Nous avons vu les parametres de base a connaitre dans: construire helice eolienne. et dans eolienne et puissance du vent

Nous allons maintenant voir comment procéder avec HELICIEL pour construire une helice, donc dimensionner tester et editer les plans de notre hélice d'éolienne.

Pour commencer a construire l' helice nous ouvrons un modele éolienne dans héliciel:

Dans un premier temps nous allons construire une helice simple en supposant que notre eolienne est a pas fixe et qu'elle est étudiée pour une seule vitesse de vent. Nous avons choisis de construire une eolienne tripale car nous savons (voir optimisation nombre pale)que cette configuration offre un bon équilibrage des efforts.

Pour commencer rassemblons les données de notre projet:

vitesse du vent de reference choisie: Pour une pré-étude nous utilsons la carte des vent d'HELICIEL accessible sous l'onglet "objectif":

En survolant en en cliquant sur notre position sur la carte(zone 4), les données de puissance et de vent s'actualisent en haut de la carte :

Nous choisissons la vitesse de vent a 10 metres =5.5 m/sec

Vitesse de reference choisie=5.5 m/sec

La puissance du site par m² = 0.5 X masse volumique X S X (Vitesse)³ = 0.5 X 1,143 X 1 X (5,5)³= 95 w par m²

Nous avons vu sur la page eolienne et puissance du vent que des corrections a la vitesse de vent peuvent etre apportées suivant la hauteur et le terrain, dans ce didacticiel simple utilisons les vitesses données par la carte.

Nous avons vu que nous ne pourrons effectivement recuperer que 60% de l'énergie du site donc notre ce qui nous ramene a une puissance de 95X0.6 = 57 w/m²

nous avons decidé que la grandeur max de nos pales sera limitée à 2 metres.La surface captée sera donc de 3.14 X 2²=12.56m²

Notre longueur de pale choisie est de 2 metres

La puissance max de notre éolienne si elle était parfaite ne pourait donc pas exeder 12.56 X 57=716 w max à l'arbre d' hélice. Nous savons que les pertes dues au rendement du systeme ne nous laisserons que 40% de cette puissance et nous ne devrons donc pas espérer plus 0.4X1500=286,4 w environ de production.

La correspondance puissance= couple X vitesse rotation pourrait nous permettre de définir le choix du générateur. Mais il nous manque une donnée pour definir notre générateur: la vitesse de rotation. Nous pourions faire le choix de la vitesse de rotation de l'hélice en fonction de la vitesse d'un génerateur produisant approximativement la puissance estimée a l'arbre mais rien ne nous dirait que notre hélice tourne a la vitesse optimum pour la vitesse de vent sélectionnée et notre rendement serait certainement mediocre.

Nous n'avons aucune idée de la vitesse de rotation a adopter! Nous connaissons uniquement la vitesse du vent et la longueur de pale.

Avec heliciel nous allons donc chercher la vitesse de rotation optimum de notre hélice:

sous l'onglet données projet>fluide cliquer sur "modifier fluide" , choisir air, et temperature 20°, cliquer sur utiliser ce fluide, une fenetre vous demande de rentrer l'altitude pour calculer la masse volumique.Entrez 500 metres par exemple et cliquez sur Ok.Les données de fluides sont actualisées pour votre site.

• Sous l'onglet données projet>point de fonctionnement entrons la vitesse du fluide choisie:5.5m/sec et une vitesse de rotation au hasard de 1000 tours/minutes

• Sous l'onglet 2:Géometrie pale>dimensions pale entrez le rayon en bout de pale(2000) et un rayon au pied de pale avec le curseur de 10% par exemple

• verifiez que votre loi de profil est bien reglée sur profil constant , si le profil n'est pas le naca1408, en cliquant sur choisir un autre profil selectionnez le profil NACA 1408 dans la base de données.

• Nous allons reconstruire maintenant notre hélice pour voir si les parametres sont valides.Notez au passage la vitesse en bout de pale générée par notre vitesse de rotation et notre longueur de pale(754 km/h cela frise la vitesse du son).

La listes des alertes vous signale des erreurs et des solutions proposées:Parmis les erreurs vous retrouvez "Défaut d'induction nulle ou négative de l'élément n°...". Ceci est révélateur d'une vitesse de rotation inadaptée.Dans les solutions proposée vous trouvez "optimiser vitesse rotation".Ceci vous renvois à l'onglet 3:Optimiser: cliquez sur estimation rapide

Une procedure de recherche de vitesse de rotation optimum pour la vitesse de vent et la geometrie de pale sélectionnée est lancée.Une vitesse de roation optimum (390 tours minutes) vous est proposée, cliquez sur oui pour que héliciel reconstruise l'hélice et actualise les performances de votre hélice.

 

La liste des alertes indique des ruptures au niveaux des éléments 3 4 5 , la puissance a l' arbre est de 558 w et le couple est de 13.68 Nm pour une vitesse de 390 tours minutes. Il nous faut maintenant trouver un générateur dont la vitesse de rotation et le couple corresponde a notre hélice. Nous pouvons modifier notre choix de profil et notre géometrie de pale (distribution de corde par exemple) et relancer une recherche de vitesse de rotation optimum pour essayer d'ajuster les performances au générateur dont nous disposons. HELICIEL permet de tester rapidement des milliers de configuration et de compromis. N'oubliez pas d'enregistrer les configurations d'helice qui vous parraissent bonnes pour y revenir en cas de besoins. les plans et courbes de puissance pourrons etre editées via le menu edition du logiciel .les courbes de couple en fonction de la vitesse de rotation peuvent etre tres utiles pour la recherche du meilleur compromis générateur hélice.

 

Interessons nous une seconde a la resistance et aux alertes de rupture: selectionnez dans la zone des résultats l'onglet résistance pour voir les valeurs de flexions et de flexion max par élément.

La résistance de notre pale est calculée suivant l'épaisseur,la matiere et la sructure de l'armature. Nous allons modifier la matiere de la pale et voir comment la résistance évolue: Sous l'onglet 2:géometrie pale>Option avancées géometrie vous pouvez voir la matiere actuelle de l'élément de pale selectionné.

En cliquant sur choisir matiere vous ouvrez l'éditeur de matier.Choisissez "Laminé unidirectionnel carbonne_époxy" et cliquez sur "utiliser cette matiere pour tous les éléments de la pale":

La resistance est recalculée en prenant en compte cette nouvelle matiere:

 

 

 

Logiciel:Heliciel