Vitesse de rotation d'hélices (avion)

fdz · 13/02/2021 11:09:14

Bonjour,
j'aimerais savoir s'il est possible de faire une analogie entre la vitesse de rotation des hélices et un pédalier de vélo,
et de savoir si le raisonnement suivant est correct.
Si j'ai bien compris, lors du décollage et/ou de la montée, il faut une vitesse de rotation d'hélices maximale.
Par rapport à un vélo, supposons qu'un cycliste roule sur du plat à vitesse constante.
Pour cela il fournit un certain effort, un certaine puissance, c'est à dire une quantité d'énergie et il pédale à son rythme de confort.
Maintenant il entre dans une montée un peu raide.
Pour se faciliter la tache, il va donc changer de pignon (ou de plateau).
De ce fait, grossièrement, il va fournir le même effort, la même puissance mais il va "mouliner" et avancer moins vite.
Donc, peut on considérer que ce principe s'applique au moteur à hélice ?
<< On garde la même puissance moteur (throttle) mais on augmente la vitesse de rotation des hélices (RPM) afin que le moteur "fatigue moins en moulinant" >>.

Ma seconde question est, pourquoi lors d'un atterrissage faut il également augmenter la vitesse de rotation des hélices ?
Est-ce que cela ralentit l'avion ou/et par sécurité s'il faut redécoller en cas d'urgence ?

PS: désolé si je ne poste pas dans la bonne rubrique

dany93 · 13/02/2021 13:39:17

Bonjour fdz,

fdz a écrit :

j'aimerais savoir s'il est possible de faire une analogie entre la vitesse de rotation des hélices et un pédalier de vélo (....)
Si j'ai bien compris, lors du décollage et/ou de la montée, il faut une vitesse de rotation d'hélices maximale.

L'analogie avec un vélo peut se faire, mais elle quand même très approximative.
Le parallèle avec dérailleur vélo ou boîte de vitesses voiture est le réglage de pas de l'hélice (quand il y a un tel réglage).
Sinon (je suis tenté d'écrire : dans tous les cas), on met pleins gaz pour décoller et la vitesse de rotation obtenue est celle limitée par le couple résistant de l'air.

Vrai, il vaut mieux que l’hélice tourne "assez vite" au décollage. "Maximale" n'est pas le terme. La meilleure vitesse de rotation est celle pour laquelle les pales ont un bon angle d'attaque par rapport à l'air. Compliqué car cet angle d'attaque diminue au fur et à mesure de l’accélération avion. Ce qui fait que la vitesse de rotation de l'hélice augmente spontanément durant cette phase. Le rendement de l'hélice atteint un maximum pour les "bonnes" conditions (en fait un bon rapport vitesse air / RPM hélice). L’idéal serait d'être toujours à puissance maximale moteur (sans sur-régime) et au meilleur rendement hélice.

L'intérêt du pas variable est de satisfaire au mieux ces compromis quelle que soit la vitesse de l'avion (au décollage, en montée, plus tard en croisière en préservant cette fois moteur et consommation).
Sur certains avions, l'hélice est en direct sur le moteur. Sur d'autres, elle est couplée par un réducteur. Cette conception (imposée par le système moteur/hélice) donne une possibilité d'adaptation supplémentaire au constructeur.

Si une hélice à pas fixe a le meilleur angle d'attaque en croisière ("pas" d’hélice plutôt grand), cet angle sera trop élevé à l'arrêt et au décollage, donnant un couple résistant trop élevé à basse vitesse avion, donc une vitesse de rotation trop faible. Mauvais rendement et mauvaise traction.
Inversement, si cette hélice à pas fixe est "au mieux" pour décoller (faible pas), elle "moulinera" en croisière, avec une tendance à vitesse de rotation trop élevée pour le moteur. La vitesse de croisière sera ainsi limitée et le rendement pas très bon.

<< On garde la même puissance moteur (throttle) mais on augmente la vitesse de rotation des hélices (RPM) afin que le moteur "fatigue moins en moulinant" >>.

On ne peut faire ça qu'avec une hélice à pas variable. Sinon, on n'a pas de contrôle autre que le calage de l'hélice fait par les mécaniciens au sol. Compromis.

Ma seconde question est, pourquoi lors d'un atterrissage faut il également augmenter la vitesse de rotation des hélices ?
Est-ce que cela ralentit l'avion ou/et par sécurité s'il faut redécoller en cas d'urgence ?

Il y a plusieurs manières de gérer l'approche en atterrissage.

Les ULMs coupent les gaz au bon moment de manière à atteindre le point d'atterrissage sans aide du moteur (moteur proche du ralenti, un peu accéléré par l'hélice qui joue les éoliennes et freine l'avion au passage). Sécurisant car on n'est plus tributaire en cas de panne moteur. Délicat car il faut évaluer juste. Ceci correspond à une pente de 10 à 15%. On peut toujours mettre un peu de gaz si on est trop court, mais c'est plus délicat si on est trop long.

Les avions approchent avec une pente d’environ 5%, c'est à dire plus faible que le plané gaz coupés. Ils ont donc besoin d'un peu de gaz pour tenir cet angle de descente. L’avantage est qu'on dispose d'une latitude de réglage (plus ou moins de gaz suivant qu'on est trop court ou trop long) pour viser le point d’atterrissage.

Dans tous les cas, le pilote doit être en mesure de mettre rapidement les gaz à fond pour redécoller en cas de problème. Mais ce n'est pas la raison du réglage des gaz en approche.

Un peu difficile à expliquer sans diluer, dis-moi si c'est trop compliqué ou insuffisant. En particulier si je n'ai pas, au moins, bien répondu à tes questions.

Si tu veux creuser le sujet, cet article est mon préféré. Je m'en suis servi pour concevoir mes fichiers d'hélices.

fdz · 13/02/2021 14:33:49

merci, ça reste encore un peu flou car je manque de connaissances techniques.
J'imagine qu'en pratique, en plus des recommandations constructeurs, le bruit du moteur ou des hélices donnent aussi des indications au pilote qui lui permettent d'ajuster les réglages afin d'obtenir le meilleur compromis (puisque c'est bien de compromis dont il s'agit, comme à vélo ).
Si je m'en tiens simplement à l'utilisation de Flightgear, de façon ludique, je me contenterai d'appliquer les consignes que l'on trouve par exemple dans les checklists
PS: le doc in english est sûrement très bien mais là, tu me perds, it's too high level for me

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