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ATPL FCL 021/080 Motorisation / Hélice HELICES CONCEPTION ET EFFORTS SUPPORTES.

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1 ATPL FCL 021/080 Motorisation / Hélice HELICES CONCEPTION ET EFFORTS SUPPORTES

2 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo 2 -03/05/02 HELICES : CONCEPTION ET EFFORTS COUPLES DE TORSION SUPPORTES PAR UNE HELICE Couple de torsion centrifuge Couple de torsion aérodynamique Couple résultant COUPLE DE COMMANDE Création Remarques BUTEE PETIT PAS VOL ET LIMITEUR DE SURVITESSE Butée petit pas vol Limiteur de survitesse HELICE A TENDANCE FORCEE Principe Remarques

3 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo 3 -03/05/02 COUPLES DE TORSION SUPPORTES PAR UNE HELICE Couple de torsion centrifuge (C 2 )

4 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo 4 -03/05/02 COUPLES DE TORSION SUPPORTES PAR UNE HELICE Couple de torsion centrifuge (C 2 ) On considère une hélice en rotation et on isole deux masses élémentaires au bord dattaque et au bord de fuite.

5 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo 5 -03/05/02 COUPLES DE TORSION SUPPORTES PAR UNE HELICE Couple de torsion centrifuge (C 2 ) On considère une hélice en rotation et on isole deux masses élémentaires au bord dattaque et au bord de fuite.

6 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo 6 -03/05/02 COUPLES DE TORSION SUPPORTES PAR UNE HELICE Couple de torsion centrifuge (C 2 ) Ces masses élémentaires sont soumises à leffet centrifuge.

7 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo 7 -03/05/02 COUPLES DE TORSION SUPPORTES PAR UNE HELICE Couple de torsion centrifuge (C 2 ) En projetant les forces dues à leffet centrifuge, on obtient des composantes sur le plan horizontal (Fcy et Fcy).

8 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo 8 -03/05/02 COUPLES DE TORSION SUPPORTES PAR UNE HELICE Couple de torsion centrifuge (C 2 ) La distance d qui les sépare fait apparaître un couple qui tend à : - diminuer le calage (torsion dorigine centrifuge).

9 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo 9 -03/05/02 COUPLES DE TORSION SUPPORTES PAR UNE HELICE Couple de torsion aérodynamique (C 3 )

10 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/02 COUPLES DE TORSION SUPPORTES PAR UNE HELICE Couple de torsion aérodynamique (C 3 ) On considère cet élément de pale dhélice en rotation et en translation. Il est, de ce fait, soumis à un écoulement relatif W.

11 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/02 COUPLES DE TORSION SUPPORTES PAR UNE HELICE Couple de torsion aérodynamique (C 3 )

12 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/02 COUPLES DE TORSION SUPPORTES PAR UNE HELICE Couple de torsion aérodynamique (C 3 ) Lécoulement relatif engendre une force dorigine aérodynamique (Ra) dont le point dapplication est E.

13 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/02 COUPLES DE TORSION SUPPORTES PAR UNE HELICE Couple de torsion aérodynamique (C 3 ) Dans la réalité, le centre de poussée (E) nest pas confondu avec le centre de torsion (Ct) de la pale.

14 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/02 COUPLES DE TORSION SUPPORTES PAR UNE HELICE Couple de torsion aérodynamique (C 3 ) Ra x d fait apparaître un couple qui tend à : - augmenter le calage (torsion dorigine aérodynamique).

15 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/02 COUPLES DE TORSION SUPPORTES PAR UNE HELICE Couple de torsion résultant Les pales dune hélice sont donc naturellement soumises à un couple de torsion résultant (C 2 - C 3 ) qui tend à diminuer le calage de celles-ci. Cest le couple de torsion centrifuge (C 2 ) qui est prépondérent. Les couples de torsion aérodynamique et centrifuge, qui sont opposés, ne se compensent pas.

16 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/02 COUPLES DE TORSION SUPPORTES PAR UNE HELICE Couple de torsion résultant Les couples de torsion aérodynamique et centrifuge, qui sont opposés, ne se compensent pas. Cest le couple de torsion centrifuge (C 2 ) qui est prépondérent. Les pales dune hélice sont donc naturellement soumises à un couple de torsion résultant (C 2 - C 3 ) qui tend à diminuer le calage de celles-ci.

