Suite du didacticiel conception helice avion (1)

Connaissant :

• la vitesse de rotation optimum de notre moteur: 8000 rpm (celle qui nous offre le plus de puissance en consommant le moins d'énergie , c'est la vitesse de rotation pour laquelle le moteur a été conçu)
• le couple de notre moteur a cette vitesse est de 1,9 N.m
• la vitesse de notre avion en vol de croisière: 180 km/h
• la traînée de notre avion: 30 newtons
• la longueur de pale maximum de notre hélice: 140 mm

Les paramètres à notre disposition pour optimiser notre hélice sont:

• le nombre de pale (consultez ce rappel sur les paramètres d' optimisation du nombre de pale)
• la distribution de la corde (consultez ce rappel sur les paramètres d' optimisation de la distribution de corde)
• la forme des profils (consultez ce rappel sur les paramètres d' optimisation des profils)

A la vitesse de rotation imposée, nous avions obtenus (didacticiel conception helice avion) des résultats de poussée un peu faible 27.6 N au lieu de 30.

Pour augmenter la poussée sans augmenter la vitesse de rotation nous pourrions utiliser ce que nous avons vu sur la forme des profils, c'est a dire augmenter le cambre de notre profil.Sous l' onglet 2.2"loi de profil" nous voyons que le profil utilisé pour notre pale est le naca 1408

En cliquant sur "choisir un autre profil" la base de données de profils s' affiche, sous l' onglet "Base données" la grille des données de profil peut être triée en cliquant sur la tête de colonne. L'entete cz_f max indique les coefficients de portances des profils a finesse maximum. en cliquant sur le titre de colonne cz_fmax la base de donnée va être ordonnées en classant les profils suivant leur coefficient de portance.en cliquant un nouvelle fois sur le titre cz_fmax l' ordre de tri est inversé:Résultat vous avez en haut de la grille le profil fournissant le meilleur coefficient de portance.Cliquez sur la première ligne et la forme du profil sélectionné s' affichera :

Dans cette base de donnée le profil offrant le meilleur Cz(coefficient de portance) est donc le naca 6412. Notons au passage que le cambre est plus prononcé...que le naca 1408 que nous utilisions. Pour appliquer ce nouveau profil à notre hélice cliquez sur "Profil par défaut pour tous les éléments de pale"

Cliquez ensuite sur "reconstruire le vrillage au point de fonctionnement":

et les performances de notre hélice s' affichent :

Notre poussée 56 N à effectivement augmenté grâce a l' augmentation de la portance mais notre couple aussi 3.6 N.m alors que nous disposons uniquement de 1,9 N.m

Pour diminuer le couple sans varier la vitesse de rotation nous pourrions retourner dans la base de données et chercher un profil qui aurait un Cx (coefficient de traînée en grande partie responsable du couple) plus faible de la même manière que nous l' avons fait pour chercher un coefficient de portance plus fort. Mais nous somme dans un didacticiel et nous allons donc choisir de réduire le nombre de pale pour changer de voie..

Comme la poussée est plus importante que ce dont nous avons besoin , enlevons quelques pales(il y en a 7 c'est peut être un peu beaucoup!), au prix des pales...cela fera des économies:

Sous l' onglet 3"Optimiser" je peux modifier le nombre de pales:

passons a 5 pales et reconstruisons:

La poussée est passée à 42 N et le couple à 2.46Nm , la poussée et le couple ont baissé mais pas suffisamment pour notre objectif de 30 N pour 1.9 Nm,

Passons à 3 pales et reconstruisons:

résultat:

Le couple est passé au dessous de 1.9Nm mais la poussée n'est que de 26 N

Une pale de plus? non ça coûte trop cher, et nous avons compris comment modifier le nombre de pale fait varier nos performances.

Essayons de modifier un peu la géométrie de notre pale: pour augmenter la poussée je peux augmenter légèrement la surface de pale en modifiant la distribution des cordes des profils:

Je passe d'une distribution des cordes elliptique de 0.7 à 0.4

ce qui a pour effet de gonfler un peu ma pale:

et reconstruisons:

 

Ma poussée de 30 Newton est obtenue avec un couple de 1,7Nm.

Nous avons vu ici comment adapter notre hélice au conditions de fonctionnement imposées mais en terme de rendement propulsif notre hélice nous offre que 0.74.. Un travail sur le profil pourra peut être nous faire gagner un peu de rendement..

Les paramètres sont multiples pour optimiser un hélice. Il n'y a pas de recette miracle car les cahiers des charges sont aussi variés que les objectifs poursuivis. HELICIEL regroupe les fonctions pour rapidement tester les hypothèses d' optimisation que nous voulons suivre mais le choix des compromis est infini et reste entre vos mains.

Didacticiel conception helice avion (1)

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