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jpb77

Hélices = Bi, Tri, Ou Quadi Pale

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Salut :avion:

 

 

 

Premièrement, il faut comprendre ce qu'est le rendement d'une hélice, en ce qui concerne les avions, hélicoptères et drones. Le rendement est le rapport entre la puissance de sortie et la puissance d'entrée.

Pour une hélice, la puissance d'entrée est celle donnée par le moteur, ce qu'on appelle la "puissance à l'arbre". La puissance d'entrée de l'hélice est en fait la puissance de sortie du moteur, mais c'est une autre histoire. La puissance à l'arbre s’exprime en watts et est le produit du couple (N.m) et de la vitesse angulaire (rad/s). Cette puissance est "consommée" par l'hélice.

La puissance de sortie peut être vue comme la capacité de l'hélice à produire une certaine poussée (N) à une certaine vitesse air (m/s). Cette vitesse air est celle mesurée loin en amont de l'avion, c'est la vitesse de l'air arrivant sur l'avion. 

 

Maintenant, le rendement (aussi noté eta d'après la lettre greque) est le rapport entre ces deux puissances :

eta = Psortie / Pentrée

On peut noter qu'avec cette définition le rendement de l'hélice en statique est égal à zéro : l'avion, l'hélicoptère ou le drone ne bouge pas donc il n'y pas pas de travail utile produit par l'hélice. "Utile" a ici une définition économique en quelque sorte.

 

On sait que le rendement de l'hélice n'est pas une constante, et il montre un maximum à un certain rapport entre la vitesse air et la vitesse de rotation (et le diamètre). Un point important est alors qu'une hélice peut avoir un excellent rendement max mais un médiocre rendement en vol parce qu'elle opère loin de son J optimal. On peut aussi simplement s'intéresser à une plage de J donnant un rendement satisfaisants et qui devrait correspondre à la plage des principales conditions de vol.

Alors, quand nous parlons du rendement des hélices, nous cherchons la meilleure hélice qui produirait la poussée voulue à la vitesse voulue avec la plus faible puissance à l'axe.

Je comprends qu'on dirait qu'il est nécessaire de calculer tout cela (tr/min, poussée, puissance, traînée, etc.). Et cela peut se faire. Mais maintenant on doit simplement comprendre ce qu'il y a derrière le mot rendement.

 

 

  • Maintenant, quelles bipale, tripale ou quadripale devons nous comparer ?

De toute évidence, si le rendement correspond à des conditions (de vol) particulières en terme de poussée et vitesse, alors on devrait comparer des hélices qui font plus ou moins le même travail. Quelque soit le nombre de pales, elles devraient produire la même poussée à la même vitesse. On peut aussi ajouter le fait que la poussée statique (lors du lancer à la main ou au décollage) devrait être du même ordre. L'avion devrait avoir les mêmes performances, en croisière, monté et évolution normale, etc.

La production de poussée de même que la puissance consommée sont liées à la surface de pale. On comprend que si l'on ajoute des pales on aura probablement besoin de réduire la surface de pale pour garder une poussée et une puissance équivalente.

 

Il y a deux solutions pour garder l'équivalence de puissance : réduire la longueur de la corde de la pale ou réduire le diamètre de l'hélice (ou les deux bien sûr).

Donc ici, on ne compare pas des hélices auxquelles on a simplement ajouté une ou deux pales. En passant à une tripale ou une quadripale, il nous faut changer la forme des pales.

 

 

  • Comment le rendement est-il affecté par le nombre de pales ?

Il n'y a pas de réponse simple ! Un argument qui est communément avancé dans la communauté aéromodéliste est que l'air dans le sillage est plus perturbé quand le nombre de pales est augmenté, et que cela conduit à une baisse de rendement.

 

L'autre point est la réduction du diamètre. Cela conduit à une réduction de l'allongement de la pale et à des pertes de bout de pale plus grandes qui réduisent le rendement, comme un faible allongement provoque une plus forte traînée induite sur l'aile d'un avion.

Ensuite il y a la réduction de la corde, à l'opposé de la réduction du diamètre, cela conduit à un allongement plus grand et un meilleur rendement. En passant de 2 pales à 3 ou 4 pales, pour conserver une puissance équivalente et un même diamètre, le rendement max est un peu augmenté.Mais en faisant cela, on oublie peut-être les effets du nombre de Reynolds.

Réduction de la corde et effets de Reynolds : la pale a un profil et chaque section de la pale opère dans une plage particulière de Reynolds. Le nombre de Reynolds est approximé par la longueur de la corde (m) * vitesse (m/s) * 68 000. Dans la plupart des cas, les performances d'un profil diminues quand les Reynolds diminues. Aussi, tous les profils ont un nombre de Reynolds critique en dessous duquel les performances sont considérablement amoindries.

Pour une bipale 9x6 à 8000 tr/min la pale peut avoir des Reynolds entre 40 000 et 80 000.

Pour une bipale 14x10 à 8000 tr/min on est dans les 100 000 à 200 000 Reynolds.

Une quadripale équivalente (même diamètre mais corde réduite) pourrait avoir des Reynolds presque réduits de moitié !!

