Calage des profils et pas de la pale d'hélice : trois façons de le régler dans Heliciel

Heliciel calcule par défaut le calage des profils de la pale, mais vous pouvez aussi le régler à la main, élément par élément, ou faire varier d'un seul geste le calage de toute la pale pour simuler une hélice à pas variable. Le calage est l'angle entre la corde d'un profil et le plan de rotation ; il fixe le pas géométrique du profil, que la page sur le pas d'une hélice détaille. Nous voyons ici trois méthodes de contrôle du calage de la pale, et ce que chacune change au vrillage.

Au sommaire :

• Calage optimum automatique, le réglage par défaut
• Forçage manuel de l'incidence, pour contrôler le vrillage
• Variation du calage général de la pale, pour simuler un pas variable

1 : Calage optimum automatique, le réglage par défaut

C'est l'option par défaut d'Heliciel. Quand vous cliquez sur Reconstruire après avoir modifié le point de fonctionnement ou la géométrie, Heliciel règle le calage des profils de la pale sur l'angle d'incidence qui donne la meilleure finesse. Les vitesses induites sont prises en compte dans la détermination de ce calage. Cette méthode apporte le rendement théorique optimal pour la géométrie et le point de fonctionnement paramétrés.

Le calage des profils découle ainsi du pas retenu. Pour calculer le pas en millimètres et le rapport de pas P/D d'une hélice de la série B, un calculateur est disponible : calcul du pas d'hélice.

Les deux autres méthodes servent à contrôler la stratégie de performance de l'hélice : la deuxième modifie le vrillage de la pale, la troisième le laisse intact.

2 : Forçage manuel de l'incidence, pour contrôler le vrillage

Vous pouvez contrôler entièrement le calage des profils de votre pale en forçant leur angle d'incidence. Le vrillage de la pale est alors contrôlé à la main. Il faut bien distinguer l'angle de calage et l'angle d'incidence. Si vous forcez par exemple l'incidence à 20°, vous dites à Heliciel que le calage (l'angle entre le plan de rotation et la corde du profil) sera celui qui génère des vitesses induites aboutissant à une incidence de 20°. Cette incidence se mesure entre la corde du profil et la direction réelle du fluide, calculée en cumulant les vitesses apparentes et induites. Le chiffre de 20° est ici un exemple.

Dans le modèle 3D, sélectionnez un élément de pale, puis ouvrez le menu contextuel par un clic droit sur l'élément dont vous voulez modifier l'angle d'incidence, et par conséquent l'angle de calage.

Le menu contextuel d'un élément de pale : « Incidence (Gestion du forçage des incidences) » ouvre la fenêtre de contrôle.

Choisissez Incidence (Gestion du forçage des incidences) pour ouvrir la fenêtre de contrôle manuel de l'incidence des profils.

La fenêtre de gestion de l'incidence : élément sélectionné, propriétés du profil de base, angle à appliquer.

Heliciel possède une base de données de profils qui contient les performances des profils sur 360°. Les angles au-delà du décrochage y sont extrapolés suivant les théories de performance des plaques planes. Vous pouvez donc choisir l'angle d'incidence à la base de l'élément sélectionné, puis reconstruire l'hélice et le calcul des performances en y intégrant cette incidence forcée.

Le profil de base de l'élément 3 forcé à 58°.

Dans cet exemple, une éolienne a le profil de base de son troisième élément forcé à l'incidence de 58°. Le résultat ne donne pas un bon rendement : il détruit plutôt les performances de l'hélice. Le couple devient même négatif, ce qui signifie que l'éolienne est en couple de freinage.

Après le forçage à 58°, le couple de rotation affiché est négatif (environ −1,7 N·m) et la puissance sur l'arbre aussi.

3 : Variation du calage général de la pale, pour simuler un pas variable

La pale peut tourner sur son axe d'un angle que vous choisissez. Cela ne modifie pas le vrillage de la pale, puisque tous les profils voient leur calage changer de la même valeur. Vous simulez ainsi un système de variation de pas, et vous calculez les performances d'une hélice à pas variable pour différents angles. Heliciel appelle cet outil le variateur de pas (ou variateur de calage) : dans la barre d'outils du modèle 3D, c'est le dernier bouton à droite.

Le bouton Variateur de pas, à l'extrémité droite de la barre d'outils du modèle 3D.

Choisissez l'angle avec le curseur, puis lancez le calcul des performances. La géométrie de la pale et son vrillage restent identiques, car c'est toute la pale qui tourne sur son axe. Cet outil est idéal pour simuler les hélices à système de variation de pas.

Dans l'exemple ci-dessous, la variation de pas a fait passer notre éolienne en couple de freinage. La vitesse de rotation ne pourra pas être maintenue, car le couple est négatif : nous sommes passés du mode hélice de captage au mode hélice de propulsion. Pour cela, il faudrait transformer le générateur en moteur.

Le variateur de calage ouvert en haut du modèle 3D : avec cet angle, la force axiale et le couple s'affichent en rouge, négatifs, et l'hélice passe en mode propulsion.

Pour aller plus loin, nous pouvons voir pourquoi la pale est vrillée sur la page du vrillage et du calage de pale, comment le pas géométrique se distingue du pas effectif avec le pas d'une hélice, ou comment réaliser une hélice dont le pas se règle sur le principe de l'hélice à pas variable.