Pour éditer les plans, les dessins et les performances d'une hélice, d'une éolienne ou d'une aile, Heliciel regroupe ses sorties dans le menu Edition/Outils : plans 3D des pales, images des profils, plan 2D de réalisation, notes de calcul, diagramme des forces, des vitesses et des angles, et analyse multiple. Une fois les performances actualisées, ces sorties vous permettent de fabriquer la pale, de garder la trace de votre travail et de comparer vos variantes.

Lorsque les performances de l'hélice, de l'éolienne ou de l'aile ont été actualisées, le logiciel Heliciel vous permet d'enregistrer le résultat de votre travail sous plusieurs formes. Les sections ci-dessous les passent en revue, de la fabrication à l'analyse.

Au sommaire :

• 1 : Plans 3D de pale d'hélice ou d'aile pour la CAO
• 2 : Images des profils pour construire une pale d'éolienne ou d'hélice
• 3 : Plan 2D de réalisation de la pale
• 4 : L'éditeur de captures d'écran
• 5 : Les notes de calcul
• 6 : Diagramme des angles, des vitesses et des forces d'un élément de pale
• 7 : Analyse multiple et vitesse de rotation réelle

1 : Plans 3D de pale d'hélice ou d'aile pour la CAO

Heliciel produit les plans 3D des pales au format IGS, que vous importez dans votre logiciel de CAO (Conception Assistée par Ordinateur). Le moteur 3D d'Heliciel gère aussi d'autres formats, dont STEP et STL ; vous les trouverez dans le menu Edition/Outils, par exemple Exporter au format IGS (3D haute qualité de lissage) ou Exporter Helice complete . STEP. La page plans 3D de pales d'hélices et d'ailes détaille ces exports.

Le prototype 3D d'une pale en affichage filaire, dans l'interface d'Heliciel : c'est cette géométrie que les exports envoient vers la CAO.

Un exemple concret : l'export de pales d'hélice 3D vers SolidWorks.

Deux pales exportées d'Heliciel, assemblées sur un moyeu dans SolidWorks.

2 : Images des profils pour construire une pale d'éolienne ou d'hélice

Deux boutons de la barre d'outils servent à la fabrication : le premier ouvre la définition détaillée de chaque profil, avec ses coordonnées et son angle de calage ; le second ouvre la vue 2D de la pale, avec l'emplacement et le calage des profils.

Si nous voulons réaliser la construction de notre pale d'éolienne, d'hélice ou d'aile par le découpage de profils positionnés à différentes incidences, la fenêtre Images des profils nous sera précieuse. Elle donne une série d'images des profils de section, avec leurs dimensions, leur position et leur angle de calage. La liste des coordonnées des profils, normalisées ou à l'échelle 1, est disponible sous chaque onglet des éléments qui constituent la pale ou l'aile.

Un onglet par élément de pale. Ici, le profil naca66210 de l'élément 9 : calage 51,6°, incidence 7°, corde 75 mm, distance à l'axe 168 mm, avec ses coordonnées normalisées (à gauche) et à l'échelle 1 en millimètres (à droite).

Avec ces images, un prototype peut se réaliser en quelques heures. Construire une éolienne ou une hélice devient simple avec un plan des pales et des profils.

3 : Plan 2D de réalisation de la pale

Le plan 2D de réalisation de la pale reprend ces données géométriques et les rassemble. Il met en évidence la position des différents profils le long de l'axe de pale. Dans le menu, il s'appelle Plan de pale développée suivant génératrice droite.

Le plan de pale : chaque profil est dessiné à son rayon, de 57 mm au pied à 570 mm au bout, avec son calage (de 39,3° à 3,8°), sa corde et son épaisseur maximale.

L'étude d'une hélice ou d'une aile consiste le plus souvent à optimiser la géométrie et les vitesses, à la recherche des performances adaptées aux conditions de fonctionnement du projet. Des notes et des mémos sont alors bien utiles pour comparer les résultats après chaque modification de paramètre.

4 : L'éditeur de captures d'écran

Rien de bien nouveau, me direz-vous … sauf que nous disposons ici d'une interface qui gère les copies d'écran comme un mémo. Stockées sous des onglets, elles permettent de revoir en un clic les différentes évolutions de notre projet d'hélice ou d'aile. Vous pouvez enregistrer une capture ou la supprimer.

L'éditeur de captures d'écran : chaque état du projet est conservé sous son onglet, avec les boutons Enregistrer et Supprimer.

5 : Les notes de calcul

L'éditeur de notes de calculs (menu Edition/Outils, entrée Notes de calculs) crée à volonté des notes qui servent aussi de mémo. Vous pouvez les enregistrer et les imprimer. Elles se lisent au format texte avec le Bloc-notes, ou se rechargent dans l'éditeur pour être comparées.

L'éditeur de notes ouvert depuis Heliciel sur une hélice propulsive : le début de la note rappelle le point de fonctionnement, suivi d'un tableau de résultats élément par élément.

Voici une note de calcul d'hélice dans l'éditeur de notes :

La note donne le couple et la poussée par pale et pour l'hélice, la puissance à l'arbre, le rendement, puis un tableau avec, pour chaque élément, la corde, l'angle apparent, l'incidence, le calage, le Cz, le Cx, la finesse et les coefficients d'induction.

La même note ouverte avec le Bloc-notes :

Le même contenu en texte brut : la note s'ouvre dans n'importe quel éditeur et se colle sans mise en forme dans un rapport.

6 : Diagramme des angles, des vitesses et des forces d'un élément de pale

Le calcul des vitesses induites et des forces sur chaque élément de pale est détaillé dans un schéma descriptif (menu Edition/Outils, Diagramme forces, vitesses et angles). Il rend possible une analyse précise des résultats, élément par élément : incidence, angle induit, calage, vitesses induites axiale et tangentielle, portance, traînée, poussée et couple.

Le diagramme de l'élément sélectionné : les angles (alpha, alpha i, phi, bêta), les vitesses en m/s et les forces en newtons, avec un bouton pour enregistrer l'image.

7 : Analyse multiple et vitesse de rotation réelle

L'analyse multiple trace des courbes et rassemble les performances « hors design » d'une géométrie d'hélice fixée, à plusieurs points de fonctionnement.

Rendement propulsif, puissance à l'arbre et puissance utile en fonction de la vitesse de rotation (de 200 à 380 tr/min), sur une même géométrie d'hélice.

La même analyse permet la recherche de la vitesse de rotation réelle (le point de fonctionnement) pour les moteurs et les générateurs électriques couplés aux hélices. L'hélice se stabilise à la vitesse où son couple égale celui du moteur : c'est l'intersection des courbes. La page reconstruire l'hélice à un nouveau point de fonctionnement détaille cette recherche.

Le couple de l'hélice (courbe verte, en N·m) croise les courbes de couple de trois moteurs comparés (en rouge) ; chaque croisement donne une vitesse de rotation réelle.

Pour aller plus loin, nous pouvons suivre le guide de fabrication d'une éolienne à partir de ces plans, ou voir pourquoi la géométrie vrillée à fabriquer dépend du point de fonctionnement choisi.