 

Habituellement, ce que l'on fait lorsque l'on choisi une tripale ou quadripale est de voir ce qu'une bipale ferait puis on prend une tripale ou quadripale de même pas mais de diamètre inférieur. En faisant cela avec des hélices du marché, on réduit de toute évidence à la fois le diamètre et la corde, l'allongement restant plus ou moins le même. Alors, nous avons probablement des éléments en faveur du rendement et d'autres en sa défaveur. Mon opinion est que le résultat est plutôt au détriment du rendement, surtout avec les plus petites hélices.

 

Mais il n'y a pas que des facteurs purement physiques qui affecte le rendement de l'hélice. En réduisant le diamètre et en conservant le pas, on change aussi le rapport pas / diamètre (rapport P/D).

En passant à une tripale ou une quadripale, nous augmentons le rapport P/D. Cela peut légèrement limiter les pertes de rendement, mais ce n'est pas garanti.

 

 

  • Le calcul de la vitesse théorique est très simple :

Le pas de l'hélice est la distance THEORIQUEMENT parcourue en 1 tour et ce pas est généralement exprimé en pouces ( 1" = 25.4mm ) donc avec ta 22x10, 1 tour fait avancer de 10" soit 254mm ... x 7000 ( t/mn) x 60 minutes = .... après conversion d'unités 106.68 km/h.

Avec la notion de rendement, donc de glissement de l'hélice dans l'air la vitesse réelle de ton avion à ce régime doit frôler les 90 km/h en palier stabilisé. Le rendement n'est bien sûr pas constant, on comprend bien que l'hélice "glisse" beaucoup plus en phase d'accélération qu'en palier.
Ensuite la notion de traction pure dépend de beaucoup de facteurs dont la forme des pales, le choix du profil, etc... et aussi bien sûr du ratio diamètre /pas.
Un grand diamètre associé à un faible pas favorise la traction alors qu'un petit diamètre avec un pas élevé favorisera la vitesse.
La puissance consommée étant à peu près proportionnelle au volume d'air déplacé / tour ; soit la surface du disque balayé par le diamètre multipliée par la distance parcourue (le pas) on comprend bien que pour la même puissance disponible au moteur on peut obtenir des comportements très différents.

 

 

  • Conversion hélice bipale en tripale :

Souvent la règle retenue d'enlever un diamètre d'une bipale pour une tripale ??
EX. une 22X10 en bi = 21X10 en tri.

Tout simplement ce principe est faux, voici la règle :

2 pales ->3 pales, il faut réduire le diamètre 10% pour la même conso
2 pales ->4 pales, il faut réduire le diamètre 16% pour la même conso

Mais comme on ne dispose pas d'hélice de tous les diamètres, il faut jouer aussi sur le pas pour obtenir l'équivalence approximative.
C'est donc un peu plus compliqué que cela.

La consommation d'une hélice est fournis par la formule suivante en approximation :
Vous trouverez ici la démonstration que le passage de :
W= K x D^4 x R^3 x P

W=> Puissance nécessaire ou absorbée par l'hélice
K => Constante ou a peu prêt
D => Diamètre de l'hélice
R => régime moteur
P => Pas de l'hélice

Donc, le diamètre influe à la puissance 4 sur la consommation alors que le pas n'influe que de manière linéaire.

 

 

EN CONCLUSION : il n'y a pas de réponse claire ! en fait le rendement peut être méchamment affecté par une augmentation du nombre de pale, spécialement pour les plus petites hélices.

Donc si vous changez des hélices bipales par du tri ou quadripale; il faudrait aussi changer le moteur, l'ESC et sans oublier votre Lipo pour eviter les surchauffes, et même, de l'explosion de votre avion, hélicoptère ou drone.

 

 

N'oublier pas que les pales doivent bien être équilibrées pour le bon fonctionnement l'hélice.

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Merci pour ce sujet. Deux ou trois choses à ajouter, qui me semblent importantes de mon côté :

 

1) Le meilleur moyen de choisir une configuration hélice/moteur/ESC reste encore de consulter les "benchs", qu'on peut trouver assez facilement sur le net (test de conso et de poussée en statique).

 

2) En dehors de toutes considérations de rendement, les hélices en tri ou quadripales apportent en général plus de stabilité au quad que les bipales. La différence de feeling au pilotage est réellement significative.

 

3) Les bullnoses n'ont pas un très bon rendement. Mais nos quad étant souvent limités en termes de diamètre d'hélices, c'est un moyen de gratter un peu de poussée en augmentant la surface des pales, au détriment de la lipo...

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Pour une hélice, la puissance d'entrée est celle donnée par le moteur, ce qu'on appelle la "puissance à l'arbre". 

Quand tu parles de la puissance de l'arbre, ça a un rapport avec l'arbre qui a capturé le drone de Wile ?   

 

ok, je sors...

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Quand tu parles de la puissance de l'arbre, ça a un rapport avec l'arbre qui a capturé le drone de Wile ?

 

ok, je sors...

Chut!

Moi qui pensais que c'était passé inaperçu ????

 

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Quand tu parles de la puissance de l'arbre, ça a un rapport avec l'arbre qui a capturé le drone de Wile ?

 

ok, je sors...

Chut!

Moi qui pensais que c'était passé inaperçu ????

 

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Merci pour ce sujet. Deux ou trois choses à ajouter, qui me semblent importantes de mon côté :

Merkkki ????

 

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