17 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/02 Lénergie hydraulique est prélevée sur le circuit de lubrification du moteur et elle est transformée en énergie mécanique (force) par lintermédiaire dun vérin. COUPLE DE COMMANDE Comment créer un couple de commande (C 1 ) ? - directement à laide de la force musculaire, ou - à laide dune énergie pour assister la force musculaire. Dans ce cas, qui reste le plus répandu, lénergie utilisée peut-être : - pneumatique (rarement), - électrique (parfois), - hydraulique (courant). Pour modifier le calage des pales dune hélice, il faut un mécanisme de changement de pas manœuvré :

18 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/02 Création du couple de commande Le vérin utilisé peut-être à double effet :

19 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/02 Création du couple de commande Le vérin utilisé peut-être à double effet : Dans ce cas, pour : - augmenter le calage, il faut remplir la chambre de gauche ; - diminuer le calage, il faut remplir la chambre de droite.

20 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/02 Création du couple de commande Compte tenu de la tendance naturelle, qui emmène les pales vers le plus petit pas, il est possible demployer un vérin simple effet :

21 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/02 Création du couple de commande Compte tenu de la tendance naturelle, qui emmène les pales vers le plus petit pas, il est possible demployer un vérin simple effet : Dans ce cas, pour : - augmenter le calage, il faut remplir la chambre de gauche ; - diminuer le calage, il faut vider la chambre de gauche.

22 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/02 Remarques Que le vérin utilisé soit simple ou double effet, le couple de commande est obtenu à partir de la pression dhuile :

23 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/02 Remarques Que le vérin utilisé soit simple ou double effet, le couple de commande est obtenu à partir de la pression dhuile : P huile x S piston = F piston F piston x h = C 1

24 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/02 Remarques * Lorsque : Il faut prévoir les éventualités suivantes : - une panne de pompe, - une fuite dhuile, - une consommation dhuile trop importante, - etc... * Le couple de commande C 1 étant généré à partir dune pression dhuile, que se passera-t-il si celle-ci vient à chuter ou à disparaître ? C 1 < C 2 - C 3 : le calage des pales est diminué C 1 = C 2 - C 3 : le calage des pales est verrouillé C 1 > C 2 - C 3 : le calage des pales est augmenté

25 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/02 BUTEE PETIT PAS VOL ET LIMITEUR DE SURVITESSE Butée petit pas vol - passage en survitesse de lhélice concernée, et - augmentation de la trainée de celle-ci, doù un départ en lacet. Pour limiter ces effets, une butée est implantée dans le mécanisme de changement de pas. Elle va arrêter la diminution du calage à une valeur qui est denviron 18 à 20°. La perte du couple de commande C 1 va entraîner, compte tenu de la tendance naturelle C 2 - C 3, les pales vers le plus petit calage. Sur bimoteur, on observera les effets suivants :

26 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/02 Butée petit pas vol La forme de la butée ne soppose pas à laugmentation du calage, elle sefface au passage du piston.

27 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/02 Butée petit pas vol Pour accéder aux calages inférieurs à celui de la butée, il faut que lavion soit au sol.

28 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/02 Butée petit pas vol Pour accéder aux calages inférieurs à celui de la butée, il faut que lavion soit au sol. Par contact électrique au niveau du switch de latterrisseur principal, lhuile sous pression arrive jusquau vérin de la butée et repousse son piston. Effacement forcé de la butée par action hydraulique.

29 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/02 Limiteur de survitesse Pour interdire la survitesse de lhélice, un limiteur de survitesse agit sur le robinet carburant en le refermant (juste assez pour obtenir Nhélice < Nlimite).

30 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/02 Limiteur de survitesse Pour interdire la survitesse de lhélice, un limiteur de survitesse agit sur le robinet carburant en le refermant (juste assez pour obtenir Nhélice < Nlimite).

31 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/02 HELICE A TENDANCE FORCEE Principe - deux ressorts de compression dans le vérin, et - de masselottes de pied de pale qui agissent par effet centrifuge. Certains héliciers ont opté pour des hélices à tendance forcée. La tendance naturelle de lhélice est alors contrariée à laide de :

32 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/02 HELICE A TENDANCE FORCEE Principe - deux ressorts de compression dans le vérin, et - de masselottes de pied de pale qui agissent par effet centrifuge. Certains héliciers ont opté pour des hélices à tendance forcée. Les pales sont forcées vers la position drapeau (90°) à laide de :

33 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/02 Principe Couple artificiel = ( F ressorts x h ) + ( F masselotte x d ) Le couple qui amène artificiellement les pales vers les grands calages, faute dune pression dhuile, est généré comme suit :

34 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/02 Exemple : Hélice tripale du Be 58

35 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/02 HELICE A TENDANCE FORCEE Remarques Par contre, laugmentation brutale du calage engendre un accroissement dangereux de la résistance hélice à la rotation. Il y a alors un risque de surcouple. Un limiteur de couple est de ce fait indispensable pour protéger le moteur vis à vis dune surcharge mécanique. Celui-ci agit sur le débit carburant, juste assez pour éviter que le couple réel ne dépasse la limite maximale tolérée. Les hélices à tendance forcée ne peuvent pas passer en survitesse si la pression dhuile vient à chuter. La position drapeau prise par les pales diminue la vitesse de rotation de lhélice et minimise la trainée de celle-ci.

36 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/02 Remarques Limiteur de surcouple

37 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/ Le pas d'une hélice dite "à vitesse constante" : a) diminue avec laugmentation de la vitesse vraie ; b) est indépendant de la vitesse vraie ; c) augmente avec laugmentation de la vitesse vraie ; d) change uniquement avec le régime moteur. –Réponse : Avec une hélice régulée à vitesse constante, laquelle des propositions suivantes est vraie : a) langle de calage diminue avec laugmentation de la vitesse vraie ; b) langle de calage augmente avec laugmentation de la vitesse vraie ; c) la vitesse de rotation diminue avec laugmentation de vitesse vraie ; d) la vitesse de rotation augmente avec laugmentation de vitesse vraie. –Réponse : RECUEIL DE QCM SUR CONCEPTION ET EFFORTS SUBIS

38 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/ Le pas d'une hélice dite "à vitesse constante" : a) diminue avec laugmentation de la vitesse vraie ; b) est indépendant de la vitesse vraie ; c) augmente avec laugmentation de la vitesse vraie ; d) change uniquement avec le régime moteur. –Réponse : C Avec une hélice régulée à vitesse constante, laquelle des propositions suivantes est vraie : a) langle de calage diminue avec laugmentation de la vitesse vraie ; b) langle de calage augmente avec laugmentation de la vitesse vraie ; c) la vitesse de rotation diminue avec laugmentation de vitesse vraie ; d) la vitesse de rotation augmente avec laugmentation de vitesse vraie. –Réponse : B RECUEIL DE QCM SUR CONCEPTION ET EFFORTS SUBIS

39 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/ Quand la vitesse propre de lavion augmente, avec le régime de rotation moteur constant, langle dincidence de lhélice à calage variable : a) augmente ; b) diminue ; c) reste constante ; d) augmente puis diminue. –Réponse : * A propos dune hélice à vitesse constante : a) le calage hélice augmente avec la vitesse ; b) le régime affiché est maintenu constant par la pression dadmission ; c) le système hélice maintient la vitesse avion constante ; d) le régime de rotation diminue lorsque la vitesse avion augmente. –Réponse :

40 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/ Quand la vitesse propre de lavion augmente, avec le régime de rotation moteur constant, langle dincidence de lhélice à calage variable : a) augmente ; b) diminue ; c) reste constante ; d) augmente puis diminue. –Réponse : C * A propos dune hélice à vitesse constante : a) le calage hélice augmente avec la vitesse ; b) le régime affiché est maintenu constant par la pression dadmission ; c) le système hélice maintient la vitesse avion constante ; d) le régime de rotation diminue lorsque la vitesse avion augmente. –Réponse : A

41 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/ Un avion, équipé dun moteur avec une hélice régulée à vitesse constante, augmente sa vitesse avec une pression dadmission constante. Langle de calage de lhélice (1) et le couple transmis (2) vont : a) (1) augmenter et (2) rester constant ; b) (1) augmenter et (2) augmenter ; c) (1) diminuer et (2) augmenter ; d) (1) rester constant et (2) diminuer –Réponse :

42 FCL021 - Motorisation : Hélices 04 : - Diapo /05/ Un avion, équipé dun moteur avec une hélice régulée à vitesse constante, augmente sa vitesse avec une pression dadmission constante. Langle de calage de lhélice (1) et le couple transmis (2) vont : a) (1) augmenter et (2) rester constant ; b) (1) augmenter et (2) augmenter ; c) (1) diminuer et (2) augmenter ; d) (1) rester constant et (2) diminuer –Réponse : B


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