VARIATION CALAGE dans heliciel
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Variation de pas, L'hélice à pas variable

contra rotating propeller

Un petit rappel de la nuance entre pas géométrique et pas effectif sera peut être utile avant de consulter cette page:pas helice géométrique et effectif Dans le langage courant, l ' expression hélice à « pas fixe » est impropre car, en fait, elle désigne une hélice dont le calage est fixe, mais dont le pas varie tout le long de l'envergure de la pale (vrillage). Variation du pas des hélices de propulsion
L'hélice est un organe assimilable à une vis qui transforme le mouvement de rotation du moteur en mouvement de propulsion, de translation de l'avion ou du bateau ; elle transforme un mouvement circulaire en un mouvement rectiligne, tout comme l'ensemble constitué par les roues et les organes de transmission pour les véhicules terrestres. Mais ces derniers prennent appui sur une surface solide (route, rail) alors que l'hélice s'appuie sur un milieu fluide, donc élastique. L'hélice est assimilable à une vis, mais le parallèle helice-vis n'est valable que dans une certaine mesure. Si l'hélice pouvait être considérée comme le boulon que l'on visse dans un écrou, elle n'aurait qu'une seule vitesse de translation pour un régime donné. En fait la fluidité permet à l'hélice de tourner alors que la vitesse de translation de l'avion n'est pas celle qui correspond au pas (la vitesse de translation de l'avion est déterminée par le pas de l'hélice et le nombre de tours du moteur). Cette possibilité se paie par un moindre rendement de l'hélice. En somme, du point de vue du propulseur, cette "élasticité" du fluide présente un avantage : plage, souplesse de fonctionnement de hélice ; un inconvénient : perte de rendement (recul).
La variation de pas de l’hélice avion:
Le système de transmission serait théoriquement une boîte de vitesses qui n'est donc pas à considérer dans l'aviation - trop lourd et il faut supprimer le couple-moteur pour passer d'un rapport de vitesse à l'autre. Il reste à considérer le propulseur, l'hélice Pour obtenir la constance du produit indiqué plus haut, nous disposons de plusieurs éléments : la surface des pales, la forme générale de leurs profils , la courbure du profil, le calage de la pale par rapport à l'axe de l'hélice. On peut agir sur la surface des pales soit en faisant varier le diamètre (par exemple, pale dont le pied se visse ou se dévisse à volonté), soit en faisant varier la profondeur de la pale (hélice à fente, par exemple) et ce fut le cas de l'hélice Clarence Holman, réalisée aux États-Unis et qui comportait un volet de bord d'attaque, comme il en était pour l'aile du Potez 36. :

aile a fentes

Soit encore comme suit: sur un même moteur, deux hélices tournant en sens inverse pour les phases décollage, montée, vol lent; pour le vol rapide, une seule hélice en fonctionnement, l'autre tournant en roue libre. Et l'on retrouve là le cas de l'hélice française Salaun ; celle-ci était constituée par deux hélices semblables montées sur l'arbre moteur, l'une derrière l'autre; les deux hélices exécutaient le mouvement de rotation de toutes les hélices mais, de plus, l'hélice avant avait la faculté de coulisser sur l'arbre, ce qui fait que la fente entre les deux hélices était variable en largeur et elle variait automatiquement. On peut agir sur le profil par un artifice qui modifie l'écoulement autour de ce profil. Bréguet, vers 1930, réalisa une hélice à pales creuses: des trous percés le long de l'intrados, provoquaient des effets de tuyère qui intervenaient sur la distribution de l'écoulement. Solution difficile à réaliser, comme les précédentes.
juste pour se faire une idée de la complexités d'un système d'hélice à pas variable(avion)

