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Auteur(s)
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Jean-Luc PHILIPPE : Ingénieur de l’École nationale supérieure d’arts et métiers et de l’École supérieure des techniques aérospatiales - Chef de projet Hélices (Ratier-Figeac)
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Lire l’articleINTRODUCTION
L‘hélice aérienne est le mode propulsion qui a accompagné le développement de l’aéronautique dès sa naissance. Aujourd’hui encore, bien que concurrencée par d’autres concepts, elle est largement utilisée sur les avions évoluant à des vitesses subsoniques. L’hélice est aujourd’hui un équipement toujours moderne, qui profite des dernières avancées technologiques réalisées dans de nombreuses disciplines.
Dans cet article seront exposés les problèmes essentiels que doit maîtriser l’hélicier, afin de concevoir le meilleur produit (en termes de sécurité, de performances et de coût d’exploitation). Bien que non exhaustif, il permettra également à tout non-spécialiste de disposer d’une vue synthétique de la démarche qui conduit à la réalisation d’un tel équipement.
Les sujets abordés concernent aussi bien les performances aérodynamiques que la régulation du système, le dimensionnement structural ou l’intégration de l’hélice dans son environnement (acoustique, protections diverses et installation sur avion).
Bien que détaillée pour les hélices aériennes de forte puissance, l’approche ici présentée peut aussi bien s’appliquer à des produits voisins tels que les éoliennes, les hélices marines ou les ventilateurs par exemple.
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6. Conception mécanique
On pourra aussi se reporter à la référence [2].
6.1 Efforts extérieurs stationnaires sur la pale
En régime stationnaire (avion en palier à vitesse constante, axe de rotation d’hélice parallèle à la vitesse de l’avion, régime de l’hélice constant et écoulement non perturbé par l’avion), une pale est soumise à des efforts indépendants du temps (figure 27) qui sont :
-
l’effort centrifuge ;
-
les efforts aérodynamiques ;
-
un couple autour de son axe de variation de pas (cf. figure 12).
Celui-ci dépend directement bien sûr de la masse, du régime de rotation et de la position en envergure du centre de gravité de la pale. Dans la pratique, on déporte la pale, donc son centre de gravité, du plan de rotation qui contient l’axe de variation de pas pour que le moment de rappel centrifuge (qui a tendance à ramener le centre de gravité sur ce plan) compense et annule le moment de flexion engendré par les efforts aérodynamiques (figure 28) ; pour le cas de vol particulier (un cas de croisière généralement) où cela se produit, seul l’effort centrifuge demeure.
HAUT DE PAGE6.1.2 Moments de flexion et efforts tranchants aérodynamiques
En première approximation, on obtient un ordre de grandeur des efforts aérodynamiques en considérant que seul « travaille » le profil qui se trouve à 75 % du rayon de l’hélice (et produit les portance et traînée, elles-mêmes engendrant la traction et le couple sur arbre). En effet, la figure 29 montre bien que c’est vers cette envergure que la pale est la plus efficace (c’est la raison essentielle qui justifie...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BOUSQUET (J.M.) - Introduction à l’aérodynamique des hélices - . École supérieure des techniques aérospatiales (ESTA) (1998).
-
(2) - Source - : société Ratier-Figeac (1998).
-
(3) - HIRSCH (R.) - Détermination et calcul des hélices d’avion. Optima simples et coaxiales. - Publication scientifique et technique du ministère de l’Air ; n 220.
-
(4) - * - Source Onera.
-
(5) - GOUNET (H.), LEWY (S.) - Contribution à l’étude théorique et expérimentale du bruit d’hélice. - Onera Chatillon ; 19 e colloque d’aérodynamique appliquée de l’AAAF, Marseille (8 au 10/11/1982).
-
(6) - GUFFOND (D.) - Givrage en aéronautique. - Cours SAE 23.
- ...
La réglementation encadrant la certification d’une hélice est fixée principalement par les autorités américaines (FAR PART 35) et européennes (JAR-P).
HAUT DE PAGE
Office national d’études et de recherche aéronautique (ONERA)
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Ratier-Figeac, France
Hamilton Standard, États-Unis
Dowty Rotol, Grande-Bretagne
Hartzell Propeller Inc., États-Unis
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