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L' optimisation de l'hélice passe par l' analyse de ses performances aux différents points de fonctionnement.
Le point de fonctionnement d'une hélice, qu 'elle soit de captage ou de propulsion, est défini par la vitesse de rotation et la vitesse de déplacement du fluide(ou du véhicule).L'hélice doit bien sur être crée pour avoir le vrillage correspondant au point de fonctionnement le plus courant.
- La vitesse du fluide sera pour un bateau la vitesse de croisière, ou pour une eolienne la vitesse de vent la plus souvent rencontré, pour un ventilateur se sera la vitesse réalisant le débit souhaité.
- La vitesse de rotation sera celle ou le moteur ou le générateur offre son meilleur rendement(si possible sinon une démultiplication peut être appliquée).
Heliciel permet donc de créer le vrillage adapté au point de fonctionnement , pour cela lorsque il suffit d' utiliser la fonction "construire vrillage optimum".
Dans la réalité, l'hélice ne fonctionne pas toujours a la vitesse de rotation de "design". Il faut donc être dans la possibilité de déterminer les performances de l'hélice lorsqu 'elle sort de son point de design. Heliciel vous permet donc aussi de modifier la vitesse de rotation ou la vitesse du fluide et tester les performances en conservant le vrillage, vous êtes alors en mode "hors design"
L' analyse multiple permet de tracer des courbes et de collecter les performances "hors design" d'une géométrie d'hélice fixée. Cette géométrie peut avoir été donné par la fonction Re construire le vrillage optimum ou bien être déterminé en mode rétro-conception (modelisation d'une hélice existante) .
- Utiliser l' analyse multiple:
Pour afficher l' interface d' analyse multiple cliquer sur "Analyse multiple" dans la barre d' outils d' Heliciel:
Ou bien sous l' onglet Optimiser, utiliser le bouton "analyse multiple":
- Déterminer le paramètre variant: Les points de fonctionnements sont déterminés par la vitesse fluide et la vitesse de rotation, les paramètres variant de l' analyse sont donc:la vitesse de rotation et la vitesse du fluide.
Sélection du paramètre variant
- Déterminer la plage de test: Le paramètre variant est testé dans la plage fixée. Cette plage de test sera divisée en 10 points de test.
- Vous pouvez sélectionner 2 types d' analyse:
- "Actualisation vrillage": Si vous désirez que le vrillage optimum soit adapté a chaque point de fonctionnement testé, héliciel actualisera le vrillage et calculera les performances de l'hélice a chaque point de test. Vous pourrez ainsi vérifier les performances optimums qu' offre votre hélice aux dimensions de pales données.
- "Hors design/Rétro conception": Le vrillage et le calage de l'hélice seront constant et l'hélice sera analysée en mode hors design.Vous verrez ainsi l' évolution de performances d'une hélice donnée en dehors de son point de design.
Il ne reste plus qu 'a lancer l' analyse.
Les graphiques peuvent être enregistrés, un graphique "comparer" permet d' afficher les courbes choisies, les données de calculs sont enregistrables au format texte ou tableur...
Les plages de test choisie peuvent donner des résultats qui sortent totalement du mode de fonctionnement de l'hélice et donner par exemple des rendements négatifs: Ici pour exemple la plage de vitesses de rotation testées pour cette hélice propulsive, nous indique qu 'a la vitesse fluide de 2 m/s, notre hélice commencera a fonctionner a partir de 200 tours minutes avec un rendement propulsif de 0.7, puis atteindra un optimum de 0.9 a 240 tours minutes. Par contre de 100 a environ 180 tours minutes, le rendement est négatif, notre hélice fonctionne en captage d'énergie...Pour cela une hélice de captage serait plus efficace.
Recherche de vitesse de rotation réelle pour les moteurs et générateur électrique couplés aux hélices.
- Les moteurs électriques "Série" ont une vitesse de rotation qui est définie par le couple résistant qui leur est appliqué. Pour déterminer la vitesse de rotation d'un moteur de ce type il faut trouver la vitesse au point intersection entre la courbe de couple moteur et la courbe de couple résistant de l'hélice.
- Pour un générateur de type éolienne actionné par une hélice de captage , le problème est identique, il faut trouver la vitesse au point intersection entre la courbe de couple résistant du generateur et la courbe de couple de l'hélice.
Dans les 2 cas la vitesse de rotation réelle du système sera déterminée par l' équilibre des couples résistants et des couples moteurs.
Pour visualiser rapidement quelle sera la vitesse de rotation de votre système generateur/helice ou moteur électrique/helice, il suffit de superposer la courbe de couple de l'hélice et la courbe de couple donnée pour le moteur ou la génératrice.
Pour faciliter la résolution graphique du point de fonctionnement réel du système, il est possible d'inserer votre courbe de couple (fournie par le fabriquant de générateur ou moteur) et la faire apparaître en superposition:
saisie de la courbe de couple :
Il est ainsi possible d' entrer plusieurs couple représentant plusieurs moteurs ou générateur (3 courbes moteurs dans l' exemple ci dessous) et de lancer une édition de courbes de performances en fonction de la vitesse de rotation pour visualiser directement les vitesses de rotation et les performances d'une même hélice montées sur une gamme de moteurs ou générateurs de puissances différentes:
Ici nous trouvons donc que:
- l'hélice montée sur le moteur dont le couple est décrit par la courbe 1 fonctionnera a 1300 Rpm
- l'hélice montée sur le moteur dont le couple est décrit par la courbe 2 fonctionnera a 1750 Rpm
- l'hélice montée sur le moteur dont le couple est décrit par la courbe 3 fonctionnera a 2400 Rpm
Nous pouvons aussi superposer les données de puissance et de poussée afin de connaître les performances du système dans les trois cas :
Ici nous trouvons donc que:
- l'hélice montée sur le moteur dont le couple est décrit par la courbe 1 fournira une poussée de 150 newton a 1300 Rpm avec une puissance a l'arbre de 300 watts environ
- l'hélice montée sur le moteur dont le couple est décrit par la courbe 2 fournira une poussée de 250 newton a 1750 Rpm avec une puissance a l'arbre de 1200 watts environ
- l'hélice montée sur le moteur dont le couple est décrit par la courbe 3 fournira une poussée de 550 newton a 2400 Rpm avec une puissance a l'arbre de 3400 watts environ
Bien sur ces valeurs ne sont valides que si l' hélice a des propriétés de résistances mécaniques suffisantes pour résister aux poussées calculée et que si la cavitation ne vaporise pas le fluide.Il faut donc contrôler ces paramètres aux vitesses de rotations trouvées!
