Résultats des calculs d'hélice et d'aile : performances affichées par Heliciel

Après chaque modification de paramètre, Heliciel reconstruit la pale ou l'aile, calcule ses performances et présente les résultats des calculs d'hélice et d'aile sous plusieurs formes : cadrans de pression, de poussée, de couple, de puissance et de rendement, graphiques élément par élément, vue 3D et contrôle de résistance. Heliciel les remet constamment sous vos yeux pour que vous ne perdiez pas l'objectif fixé.

Au sommaire :

• Les questions auxquelles les résultats répondent
• Les performances générales de l'hélice ou de l'aile
• Les résultats détaillés par élément de pale
• Les résultats dans le modèle 3D
• La résistance mécanique et les alertes de rupture

1 : Les questions auxquelles les résultats répondent

Quand nous concevons une hélice ou une aile, la question principale est généralement : quelle quantité d'énergie dois-je fournir pour obtenir une quantité d'énergie transformée ? Selon le type d'étude, elle prend une forme précise :

• Pour une aile : quelle vitesse dois-je atteindre pour obtenir la portance désirée, et quelle poussée devrai-je fournir pour maintenir cette vitesse ?
• Pour une hélice de propulsion : quelle puissance sur l'arbre dois-je fournir pour obtenir la poussée désirée ?
• Pour une hélice de ventilation : quelle puissance sur l'arbre dois-je fournir pour obtenir l'augmentation de pression désirée ?
• Pour une éolienne : quelle vitesse de vent me procurera la puissance sur l'arbre recherchée ?

La qualité de l'hélice est d'autant plus élevée que l'écart entre l'énergie produite et l'énergie fournie est faible. Le rendement de l'hélice ou de l'aile est donc une information bien visible dans Heliciel, tout au long des essais de conception. Ces résultats dépendent du point de fonctionnement, que fixent la vitesse du fluide et la vitesse de rotation de l'hélice.

2 : Les performances générales de l'hélice ou de l'aile

Heliciel donne d'abord les grandeurs globales de l'hélice ou de l'aile : la différence de pression, la force axiale dans le sens du fluide, le couple dans le sens de rotation, la puissance sur l'arbre et le rendement.

Les résultats généraux : trois cadrans (Delta pression, Force axiale dans le sens fluide, Couple dans le sens de rotation) et, à droite, les onglets Puissance, Rendement et Similitude. L'info-bulle de la puissance rappelle son calcul : couple de l'arbre multiplié par la vitesse angulaire.

3 : Les résultats détaillés par élément de pale

Heliciel permet aussi d'analyser les résultats élément par élément. Chaque onglet sous le modèle 3D affiche un graphique en barres, une barre par élément de pale ou d'aile, du pied vers le bout. Voici les onglets, dans l'ordre où ils s'affichent.

Cx Cz : les coefficients de traînée (Cx, ou Cd) et de portance (Cz, ou Cl) de chaque élément.

Cx et Cz des éléments en barres bleues et dorées, du pied vers le bout de pale.

Trainées Portances : les mêmes éléments, en newtons.

Traînée et portance en newtons : deux séries de barres, dorées et bleues, donnent la force de chaque élément.

Moments Poussées : le moment et la poussée de chaque élément.

Moment et poussée de chaque élément : ces contributions s'additionnent dans le couple et la poussée de l'hélice.

Vitesses fluide : la distribution des vitesses apparentes et des vitesses induites le long de la pale.

Quatre vues : la vitesse apparente, les vitesses induites tangentielle et axiale, et la vitesse réelle de chaque élément.

Angles fluide : les angles apparents, les angles induits et l'angle réel du fluide sur chaque élément.

Les angles apparents, les angles induits et l'angle réel du fluide, élément par élément.

Angles profils : le calage de chaque profil, son angle d'incidence et son calage de portance nulle.

Les calages, les incidences et les calages de portance nulle des profils de la pale.

Résistances : la flexion appliquée à chaque élément et la flexion qu'il peut supporter (voir plus bas).

Pour chaque élément, la flexion calculée (en vert) face à la flexion admissible (en jaune).

Pressions : la distribution des pressions sur les éléments, avec la limite de cavitation (pression statique plus pression de vapeur saturante).

La distribution de pression sur une échelle logarithmique : une barre par élément et par face.

4 : Les résultats dans le modèle 3D

Certains de ces résultats apparaissent aussi sur le modèle 3D, lorsque nous sélectionnons le type de graphique. Ici, la traînée et la portance de la pale sont tracées sur chaque élément : les barres bleues et dorées partent de la pale et s'allongent avec la force.

Le modèle 3D de l'hélice, avec les traînées et les portances des éléments de pale en barres colorées. En dessous, le graphique par élément reste visible.

5 : La résistance mécanique et les alertes de rupture

Une hélice ou une aile au bon rendement doit aussi être assez résistante pour être réaliste. Vous choisissez la matière de construction dans une liste, et Heliciel teste en continu la résistance mécanique de la pale, puis la remet à jour à chaque modification de géométrie. La résistance de chaque élément s'affiche sous forme de graphique, avec la flexion maximale admissible et l'effort de flexion appliqué. Des alertes de rupture passent au rouge selon le coefficient de sécurité appliqué.

Les éléments en rouge sont ceux dont la flexion dépasse la limite admissible. Ici, la matière sélectionnée est du polystyrène : à 800 tours par minute environ, effectivement, crac !

Pour aller plus loin, nous pouvons voir comment le point de fonctionnement d'une hélice conditionne ces résultats, ou comparer plusieurs régimes avec l'analyse multiple des points de fonctionnement.