Propulseur contrarotatif d'ULM : de la conception au fichier de fabrication

Une hélice laisse derrière elle un air accéléré, mais aussi en rotation : de l'énergie dépensée qui ne pousse pas. Une seconde hélice, placée derrière et tournant en sens inverse, peut reprendre cette rotation et ajouter sa poussée, sans agrandir le diamètre. Ce cas pratique dédouble l'hélice du didacticiel ULM : 1 700 mm, 3 pales, 1 137,5 tr/min, conçue pour 130 km/h (36,1 m/s).

• Déroulé du didacticiel :

1. Ouvrir le projet contrarotatif
2. La paire : ce que l'aval reçoit
3. La distance entre les hélices
4. Le régime de l'hélice aval et les couples
5. Voir l'écoulement
6. Lire la rotation récupérée
7. Exporter les deux pales

1 : Ouvrir le projet contrarotatif

Avec l'hélice d'ULM ouverte, menu Fichier > Contra Rotative project. La fonction exige une hélice de propulsion : sur une éolienne ou une hydrolienne, Heliciel refuse et l'écrit — « La fonction contrarotative est réservée aux hélices de propulsion. »

L'entrée de menu, juste au-dessus du projet multirotor

La fenêtre est celle du banc multirotor, en famille Contra Rotatif (sans châssis) : une seule paire, pas de bras, pas de modules, pas d'étude d'inclinaison — le groupe d'inclinaison reste inactif, et seuls d'éventuels carénages traînent.

Le projet contrarotatif : une paire, sans châssis

2 : La paire : ce que l'aval reçoit

À la reconstruction, Heliciel garde l'hélice du projet comme hélice amont, puis conçoit l'hélice aval pour le flux que l'amont lui laisse : plus rapide, et en rotation. Même diamètre, même régime pour commencer :

À diamètre égal, la paire pousse 2,3 fois plus que l'hélice seule, pour 2,3 fois la puissance : le rendement perd un point et demi (0,867 contre 0,882), et la rotation laissée dans le sillage tombe de 10,4 à 2,0 rad/s. L'hélice aval, bien que de même diamètre, a son propre vrillage : Modifier Hélice aval l'ouvre dans le concepteur.

3 : La distance entre les hélices

Dans ce seul type de projet, la distance entre les deux plans d'hélices se saisit (dans un multirotor, elle se déduit du châssis). Le groupe Géométrie hélice contra-rotative affiche alors le rapport x/D, le facteur d'influence — la part du sillage amont qui atteint l'aval, selon une loi d'après Rebuffet corrigée de la contraction de veine — et le flux transmis. Chaque distance demande une reconstruction : l'hélice aval est redessinée pour son nouveau flux.

Distance 425 mm : x/D 0,25, influence 94,8 %

Hélice amont inchangée dans tous les cas : 451 N, 18,5 kW. Rendement propulsif de la paire = poussée totale × 36,1 m/s / puissance arbre totale.

• Trop près (100 mm) : le sillage n'a pas encore pris sa vitesse, l'aval en reçoit moins (facteur 0,77) ;
• trop loin (1 700 mm) : le sillage s'est dissipé (facteur 0,55), l'aval pousse moins et laisse plus de rotation ;
• entre x/D = 0,25 et 0,5, l'influence est maximale : c'est la plage où la paire travaille le mieux ensemble.

4 : Le régime de l'hélice aval et les couples

À régime égal, l'hélice aval absorbe plus de couple que l'amont : 204,2 N·m contre 155,0. La différence, 49,2 N·m, reste transmise à la structure — c'est précisément ce que la contra-rotation cherche à annuler. Décocher Identique à hélice1, poser le régime aval, puis Appliquer nouvelle géométrie et reconstruire design optimisé Contra-Prop :

Régime aval 1 000 tr/min, distance 425 mm

En ralentissant l'aval, on rapproche les deux couples, on récupère encore plus de rotation, et le rendement revient au niveau de l'hélice seule (0,880 contre 0,882) — au prix d'une poussée totale plus faible (883 contre 1 028 N). Le bon réglage dépend de ce qu'on cherche : la poussée maximale, ou une machine sans couple de réaction.

5 : Voir l'écoulement

La paire en perspective : hélice amont en haut, dans l'écoulement qui arrive

Tourbillons de bout de pale, amont et aval (cases Tourbillon de bout des deux groupes de particules)

Particules de vitesse induite des deux étages

6 : Lire la rotation récupérée

Vitesses : entrée et sortie de chaque hélice

Le graphique Vitesses flux axial et tangentiel se lit de gauche à droite, dans le sens de l'air : l'hélice amont (prop1) reçoit 36 m/s sans rotation et rend 40 m/s avec 10 rad/s ; l'hélice aval (Contra) reçoit ce flux et rend 44 m/s avec seulement 1 rad/s. La barre rouge de droite, presque nulle, est la rotation qui reste : l'hélice aval a repris le reste.

Forces : 451 N amont, 432 N aval, 883 N au total

7 : Exporter les deux pales

Barre d'outils, Exporter 3D : les deux pales, chacune dans son sens — l'interface le rappelle, « sens horaire en amont, sens antihoraire en aval ». Ici, la pale amont en droite au format STL (impression), la pale aval en gauche au format IGES (CAO). Le projet se sauvegarde au format .mlrot.

Pour aller plus loin : le X8 coaxial : la même physique sur un drone, la présentation de la paire contrarotative, la théorie des hélices contrarotatives.