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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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Définitions et principe de fonctionnement
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1. Évolution technologique
L’hélice a toujours profité des progrès technologiques engendrés par l’essor de l’aéronautique ; elle a, en particulier, continuellement adopté les meilleurs matériaux proposés du moment : d’abord le bois, puis le métal (acier mécanosoudé, alliage d’aluminium massif) et, enfin, les matériaux composites (l’hélice est, de ce point de vue, l’une des rares applications qui utilise ces matériaux pour des équipements structuralement vitaux pour l’avion).
Concernant l’évolution des technologies relatives au moyeu, on peut noter que celui-ci a d’abord été inexistant (l’hélice, monobloc, étant directement fixée sur l’arbre moteur) ou n’a assuré qu’une fonction d’encastrement pour les pales ; par la suite, un changement de pas pneumatique à deux positions (ne pouvant être actionné qu’une fois en vol) fut inventé. Ce principe, consistant à changer le calage des pales au cours du vol, a ensuite été repris par tous les dispositifs de régulation jusqu'à aujourd’hui. Seules les différentes sources de puissance impliquées dans cette fonction ont évolué : d’abord pneumatique, puis hydromécanique ou mécanique seule (régulateur de Watt avec des masselottes et des ressorts de rappel), voire électrique.
L’hélice simple a également été reprise pour imaginer d’autres concepts parmi lesquels on peut citer : l’hélice carénée, les hélices contrarotatives, l’hélice propulsive (alors que le cas le plus courant est l’hélice tractive)…Dans la suite de cet article, nous limiterons l’étude au cas de l’ hélice tractive simple et non carénée ; les méthodes de conception pour toute architecture différente pourront s’inspirer de la démarche qui suit.
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BIBLIOGRAPHIE
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(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).
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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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