schema d'un système de pas variable hydraulique

plan helice pas variable

vue en coupe d'une hélice a pas variable

variation pas helice hamilton

Synthèse des systèmes de variation de pas helice avion:  
L'évolution de l'hélice à pas variable s'est faite ainsi. Si l'on considère la gamme des pas:
Si l'on considère le mode de commande, et dans chacune des catégories précédentes: Si l'on considère l'énergie mise en jeu pour changement de pas Si l'on considère le système de commande rotation des pales La commande mécanique: 
Avec ce type de commande, l'énergie nécessaire à la variation de pas est empruntée au moteur ; pour cela on monte un embrayage entre carter du moteur et le système de commande des pales (solidaire de l'arbre moteur) ; lorsque l'embrayage est mis en fonctionnement, il assure la variation de pas de l'hélice par l'intermédiaire de l'un des systèmes de commande dont il vient d'être parlé et d'un réducteur. L'embrayage peut être actionné soit à la main, soit à l'aide de coupleurs, ceux-ci étant électromagnétiques ou pneumatiques.
La commande électrique:  
Deux types de réalisation : moteur mobile fixé en bout d'arbre et entraîné par l'hélice ; moteur fixe. Dans un cas comme dans l'autre, le mouvement de rotation du moteur électrique est transformé _par un réducteur en un mouvement de rotation de la pale d'hélice. Avec l'énergie électrique, on utilise une source indépendante du fonctionnement du moteur, ce qui est un avantage et un inconvénient. La régulation est facile à réaliser avec ces hélices, mais ce système présente une certaine fragilité surtout dans le cas du moteur électrique tournant et une grande quantité de courant est nécessaire pour obtenir une variation de pas rapide.
La commande hydraulique : 
Comme dans le cas de la commande mécanique, ce type d'hélice ne fait appel à aucune énergie de servitude : il utilise l'huile du circuit qui alimente le moteur. Trois variantes : à cylindre mobile et piston fixe (Rotor), à cylindre fixe et piston - à simple effet - mobile (Hamilton) à cylindre fixe et piston - à double effet - mobile (Hamilton). Dans les réalisations comportant un piston qui ne travaille que sur une seule face, l'hélice est à deux pas, en général, l'un des pas étant obtenu par la pression de l'huile sur le piston, alors que c'est la force centrifuge qui ramène l'hélice à l'autre pas. La position « drapeau par contre, peut être facilement obtenue avec les pistons à double effet.
La régulation: 
Depuis l'origine, la commande manuelle du pas apparut comme provisoire. Le pas devait varier automatiquement, soit d'une façon continue, soit parfois presque instantanément. Depuis l'origine donc il était admis implicitement que la variation de pas nécessitait un régulateur automatique.
La variation de pas de l'hélice de bateau
Malgré leur complexité supplémentaire, les hélices à pas variable offrent des avantages certains aux bateaux: les systèmes de variation de pas son nombreux , observons deux types de variation de pas:

helice pas variable

Un simple coup d’œil sur l’évolution des ventes d’hélice à pas variables nous donne une idée de la place qu' a pris ce système dans la construction naval:

graphique pas variable

 

 

 

variation de pas d'une hélice motrice éolienne hydrolienne

Les éoliennes utilisent la variation de pas principalement comme moyen de régulation de leur puissance:

Les vitesses de vent élevées sont certes très intéressantes d'un point de vue énergétique mais elles sont peu fréquentes. Inutile donc de sur dimensionner l'éolienne pour celles-ci . Car le prix de certains composants augmente rapidement avec la puissance qu'ils doivent transmettre. C 'est pourquoi les aérogénérateurs modernes sont conçus de manière à atteindre leur puissance nominale à environ 15 m/s et sont arrêtés automatiquement vers 25 m/s. Pour limiter la puissance qui augmente avec le cube de la vitesse du vent, il est nécessaire de prévoir un système de régulation. Sommairement, on en distingue deux sortes:

Autres atouts du système à pas variable:

mecanisme pas variable eolienne

La régulation de la vitesse de rotation se fait aussi à l'aide de moteurs électriques, pour les grandes puissances. Dans ce cas, on utilise soit des moteurs individuels pour chaque pale, synchronisés entre eux, soit un moteur électrique unique pour l'ensemble des pales. Les moteurs pas à pas démultipliés entraînent des roues dentées qui engrènent sur les roues dentées fixées sur la racine de chaque pale. La commande se fait à travers l'arbre primaire.
Quelle que soit la méthode employée, le dispositif contrôle le pas de manière permanente. II facilite le démarrage en donnant. aux pales, un angle de calage suffisant. Entre la vitesse de vent de démarrage et la vitesse de vent nominale , il fait fonctionner la machine au maximum de son rendement aérodynamique. Entre la vitesse de vent nominale et la vitesse de vent maximum, il limite la puissance captée en augmentant le pas. Lorsque la vitesse de vent atteint la valeur maximum, il arrête l'éolienne en mettant ses pales en drapeau.