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suite:Didacticiel conception helice avion (2)
Nous allons voir dans ce didacticiel comment construire une hélice d'avion (ici un modèle réduit) 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!
Nous allons ouvrir 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" dans l' onglet 1
- Fluide: air
- Objectif:Hélice propulsive
- Point de fonctionnement:
- vitesse fluide:34 m/s
- Vitesse rotation=régime moteur préférentiel : 8000 tours/minute
Sous l' onglet 2 "Géométrie de pale" nous allons entrer les dimensions des pales de l' hélice que nous desirons construire:
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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 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:essayons 30 mm (ou relevons la largeur sur une hélice que nous avons déjà choisi)
- Cordes intermédiaires: Une ellipse de 0.7 répond au conditions de bonne répartition de la portance.Nous n' utiliserons pas de galbe de pale.
- L'épaisseur de pale ne sera pas entrée car nous avons choisis la "loi de profil constant" dans l' onglet 2.2 , ce qui 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 pale lors de l' optimisation de notre hélice.
Maintenant il ne nous reste plus qu 'a lancer la construction de notre pale 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 27 newtons environ avec un couple de 1,5 newton donc une puissance demandée a l'arbre de 1240 newtons environ.
La poussée estimée est légèrement inférieur a la traînée estimée,la puissance moteur étant supérieur a la puissance a fournir nous pouvons estimer que notre avion ne pourra pas atteindre la vitesse exactement de mandée, Comme nous avons un peu de marge de puissance nous pouvons tenter d' augmenter légèrement la vitesse(8500rpm) pour augmenter la poussée.Nous allons reconstruire notre pale et son vrillage pour qu 'elle corresponde à ce nouveau point de fonctionnement et actualiser les performances:
Et nous obtenons notre nouvelle poussée de 31 newtons à 8500 rpm
Nous remarquons que la puissance demandée a l'arbre est passée à 1400 W et que notre couple demandé est maintenant de 1,58 N.m.
Ces 3 petits newtons nous coûtent 200 W..
Nous avons donc choisis la voie de la puissance pour augmenter notre poussée, nous aurions pu, en ces temps d' économie d'énergie, choisir d' optimiser notre hélice!Nous allons voir comment optimiser notre hélice d' avion...
Didacticiel conception helice avion (2)
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