Nous allons voir dans ce didacticiel comment construire une hélice d'avion avec HELICIEL. Héliciel permet une construction de la géométrie et une analyse des performances de l'hélice. Un plan de pale constitué de ses profils avec leurs calages pourra être edité. Un modèle 3D est également réalisé et le prototypage sera possible grace au fichier IGS de pale lisible par les machines a commande numeriques ou autre machines de prototypage rapide. Cette hélice d' avant projet devra bien sur être testée et évaluée sur des modèles ou bancs de test sans mettre en danger la sécurité des personnes!

 

Ouvrons un modèle d' hélice avion dans héliciel

 

Les données à rassembler (nous avons pris ici pour exemple un modèle réduit) avant de débuter la construction de notre hélice sont:

• Vitesse de vol estimée.(120 km/h environ = 34 m/sec)
• Vitesse de rotation du moteur (8000 Rotation Par Minutes) offrant le meilleur rendement (votre moteur tournera à son meilleur régime, il sera économique en carburant et ne subira pas d' usure prématurée..)
• Longueur maximum de pale que notre avion pourra avoir sans gêner les phases d'atterissage (140 mm). L'hélice la plus grande est l'hélice qui aura le meilleur rendement ...à condition que la vitesse de bout de pale reste inférieur au vitesses transsonique (0.7 fois la vitesse du son environ donc au dessous de 700 km/h environ) Si la vitesse est supérieur les performances aérodynamiques se dégradent et l'hélice perd de son rendement.
• Encombrement du capot moteur (75 mm) qui déterminera le rayon au pied de pale, il n'est pas utile que nos pales soient profilées devant le capot (sauf si l'on veut refroidir le moteur)
• Résistance a l' avancement (Traînée newtons) estimée à cette vitesse.(30 newtons) La traînée des ailes et ailerons peut être étudiée avec HELICIEL dans un projet de réalisation d'ailes. La traînée des formes géométriques peut être évaluée avec MECAFLUX. L' addition des traînées à la vitesse donnée sera la poussée que votre hélice devra fournir a la vitesse donnée.
• Couple du moteur a cette vitesse de rotation 1,9 N.m
• Une courbe de couple du moteur en fonction du régime permettra de vérifier si la courbe de couple demandé par l'hélice en fonction de sa vitesse de rotation reste toujours inférieure à la courbe moteur..

Entrons les "Données projet"

onglet 1:Données projet

• onglet 1.1 Fluide: cliquez sur modifier le fluide et selectionnez air a 20 degrés et choisissez altitude 0 metres (cliquer oui au choix proposé):

Vous devriez obtenir ces parametres fluides:

• onglet 1.2 Objectif:laisser Hélice propulsive
• onglet 1.3 Point de fonctionnement:
  • vitesse fluide: entrez 34 m/s
  • Vitesse rotation=régime moteur préférentiel : entrez 8000 tours/minute

Sous l' onglet 2 "Géométrie de pale" nous allons entrer les dimensions des pales de l' hélice que nous desirons construire:

 

onglet 2.1 Dimensions des pales:

• Longueur de pale
  • Rayon en bout de pale = 140 mm
  • Pied de pale: nous réglons le rayon au pied de pale (Zone ou la pale commencera à être profilée avec efficacité) à 26 % soit 36.4 mm pour qu'il commence environ au niveau du capot moteur (75 mm d' encombrement / 2 nous donne le rayon de pied de pale approximatif)

• Largeur de pale
  • corde pied de pale: entrons 30 mm
  • Cordes bout de pale: une pale effilée terminant avec une corde de 8 mm
• Cordes intermédiaires: nous choisissons dans cet exemple, une repartition linéaire, donc nous cliquons sur "linéariser" et n'utilisons pas le curseur de modification des distributions.

Attention: A chaque modification de corde il est imperatif d'actualiser la distribution des cordes en cliquant sur "Linéariser". Vous pourrez ensuite modifier cette distribution avec le curseur. Si vous désirez mémoriser une distribution, notez l'équation de distribution , vous pourrez ainsi l'appliquer dans un prochain reglage...

 

• L'épaisseur de pale ne sera pas entrée car nous avons choisis la "loi de profil constant" dans l' onglet 2.2 , avec le profil NACA1408 chargé avec le projet helice par defaut. Ceci implique que les largeurs de pale(corde) détermine aussi l'épaisseur de la pale(épaisseur relative a la corde).

Nous aurions pu déterminer le nombre de pales, mais nous nous intéresseront au nombre de pales lors de l' optimisation de notre hélice.

Maintenant il ne nous reste plus qu 'a lancer la construction de notre pale (cliquer sur ) et tester ses performances en cliquant sur le bouton nouveau vrillage de pale: Ceci a pour effet de construire le vrillage de notre pale d' hélice optimisé pour le point de fonctionnement decrit par la vitesse de rotation et du fluide.

 

Le volet résultat affiche les performances de notre helice et l' onglet modèle 3D est actualisé.

en observant de plus près les performances nous allons vérifier si notre poussée et notre puissance correspondent au besoins de notre avion:

A 120 km/h nous avons estimé que notre avion a une traînée de 30 newtons. nous avons relevé sur la courbe moteur que le couple à 8000 rpm était 1,9 N.m

• Puissance Kw=( Couple(N.m) X Vitesse(rpm) )/9550

Grâce a la formule donnée ci dessus nous savons aussi que la puissance de notre moteur à 8000 rpm est de (1,9 X 8000) /9550 =1,59 Kw soit 1590 watts environs.

Nous voyons que notre hélice nous délivre une poussée de 22 newtons environ avec un couple de 1,1 newton et une puissance à l'arbre de 947 watts environ.

La poussée calculée ( 22 newtons ) est légèrement inférieur a la traînée estimée (30 newtons) nous pouvons estimer que notre avion ne pourra pas atteindre la vitesse demandée, Comme nous avons un peu de marge de puissance ,la puissance moteur(1590 watts) étant supérieur a la puissance a l'arbre(947 watts) , nous pouvons tenter d' augmenter la vitesse (passons à 10 000 rpm) pour augmenter la poussée:

• Nous allons reconstruire notre pale et son vrillage (cliquer sur ) pour qu 'elle corresponde à ce nouveau point de fonctionnement et actualiser les performances:

 

Et nous obtenons notre nouvelle poussée de 33 newtons à 10000 rpm

 

Nous remarquons que la puissance demandée a l'arbre est passée à 1456 W et que notre couple resistant a l'arbre helice est maintenant de 1,4 N.m.

• Ces 11 newtons de poussée nous coûtent 509 W..

Nous avons donc choisis la voie de la puissance pour augmenter notre poussée, nous aurions pu peut etre, en ces temps d' économie d'énergie, tenter d' optimiser notre hélice! Nous allons voir comment optimiser notre hélice d' avion...

Didacticiel conception helice avion (2/2)