hélice (marine, aviation) - transports.

hélice (marine, aviation) - transports. 1 PRÉSENTATION hélice (marine, aviation), dispositif mécanique qui produit une force ou poussée parallèle à son axe de rotation quand on le fait tourner dans un fluide (gaz ou liquide). Les hélices peuvent fonctionner dans l'air ou dans l'eau, mais une hélice conçue pour fonctionner efficacement dans l'un de ces deux milieux sera inefficace dans l'autre. Pratiquement tous les navires sont équipés d'hélice et, jusqu'au développement de la propulsion à réaction, pratiquement tous les avions, à l'exception des planeurs, étaient également propulsés ainsi. Même maintenant, le moteur à turbosoufflante utilise une variante spéciale d'hélice, montée dans un conduit. Une hélice se comporte comme une éolienne quand elle est placée dans le vent. L'hélice est essentiellement une vis qui, lorsqu'on la fait tourner, se tracte en avant dans l'air ou dans l'eau, de la même façon que la vis d'un boulon se tracte en avant dans l'écrou. Les hélices typiques sont constituées de deux, trois ou quatre pales, chacune d'elles étant une portion de la courbe géométrique appelée hélice, laquelle représente la forme géométrique d'un filet de vis. La distance qu'une hélice ou une pale d'hélice parcourrait vers l'avant quand son arbre fait un tour complet, s'il n'y avait pas de glissement, est appelée pas géométrique ; ceci correspond au pas, ou distance entre deux filets consécutifs, d'une simple vis. La distance que l'hélice parcourt réellement en un tour, dans l'air ou dans l'eau, est appelée pas effectif, et la différence entre le pas géométrique et le pas effectif est appelée glissement. En général, une hélice efficace glisse peu, et le pas effectif, quand elle fonctionne dans les conditions pour lesquelles elle a été conçue, est presque égal au pas géométrique. Toutefois, le critère d'efficacité d'une hélice n'est pas le glissement mais le rapport entre l'énergie propulsive produite et l'énergie consommée pour faire tourner l'arbre d'hélice. Les hélices d'avion fonctionnent souvent avec un rendement approchant 90 p. 100, les hélices marines quant à elles fonctionnent avec un rendement moins élevé. 2 HÉLICES D'AVION Une pale d'hélice d'avion a une section transversale aérodynamiquement semblable à celle d'une aile et, quand elle est entraînée dans l'air, elle crée une portance et une traînée, respectivement perpendiculaire et parallèle à la vitesse de l'air relative à une section de la pale (voir Aérodynamique ; Avion). Les forces produites par le mouvement de l'hélice peuvent être réduites à deux composantes. L'une, la poussée, agit dans la direction du vol. L'autre composante, située dans le plan de rotation, représente la force qui doit être surmontée par le couple, ou force tournante, du moteur d'entraînement. Le mouvement complet d'un élément de pale met en jeu une combinaison de la vitesse d'avancement, représentée par la vitesse de vol, et de la vitesse périphérique due à la rotation de la pale. Ce concept d'« élément de pale « d'hélice a été profondément affiné par les ingénieurs en aérodynamique au cours des dernières années. Une autre méthode d'analyse de l'action d'une hélice est fondée sur la variation de quantité de mouvement du flux quand il passe à travers le disque balayé par l'hélice. Cette approche a été à l'origine utilisée par l'ingénieur et architecte naval anglais William Froude mais, en général, elle n'est pas aussi complète que la théorie de l'élément de pale. Pour une vitesse de rotation donnée, la vitesse résultante au niveau de l'élément de pale augmente en grandeur quand la vitesse d'avancement s'accroît, pendant que dans le même temps l'angle du vecteur représentant la vitesse résultante avec le plan de rotation s'accroît également. De ce fait, si la pale possède un pas fixe, on pourra finalement atteindre des conditions pour lesquelles la pale produira peu ou pas de poussée. D'un autre côté, quand la vitesse d'avancement diminue, l'angle entre le vecteur vitesse et la pale deviendra si grand qu'il provoquera le décrochage de la pale, avec pour conséquence une chute sévère dans le rendement de la pale. Pour adapter une hélice donnée aux différentes conditions de vol d'un avion, on utilise couramment des hélices à pas variable, dont les pales peuvent pivoter sur le moyeu de façon à modifier le pas effectif. Dans une hélice à pas variable, le pas, ou angle d'attaque de la pale, est modifiable en vol, de façon à maintenir les conditions de fonctionnement très proches de l'optimum. Les hélices de ce type fonctionnent souvent à vitesse de rotation constante, grâce à l'action d'un mécanisme de commande hydraulique ou électrique. Les hélices à pas variable offrent habituellement la possibilité d'être mises en drapeau, c'est-à-dire que l'angle des pales peut être réglé parallèle à la direction du vol, de façon à empêcher l'effet de moulin à vent qui se produirait autrement en cas de panne de moteur. La possibilité de régler les pales avec un pas négatif peut aussi être prévue dans la conception, de façon à fournir une force dirigée vers l'arrière et un freinage aérodynamique à l'atterrissage. Les pales des hélices modernes peuvent être en alliage d'aluminium plein, en acier creux ou en composites. Les hélices peuvent être munies d'un système de dégivrage. Elles doivent être équilibrées très précisément, à la fois statiquement et dynamiquement. Si, par exemple, un poids de 57 g était fixé au milieu d'une pale d'une hélice à deux pales, et un poids de 28,5 g était fixé à l'extrémité de l'autre pale, l'hélice serait statiquement équilibrée, c'est-à-dire que l'arbre d'hélice, placé sur des lames de couteau (d'équilibrage), ne tournerait pas, quelle que soit la position des pales ; cependant, elle ne serait pas dynamiquement équilibrée, et vibrerait aux grandes vitesses de rotation. Le rotor d'un autogire ou d'un hélicoptère est semblable dans son principe à une hélice d'avion ordinaire en ce sens qu'il est constitué de plusieurs pales, chacune d'elles étant profilée en section comme une aile d'avion, et produit une portance. Les pales ne sont pas toujours vrillées mais, comme sur les hélices d'avion ordinaires, leur pas peut être modifié. Des avions expérimentaux ont utilisé des hélices de type « ventilateur non caréné «, dont le profil se rapprochait de celui d'une hélice de navire. 3 HÉLICES DE NAVIRE Ce sont les Français Frédéric Sauvage et Augustin Normand qui sont à l'origine de la forme moderne de l'hélice de navire. Il s'agit d'une hélice qui fonctionne, en gros, de la même façon que l'hélice d'un avion. Dans l'hélice de navire, cependant, chaque pale est très large (du bord d'attaque au bord de fuite) et très fine. Les pales sont habituellement fabriquées en alliage de cuivre pour résister à la corrosion. Bien que des rendements atteignant 77 p. 100 aient pu être obtenus avec des hélices expérimentales, la plupart des hélices de navire fonctionnent avec un rendement d'environ 56 p. 100. La place disponible est également moins problématique pour les hélices de navire, bien que le diamètre et la position de l'hélice soient limités par la chute du rendement qui survient si les pales de l'hélice passent trop près de la surface de l'eau. Le principal problème dans la conception et le fonctionnement d'une hélice de navire est la cavitation, formation de bulles le long de certaines parties des pales de l'hélice, qui entraîne un glissement excessif, une perte de rendement, et le piquage des pales. Elle cause également un bruit excessif sous l'eau, un sérieux inconvénient pour les sous-marins. Voir aussi Fluides, mécanique des. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.