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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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Conception mécanique
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5. Acoustique des hélices
Pour de plus amples renseignements, se reporter à la référence [4].
5.1 Le bruit. Notions
L'un des inconvénients révélés par les compagnies aériennes à propos des avions de transport régionaux à hélices concerne le bruit de ces derniers par rapport à ceux équipés de réacteurs. L'amélioration du confort acoustique est donc un objectif de premier ordre si l’on veut pleinement profiter des avantages que ce type de propulsion procure dans cette plage de vitesse (rendement propulsif, coût opérationnel…). Le bruit est la manifestation sensorielle d'une variation temporelle de la pression d’un fluide au niveau de l'oreille humaine. La plage de sensibilité de cette dernière s'étend de 20 Hz à 20 kHz et varie selon la fréquence. L'unité d'évaluation de cette pression est le décibel (dB) en comparaison avec la pression de référence, fixée à P 0 = 20
10–6 Pa ;
ainsi, N (dB) = 20 lg (p/P 0) (avec p en pascals). Cette unité n'a rien de linéaire : par exemple, si l'on augmente de 6 dB le niveau acoustique, cela revient sensiblement à doubler la pression.
5.2 Représentation spectrale
Si l’on mesure le spectre du bruit émis par une hélice en un point donné, on relèvera un signal du même type que celui décrit sur la figure 21. Dans les basses fréquences, c'est le bruit de raies (pic d’émission à une fréquence donnée) qui domine, tandis que, dans les hautes fréquences, c'est le bruit dit de « large bande » qui s'impose. Ce dernier est attribué à la couche limite, ainsi qu’à toute anomalie présente dans l’écoulement (sillage, protubérance, …).
Les raies d’émission correspondent aux harmoniques du produit du régime de rotation de l’hélice par le nombre de pales. Dans la pratique, c'est le bruit de raies qui fixe le niveau sonore ;...
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Acoustique des hélices
BIBLIOGRAPHIE
-
(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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