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Cet article donne un exemple de conception d'une paire d'hélices contra rotatives avec le logiciel HELICIEL
- L'hélice contra rotative présente des avantages divers:
- suppression du couple de renversement et du couple gyroscopique, d' où accroissement de la maniabilité.
- sillage redressé, l'énergie perdue dans la mise en rotation du débit de fluide est récupérée par la seconde hélice
- diamètres plus petits
- et quelques inconvénients:
- une complexité plus grande
Ses avantages font que l'hélice contrarotative est utilisée
- aussi bien pour les hélices de propulsion marine:
- que les hélices de propulsion aérienne:
- Certaines éoliennes commencent aussi a utiliser le gain apporté par la récupération de la mise en rotation du fluide par la première hélice
- Les turbines hydrauliques équipées de stator distributeur de fluide peuvent aussi être considérées comme des helices contrarotatives dont la première helice est fixe..
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Pour être complet, Heliciel se devait donc d' envisager la conception des hélices contra rotatives en intégrant un paramètre d' introduction de flux tangentiel ...explication:
L'hélice contrarotative se compose de deux hélices tournant en sens contraire.
La première helice est optimisée comme une hélice normale.(On utilisera donc héliciel pour calculer et créer une hélice normale de propulsion marine aérienne ou un eolienne, hydrolienne.) .
Pour exemple nous prendrons une hélice aérienne tripales de diamètre 1800 mm tournant a 1000 tours/minute évoluant à 201 km/h(56 m/sec):
La seconde hélice qui sera placée en aval recevra un courant de fluide dévié (composante tangentielle) et accéléré (composante axiale) par l'hélice amont. La seconde hélice devra donc avoir un vrillage et un calage optimisé avec des paramètres de vitesse fluide légèrement différent de la première. Elle devra bien sur aussi avoir un sens de rotation inversé.
Pour créer notre hélice avale, nous allons utiliser les résultats de notre helice amont pour connaître la vitesse de fluide en entrée et la composante tangentielle a parametrer:
Dans la zone résultat de notre helice amont ,au niveau de l' élément situé aux environs de 0.75 fois le rayon de pale(zone la plus efficace de l'hélice), nous allons relever la vitesse aval axiale:58.7 m/sec (ce sera la vitesse fluide de notre seconde helice) et la vitesse avale tangentielle:4.8 rad/sec (ce sera la valeur de l' introduction de flux tangentiel de notre seconde hélice)
Apres avoir bien pris soins d' enregistrer notre helice amont, nous allons la transformer en hélice aval en modifiant la vitesse fluide de 56 m/sec par la valeur relevée précédemment:58.7 m/sec car c'est cette vitesse que percevra notre hélice aval.
L'hélice amont à aussi dévié le flux en rotation, nous allons donc utiliser le menu paramètres/ introduire flux tangentiel. pour entrer notre valeur de 4.8 rad/sec relevé précédemment. Notez que la valeur du flux tangentiel introduit doit être négative dans notre cas car elle est contraire au sens de rotation.
Il nous reste plus qu 'a lancer la reconstruction avec ces nouvelles données pour calculer le vrillage et les performances de notre hélice aval:
Il faudra bien sur penser a inverser le sens de rotation sous l' onglet 3D pour reconstruire une géométrie inversée avant l' export vers votre cao au format igs
les performances de poussées, de l 'hélice amont et avale, devront donc être cumulées, ainsi que leur couple à l'arbre et leur puissance si l'on veut connaître la puissance , couple et poussée totale de notre helice contrarotative. Une donnée sera par contre incohérente: c'est le rendement qui pourra dépasser 1 au niveau de l'hélice avale car il est calculé sans tenir compte de l' apport d'énergie du flux tangentiel qui est récupéré et qui donne donc un surplus de puissance anormal. Mais la moyenne des rendements des deux hélices nous donnera un rendement global inférieur a 1.
La fonction de conception des hélices contrarotatives à été rendue possible par la possibilité de parametrer un apport de flux tangentiel en amont des hélices. Ceci permet aussi de calculer des couples rotors stator ...Cette fonction est en version beta , n' hésitez pas a me faire part de vos observations pour l' améliorer.
La création des vrillages optimisés pour la contrarotativité des hélices est un gain de temps dans la conception, mais une phase de test et de validation par prototype est bien sur incontournable pour comparer la théorie a la pratique.
