Performance helice propulsion a vitesse nulle

Présentation de la suite de logiciels mecaflux:

Modelisation helice aerienne dans heliciel

Modelisation helice bateau dans heliciel

Modelisation helice ventilation dans heliciel

Modelisation helice eolienne dans heliciel

Modelisation hydrolienne dans heliciel

Modelisation helice kaplan dans heliciel

Performance helice propulsion a vitesse nulle

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Nous avons vu avec les differents didacticiels que nous pouvions construire une helice de propulsion optimisée pour un point de fonctionnement (vitesse de rotation et vitesse fluide) donné. (Voir Didacticiel conception helice avion (1) et Didacticiel conception helice bateau (1) )

Il est interessant d'evaluer les performances de traction de notre helice lorsque la vitesse est nulle, ce qui est le cas lors du démarrage de notre bateau ou avion, ou bien de l'hélicoptere en vol sationnaire.

Pour tester les performances à vitesse nulle, d'une hélice optimisée pour une vitesse de croisiere donnée:
1. nous devrons avoir fixé auparavant le point de fonctionnement désiré pour notre hélice à vitesse de croisiere, et actualisé la géometrie en cliquant sur reconstruire. (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).
2. Il nous suffit ensuite d'entrer une vitesse de deplacement quasi nulle (0.01 msec la vitesse fluide nulle est interdite dans les calculs, il faut donc entrer une valeur proche de zéro pour simuler une vitesse nulle) .

Pour obtenir les performances de l'hélice sans reconstruire le vrillage, utilisez le calcul "hors design" , ceci signifie que les performances seront calculées sans reconstruire le vrillage. Le mode Hors design est symbolisé par un "HD" devant les différents résultats pour rappeler que le vrillage de l'hélice n'est pas optimum pour le point de fonctionnement actuel. La poussée et le couple seront actualisés. Vous pouvez faire varier votre vitesse de rotation et relancer le calcul des performances "hors design" jusqu'a obtention de la poussée désirée.

Pour une hélice qui ne travail qu'a vitesse nulle (ou quasi nulle) comme un hélicoptere en stationnaire par exemple, nous actualiserons le vrillage au point de fonctionnement à vitesse quasi nulle.

Evaluer le rendement a vitesse nulle:

la notion de rendement propulsif devient alors inutilisable car le rendement propulsif est calculé en multipliant la poussée par la vitesse de deplacement du fluide. A vitesse nulle le rendement propulsif est donc nul.

Pour apprecier et evaluer la qualité de notre hélice a vitesse nulle on utilisera le Chiffre de merite. Le chiffre de mérite permet de caractériser une hélice au point fixe (stationnaire, vitesse amont=0) .

La source NASA/CR—2017–219486, détaille certaines confusions possibles entre les hélices et les rotors en terme de nomenclatures, Et met en garde sur les 2 définitions possibles pour ces coefficients , qui résultent de l’histoire et des coutumes pratiquées dans les divers corps de métiers, qui traitent de l’hélice : Les concepteurs, d’hélices (Propellers) et les concepteurs d’ hélicoptère (rotors) ont quelques divergences dans leurs définitions : Nous distinguons donc les » rotors » et les « Propellers » qui ont 2 définitions des Cp et CT, que nous nommerons Cp prop , CT prop, et Cp rotor , Ct rotor, du fait de leur différentes formulation. Pour votre information, voici leur formulation et manière de les convertir :

• Definition Ct : coefficient traction helice definition

• Definition Cp : Coefficient puissance Cp helice

• Definition Chiffre Merite : chiffre merite FOM helice au point fixe

Vous remarquerez que le FM est un résultat identique, pour les prop et les rotors, mais uniquement si vous utilisez la bonne formule et les bons coefficients.

La littérature donne donc parfois des définitions différentes du chiffre de mérite, nous adopterons ici la définition Cp et Ct prop:

FM (chiffre mérite) = Racine (2/pi) x ((coefficient traction) ^ (3/2))/ coefficient de puissance)

Avec : coefficient traction= poussée_newton / (masse volumique_kgm3 x rotation_par_seconde^2x diamètre_m_hélice^4)

Et coefficient de puissance = puissance_arbre_w / (masse volumique_kgm3 x rotation_par_par_seconde^3 x diamètre_m_hélice^5)

Lorsque vous lancez un test d'edition de courbes de performances en faisant varier la vitesse de rotation grace à l'analyse multiple (Onglet "optimiser/analyse multiple) , Si vous cochez "rendement" Heliciel affiche la courbe de rendement propulsif si la vitesse de fluide est superieure a 1.Si la vitesse fluide est inferieure a 1, Heliciel prendra le chiffre de merite pour tracer la courbe: