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

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

COUPLES DE TORSION SUPPORTES PAR UNE HELICE Couple de torsion centrifuge (C2)

COUPLES DE TORSION SUPPORTES PAR UNE HELICE Couple de torsion centrifuge (C2) On considère une hélice en rotation et on isole deux masses élémentaires au bord d’attaque et au bord de fuite.

COUPLES DE TORSION SUPPORTES PAR UNE HELICE Couple de torsion centrifuge (C2) On considère une hélice en rotation et on isole deux masses élémentaires au bord d’attaque et au bord de fuite.

COUPLES DE TORSION SUPPORTES PAR UNE HELICE Couple de torsion centrifuge (C2) Ces masses élémentaires sont soumises à l’effet centrifuge.

COUPLES DE TORSION SUPPORTES PAR UNE HELICE Couple de torsion centrifuge (C2) En projetant les forces dues à l’effet centrifuge, on obtient des composantes sur le plan horizontal (Fcy et Fcy’).

COUPLES DE TORSION SUPPORTES PAR UNE HELICE Couple de torsion centrifuge (C2) La distance d qui les sépare fait apparaître un couple qui tend à : - diminuer le calage (torsion d’origine centrifuge).

COUPLES DE TORSION SUPPORTES PAR UNE HELICE Couple de torsion aérodynamique (C3)

COUPLES DE TORSION SUPPORTES PAR UNE HELICE Couple de torsion aérodynamique (C3) On considère cet élément de pale d’hélice en rotation et en translation. Il est, de ce fait, soumis à un écoulement relatif W.

COUPLES DE TORSION SUPPORTES PAR UNE HELICE Couple de torsion aérodynamique (C3)

COUPLES DE TORSION SUPPORTES PAR UNE HELICE Couple de torsion aérodynamique (C3) L’écoulement relatif engendre une force d’origine aérodynamique (Ra) dont le point d’application est E.

COUPLES DE TORSION SUPPORTES PAR UNE HELICE Couple de torsion aérodynamique (C3) Dans la réalité, le centre de poussée (E) n’est pas confondu avec le centre de torsion (Ct) de la pale.

COUPLES DE TORSION SUPPORTES PAR UNE HELICE Couple de torsion aérodynamique (C3) Ra x d fait apparaître un couple qui tend à : - augmenter le calage (torsion d’origine aérodynamique).

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. C’est le couple de torsion centrifuge (C2) qui est prépondérent. Les pales d’une hélice sont donc naturellement soumises à un couple de torsion résultant (C2 - C3) qui tend à diminuer le calage de celles-ci.

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. C’est le couple de torsion centrifuge (C2) qui est prépondérent. Les pales d’une hélice sont donc naturellement soumises à un couple de torsion résultant (C2 - C3) qui tend à diminuer le calage de celles-ci.

COUPLE DE COMMANDE Comment créer un couple de commande (C1) ? Pour modifier le calage des pales d’une hélice, il faut un mécanisme de changement de pas manœuvré : - directement à l’aide de la force musculaire, ou - à l’aide d’une énergie pour assister la force musculaire. Dans ce cas, qui reste le plus répandu, l’énergie utilisée peut-être : - pneumatique (rarement), - électrique (parfois), - hydraulique (courant). L’énergie hydraulique est prélevée sur le circuit de lubrification du moteur et elle est transformée en énergie mécanique (force) par l’intermédiaire d’un vérin.

Création du couple de commande Le vérin utilisé peut-être à double effet :

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.

Création du couple de commande Compte tenu de la tendance naturelle, qui emmène les pales vers le plus petit pas, il est possible d’employer un vérin simple effet :

Création du couple de commande Compte tenu de la tendance naturelle, qui emmène les pales vers le plus petit pas, il est possible d’employer 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.

Remarques Que le vérin utilisé soit simple ou double effet, le couple de commande est obtenu à partir de la pression d’huile :

P huile x S piston = F piston Remarques Que le vérin utilisé soit simple ou double effet, le couple de commande est obtenu à partir de la pression d’huile : P huile x S piston = F piston F piston x h = C1

Remarques * Lorsque : C1 > C2 - C3 : le calage des pales est augmenté C1 = C2 - C3 : le calage des pales est verrouillé C1 < C2 - C3 : le calage des pales est diminué * Le couple de commande C1 étant généré à partir d’une pression d’huile, que se passera-t-il si celle-ci vient à chuter ou à disparaître ? Il faut prévoir les éventualités suivantes : - une panne de pompe, - une fuite d’huile, - une consommation d’huile trop importante, - etc ...

BUTEE PETIT PAS VOL ET LIMITEUR DE SURVITESSE Butée petit pas vol La perte du couple de commande C1 va entraîner, compte tenu de la tendance naturelle C2 - C3, les pales vers le plus petit calage. Sur bimoteur, on observera les effets suivants : - passage en survitesse de l’hélice concernée, et - augmentation de la trainée de celle-ci, d’où 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 d’environ 18 à 20°.

Butée petit pas vol La forme de la butée ne s’oppose pas à l’augmentation du calage, elle s’efface au passage du piston.

Butée petit pas vol Pour accéder aux calages inférieurs à celui de la butée, il faut que l’avion soit au sol.

