hélice à calage variable

[SimonVDB]

Bonjour à tous,

Projet lancé depuis le mois d'octobre avec 3 camarades des Arts et Métiers : L'hélice à calage variable qui équipera mon Polikarpov i-190.


But : faire comme le vrai (variation du pas de l'hélice en vol), et avoir une hélice maquette (pales d'hélices carbone faites par nos soins)


Autre intéret:
- gagner en rendement et pouvoir voler plus longtemps sur une batterie (oui beurk l'électrique..)
- pouvoir mettre en drapeau si on cale (ça peu faire la différence entre rentrer à la base et se poser dans le choux fleur :roll: )
- faire un point fixe sans freins (simpa de faire tourner le moteur sans que ça tire en mettant au pas mini ) , idem pour des ralentis trop hauts et les avions qui ne veulent pas ralentir (eh oui ça peut aussi servir en thermique)
- éventuellement un réverse (juste pour le bruit sur un pilatus ça peut être simpa aussi)


Aperçu pour les rendements (puissance fournie pour avancer / puissance mécanique de sortie du moteur) , à 7000tr/min :


en rouge gras: une hélice 22*8 tripale calage fixe
les autres courbes: la même hélice en faisant varier le pas
J "ratio d'avance" : proportionnel à la vitesse de l'avion





remarque : le rendement de nos hélices est très bon (>80%) mais pour une plage de vitesse très faible (ici entre 70 et 90km/h pour la 22*8 à pas fixe) en dehors de cette plage, la puissance du moteur est perdue en grande partie d'où l'importance de bien choisir son hélice.


bon un peu plus "visuel" , le mécanisme de variation de pas est en cours de conception et n'est pas représenté ici (ressemble à un rotor de queue d'hélico)
le modèle CAO de l'hélice de Popov :








diamètre du pied de pale 16mm, profils naca44xx. 44xx car épaisseur relative variable de 6% à 27%, donc profil évolutif du naca4427 au naca4406
plus grande corde (largueur maxi) de la pale : 44mm

 

[BIMA4400]

Projet original et tres intéressant👍 pourrais tu nous expliquer de quelle façon vous allez arriver à faire varier le pas de l'helice? Le principe de l'arbre moteur creux utilisé en indoor n'est pas trop applicable dans cette situation....

Bonne continuation sur ce projet!

 

[SimonVDB]

avec les biellettes et la commande du pas, effectivement, c'est mieux ^^
le principe est en gros le même que pour les hélicoptères.

Le principe en images :

 

[Franck.A]

Bonsoir,

Deux choses m'intriguent beaucoup concernant les courbes de rendement :
- avec la configuration 22x8, le rendement max est de 90% alors que le ratio P/D est de seulement 0.36. En comparaison, une bonne hélice à pas fixe (au rendement intrinsèquement meilleur que celui d'une hélice à pas variable) de dimension similaire, comme l'APC Thin Electric 19x12, a un rendement max de "seulement" 0.75 malgré un ratio P/D nettement plus favorable. Voir ici.
- les courbes à calage variable et puissance fixée (si j'ai bien suivi) tendent toutes, sauf très faible puissance, vers la même asymptote, elle-même à une valeur quasi identique au rendement max. Tant cette allure que les valeurs en absolu ressemblent plutôt à une simulation d'hélice grandeur, à Reynolds très élevé.

Bref, si ce n'est pas indiscret, peut-on savoir avec quel outil ces courbes de rendement ont-elles été calculées ?

Franck

 

[SimonVDB]

Bonsoir

je suis flatté d'avoir eu les remarques très pertinentes d'une référence dans le monde aéromodéliste. Je vais donc tenter d'apporter des explications :

Les courbes de rendements ci-dessous sont des courbes données par une approche "2D" j'ai simplement découpé ma pale en 10 sections est utilisé les polaires des profils correspondant. Je suis tout à fait d'accord sur le fait que mes résultats sont très loin de l'écoulement réel autours d'une pale.(bouts de pales, sillage etc) Il me permettent simplement d'avoir des comparaisons rapides afin de trouver les calages optimaux de la pale pour chaque ratio d'avance.

Le maximum de chaque courbe de rendement a été comparé avec un calcul sous le logiciel StarCCM+ (car il est à notre disposition à l'école). Ce logiciel donne des résultats très pertinents quand ils est bien paramétré. Son seul inconvénient est de ne pas être du tout optimisé pour une hélice. A chaque changement dans les paramètres de l'étude, il faut refaire une étude complète et le nombre d'heures que nous avons à disposition est limité d'où notre choix d'une méthode approchée.

Les résultats sont cohérents avec vos remarques avec effectivement 20% de différence entre les deux modes de calculs (je retrouve alors le 75% de rendement max). mais l'allure des courbes est respectée suffisamment pour que je les utilisent en pré dimensionnement. le seul intérêt de ma première méthode est d'avoir à la fin, un modèle paramétré dans lequel je peux obtenir très rapidement des comparaisons.

Pour l'obtention des polaires, j'ai utilisé XFLR-5 sur mes profils (des naca44XX) avec le nombre de reynold qui correspond à ma plage d'utilisation (200 000 à 1 000 000 en fonction des cordes et de la vitesse tangentielle de la section considérée).
Il ne s'agit pas du tout pour moi de chercher à "embellir" mes résultats, une étude complète sera menée avec le fuselage de l'avion (pour avoir les effets dus au sillage) sous starCCM+ dès que l'étude sera plus avancée.