Pour l'hélice éolienne, de propulsion de bateau, d'avion ou de ventilateur la question se pose mais la reponse est toujours le fruit d'un compromis. Comment choisir le bon nombre de pales? Nous avons parlé dans l'article sur l'optimisation de l'hélice en général de l'influence du nombre de pales. Mais les contraintes du cahier des charges d'une hélice sont nombreuses, si le milieu est liquide (helices de bateaux), le nombre de pale permet d'agir aussi sur la cavitation. Plutot qu' apporter une réponse comme "le meilleur nombre de pale c'est 5", voici une petite reflexion sur le role du nombre de pale dans l'adaptation des hélices..

Pourquoi un moteur plus puissant aurait besoin de plus de pales ?

Pour comprendre ce problème, il est important de comprendre qu 'une hélice doit être adaptée aux besoins spécifiques d'un moteur. Le travail de l'hélice est à d' absorber la puissance produite par le moteur et de la transmettre au flux d'air traversant le disque de l'hélice. l'énergie ainsi transmise à l'air pour l'accélérer genere une force de poussée sur les pales de l'hélice. Si l'hélice et le moteur ne sont pas bien appariées en fonction de la puissance du moteur, le systeme perd de l'efficacité et la performance en souffre. Quand la puissance des moteurs augmente, le concepteur à un nombre limité d'options pour la conception d'une hélice capable d'absorber efficacement une plus grande puissance:

1. Augmenter l'angle d'attaque des pales de l'hélice. Ce faisant, la portance des pales augmente permettant de donner plus d'énergie au débit d'air.
2. Augmenter le diamètre du disque de l'hélice, c'est-à-dire allonger les pales. Les pales effectueront le transfert de plus d'énergie en affectant un plus grand volume d'air.
3. Augmenter la vitesse de rotation de l'hélice. La même quantité d'énergie est transférée à l'air, mais dans un laps de temps plus court.
4. Augmenter la cambrure (ou courbure) des profils. Une pale d'hélice est composé de profils, comme une aile. L'augmentation de la cambrure d'une pale d'hélice crée une plus grande force de poussée , comme la cambrure d'une aile crée une plus grande force de portance.
5. Augmenter la corde (ou largeur) de pales d'hélice.
6. Augmenter le nombre de pales.

Malheureusement, plusieurs de ces options, créent plus de problèmes qu'elles n'en résolvent et sont généralement impraticable pour des raisons diverses:

1. Angle d'attaque: La longueur de pale est fixée par l'angle qui optimise l'efficacité aérodynamique de la pale(meilleur finesse). Si cet angle est changé, c'est une perte d'efficacité en vue d'en acquérir une autre.
2. Longueur de la pale: Augmenter la vitesse de bout de pale est un problème important (voir point suivant), Comme l'hélice augmente de taille , le train d'atterrissage doit être plus long pour éviter que la pale racle sur la piste. Ce changement a un effet domino sur un certain nombre d'autres structures et induit les problèmes de poids.
3. Vitesse de rotation :Si la vitesse en bout de pale dépasse la vitesse du son les performances aérodynamiques des profils peuvent chuter...
4. Cambrure du profil: Les profils sont choisis pour optimiser l'efficacité aérodynamique. En modifiant les profils, un type d'efficacité est de nouveau sacrifié pour un autre.L'augmentation de la cambrure peu également entraîner des problèmes structurels de pale

il nous reste les deux dernières options, l'augmentation de la corde ou le nombre de pales. Tous deux ont pour effet d'augmenter la solidité de l'hélice.La solidité compare simplement la zone du disque d'hélice occupé par des composants solides (les pales), avec la zone ouverte à la circulation de l'air. L'augmentation de solidité, d'une hélice permet de transférer plus de puissance au fluide.

 

Alors qu'augmenter la corde est le plus simple, c' est aussi le moins efficace car le rapport longueur surface (l'allongement) diminue et les pertes de bout de pale augmentent en faisant chuter les performances.. Ainsi, l'augmentation du nombre de pales est l'approche la plus attrayante. Comme la puissance des moteurs a augmenté au cours des années, les concepteurs d'aéronefs ont de plus en plus ajouté de pales Une fois qu'ils ont manqué de place sur le moyeu de l'hélice, les concepteurs ont adopté L'hélice contrarotative. ils ont gagné en rendement aussi grace à la possibilité de récuperer les pertes engendrées par la mise en rotation du fluide lors de son passage dans la premiere hélice.

librement inspiré et traduit d'un article de Jeff Scott