Butée petit pas vol Pour accéder aux calages inférieurs à celui de la butée, il faut que l’avion soit au sol. Par contact électrique au niveau du switch de l’atterrisseur principal, l’huile sous pression arrive jusqu’au vérin de la butée et repousse son piston. Effacement forcé de la butée par action hydraulique.

Limiteur de survitesse Pour interdire la survitesse de l’hélice, un limiteur de survitesse agit sur le robinet carburant en le refermant (juste assez pour obtenir Nhélice < Nlimite).

Limiteur de survitesse Pour interdire la survitesse de l’hélice, un limiteur de survitesse agit sur le robinet carburant en le refermant (juste assez pour obtenir Nhélice < Nlimite).

HELICE A TENDANCE FORCEE Principe Certains héliciers ont opté pour des hélices à tendance forcée. La tendance naturelle de l’hélice est alors contrariée à l’aide de : - deux ressorts de compression dans le vérin, et - de masselottes de pied de pale qui agissent par effet centrifuge.

HELICE A TENDANCE FORCEE Principe Certains héliciers ont opté pour des hélices à tendance forcée. Les pales sont forcées vers la position drapeau (90°) à l’aide de : - deux ressorts de compression dans le vérin, et - de masselottes de pied de pale qui agissent par effet centrifuge.

Couple artificiel = ( F ressorts x h ) + ( F masselotte x d ) Principe Le couple qui amène artificiellement les pales vers les grands calages, faute d’une pression d’huile, est généré comme suit : Couple artificiel = ( F ressorts x h ) + ( F masselotte x d )

Exemple : Hélice tripale du Be 58

HELICE A TENDANCE FORCEE Remarques Les hélices à tendance forcée ne peuvent pas passer en survitesse si la pression d’huile vient à chuter. La position drapeau prise par les pales diminue la vitesse de rotation de l’hélice et minimise la trainée de celle-ci. Par contre, l’augmentation 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 d’une surcharge mécanique. Celui-ci agit sur le débit carburant, juste assez pour éviter que le couple réel ne dépasse la limite maximale tolérée.

Remarques Limiteur de surcouple

RECUEIL DE QCM SUR CONCEPTION ET EFFORTS SUBIS +021-03-00 Le pas d'une hélice dite "à vitesse constante" : a) diminue avec l’augmentation de la vitesse vraie ; b) est indépendant de la vitesse vraie ; c) augmente avec l’augmentation de la vitesse vraie ; d) change uniquement avec le régime moteur. Réponse : 080-06-00 Avec une hélice régulée à vitesse constante, laquelle des propositions suivantes est vraie : a) l’angle de calage diminue avec l’augmentation de la vitesse vraie ; b) l’angle de calage augmente avec l’augmentation de la vitesse vraie ; c) la vitesse de rotation diminue avec l’augmentation de vitesse vraie ; d) la vitesse de rotation augmente avec l’augmentation de vitesse vraie.

RECUEIL DE QCM SUR CONCEPTION ET EFFORTS SUBIS +021-03-00 Le pas d'une hélice dite "à vitesse constante" : a) diminue avec l’augmentation de la vitesse vraie ; b) est indépendant de la vitesse vraie ; c) augmente avec l’augmentation de la vitesse vraie ; d) change uniquement avec le régime moteur. Réponse : C 080-06-00 Avec une hélice régulée à vitesse constante, laquelle des propositions suivantes est vraie : a) l’angle de calage diminue avec l’augmentation de la vitesse vraie ; b) l’angle de calage augmente avec l’augmentation de la vitesse vraie ; c) la vitesse de rotation diminue avec l’augmentation de vitesse vraie ; d) la vitesse de rotation augmente avec l’augmentation de vitesse vraie. Réponse : B

*021-03-01 A propos d’une hélice à vitesse constante : 021-06-00 Quand la vitesse propre de l’avion augmente, avec le régime de rotation moteur constant, l’angle d’incidence de l’hélice à calage variable : a) augmente ; b) diminue ; c) reste constante ; d) augmente puis diminue. Réponse : *021-03-01 A propos d’une hélice à vitesse constante : a) le calage hélice augmente avec la vitesse ; b) le régime affiché est maintenu constant par la pression d’admission ; c) le système hélice maintient la vitesse avion constante ; d) le régime de rotation diminue lorsque la vitesse avion augmente.

*021-03-01 A propos d’une hélice à vitesse constante : 021-06-00 Quand la vitesse propre de l’avion augmente, avec le régime de rotation moteur constant, l’angle d’incidence de l’hélice à calage variable : a) augmente ; b) diminue ; c) reste constante ; d) augmente puis diminue. Réponse : C *021-03-01 A propos d’une hélice à vitesse constante : a) le calage hélice augmente avec la vitesse ; b) le régime affiché est maintenu constant par la pression d’admission ; c) le système hélice maintient la vitesse avion constante ; d) le régime de rotation diminue lorsque la vitesse avion augmente. Réponse : A

080-06-00 Un avion, équipé d’un moteur avec une hélice régulée à vitesse constante, augmente sa vitesse avec une pression d’admission constante. L’angle de calage de l’hélice (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 :

080-06-00 Un avion, équipé d’un moteur avec une hélice régulée à vitesse constante, augmente sa vitesse avec une pression d’admission constante. L’angle de calage de l’hélice (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