniformément sur le bord d’attaque de l’aile, sur une hélice, le flux d’air ne l’est pas sur toute la longueur. La pointe de l’hélice tourne beaucoup plus vite que le milieu ou proche du centre. Pour cette raison, la forme de l’hélice n’est pas constante sur toute la longueur. Plus épaisse proche du centre et plus mince au bout. L'angle d'attaque de chaque section varie aussi avec l'envergure: cette évolution défini le pas de l'hélice.

Question ce de mettre en contexte, une hélice de 10 pouces tournant a 12000 tour par minutes à une vitesses de 620 km/h aux extrémités, au centre de 310 km/h et de 62 km/h à 1 pouce du centre. A une extrémité, la plage de vol ce rapproche de celle d’un 747 a l’autre extrême d’un ULM. Vous comprendrez qu’avec une plage de vol si disparate, les fabricants ont développé des hélices adaptés en modulant l’angle d’attaque ainsi que la corde sur la longueur de l’hélice. L’autre avantage est de diminuer les forces de torsion provoquant des déformations diminuant l’efficacité.


Vitesse de rotation maximal

Les hélices ne peuvent pas tourner à une vitesse illimitée car les forces générées par la rotation déforment l'hélice en diminuant son efficacité. En plus les forces peuvent excéder les limites de résistance des matériaux et surviendra alors un bris structurel et suivra l’atterrissage d’urgence (avec un peu de chance).

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Pour plus d'info voilà ce que l'on trouve en lignes à propos des hélices dont on a parlé:
APC, Master Airscrew, Graupner, GWS, et Aeronaut.

Vous constaterez que très peu de fabriquant divulgue ces informations. Maintenant qu’en ai t’il des copies? Voici une hélice APC en haut est une copie en bas. Le profil est en tout point identique bien que le matériel semble un peu plus flexible. Il est peu probable que cette hélice partage les mêmes caractéristiques techniques que l’original. Personnellement, je garderais une marge de sécurité de 20% inférieur à l’original.

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SlowFlight ou SF

Elles sont facilement reconnaissables par la largeur de la corde au centre. Ces hélices sont idéal pour les avions de vol intérieurs ou les parkflyer très léger ou ayant une vitesse de décrochage très basse. Généralement ce type d’hélice était surtout utiliser avec des monter avec des engrenages de démultiplication car la vitesse de maximal de rotation sont relativement basse.

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GWS SF

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APC SF


Electrique

Deux hélices Master Airscrew sont disponibles, celle du haut conçu pour l’électrique et celle du bas pour les moteurs à combustion. Les deux profiles ce ressembles bien que l’hélice conçue pour l’électrique a une corde un peu plus large. Ceci nous indique que l’hélice conçu pour l’électrique est plus efficace à une vitesse un peu plus basse.

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Il y a une différence dans la construction d’hélice pour les moteurs à combustion vs les moteurs électriques. La photo de profil présente la largeur du moyeu central beaucoup plus épais dans le cas des hélices pour moteurs à combustion.

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La photo suivante permet de comparer la distribution des cordes pour une hélice APC pour moteur à combustion (en haut) et pour moteur électrique (en bas).

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Sens de rotation des hélices

Pourquoi existe-t-il des hélices droites et des hélices gauches. Certains usages le requièrent tel que les avions multi-moteurs, les multicopters et les avions de type ‘Pusher’ (propulsion arrière). Bien qu’il soit possible d’utiliser une hélice installée à l’envers pour ces derniers.


Les copies et autres fabricants

On retrouve sur l’Internet des hélices de diverses qualités. Dépendamment de nos attentes, ces hélices sont tout à fait convenable. A noter que le moulage des ces hélices laisse quelques fois à désirer et elles doivent être balancées avant de les utiliser sur multicopter.

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Multipale

Deux, trois ou quatre pales? Tout est question de compromis… Une hélice à pales multiples est moins efficace que sa contre parti à deux pales. La turbulence crée par la pale précédente diminue l’efficacité de la suivante. Plus proche sont les pales les une des autres moins grande est l’efficacité. Alors pourquoi existe-t-il des hélices multipale? Pour un aspect pratique: il n’est pas toujours possible d’utiliser des hélices pleines grandeurs pour une puissance donnée à cause de la l’espace entre le sol et l'axe de rotation de l'hélice. Dans ce cas, une hélice a multiple pales est conseillée.


Entretien

Vérifiez vos hélices régulièrement, cherchez des signes de faiblesse ou des encoches et remplacez-les aux besoins. Nettoyez les si elles sont sales, elles seront plus performantes. Ne jamais les modifier comme les raccourcir, sabler le bord d’attaque etc. Les hélices sont une science très complexe il est peut probable que vos expérimentations soient supérieurs à l’original et encore moins reproductibles.

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La principale forme d'entretien accessible aux modélistes est l’équilibrage: il est important d'utiliser les bons outils pro ce faire et suivre rigoureusement les directives de l'outil utilisé.

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En résumé

Les hélices ont des plages d’utilisation que nous devons respecter pour des raisons de sécurité et de performance. La corde de l’hélice nous donne une bonne indication de la plage d’efficacité et de sa vitesse de rotation maximale. Lors de la rotation d’une hélice les contraintes sont très importantes, alors nous ne devrions jamais tenter de réparer une hélice, c'est dangereux et ce n’est pas économiquement rentable car vous avez plus à perdre qu’ gagner. Finalement, l’équilibrage permet d’augmenter la longévité du moteur tout en augmentant l’efficacité, donc les performances. Cette étape est de plus en plus critique avec l’introduction des systèmes de stabilisation de nos modèles.








Last update 4 February 2015


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