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 L'hélice

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BROMURE
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BROMURE

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MessageSujet: L'hélice    L'hélice  EmptyVen 02 Oct 2015, 02:04

L'HELICE

Bien le bonjour

Le chantier naval est fermé pour cause de déménagement mais pas le bureau d'étude

UN PEUT DE CALCUL

On va parler hélices élément essentiel dans la propulsion de nos petits bijoux : l'helice

pour simplifier, a pas fixe, c'est ce qui se monte le plus sur nos bateaux

Définition du pas de l'hélice : c'est la distance qu'elle parcours quand elle a fait un tour

si je trace le pas sur un cylindre et qu'ensuite je le découpe et mets à plat j'obtiens ceci

L'hélice  <a href=L'hélice  Helice13" />

AB est égal à la circonference du rouleau ci qui donne AB = π d
d = le diametre du rouleau

je vous épargne le cours de trigo et la démonstration pour arriver à la formule
Pas = π * d * Tang (α)
α est l'angle formé par l'angle CAB

on peut donc calculer le pas de notre helice

on mesure un angle de 30° sur la pale

L'hélice  <a href=L'hélice  Helice12" />


tangente 30° = 0.57735
diametre 45 mm

3.14 * 45 * 0.57735 = pas = 81.579 mm
en 1 tour l'avancée est de 81.579 mm

une application du pas

l'hélice tourne à 500 tours minute
en 1 minute le bateau parcours donc 40789.5 mm soit 40.789 m

40.789 * 60 = 2447.34 m h soit 2.447 kmh en theorie (en pratique ce sera moins on verra pourquoi plus loin)

ça parait simple et bien non
regardons une hélice on s'aperçoit que l'angle au pied de pale est plus important qu'en bout de pale (je ne parle pas du profil)


le pas est fonction d'un angle et d'un diametre
le diametre d'une helice on peut pas le modifier mais on peut modifier l'angle de pale



L'hélice  <a href=L'hélice  Helice11" />

003

prenons une helice de diametre 900 mm
en bout de pale le perimetre est de 3.14 * 900 = 2.826 m
en pied de pale le perimetre est de 3.14 * 300 = 0.942 m

l'angle de la pale est de 30 °

le pas en bout de pale est de 2.826 * 0.57735 = 1.631
le pas en pied de pale est de 0.942 * 0.57735 = 0.543

on constate qu'avec un angle de pale constant du pied au bout le pas n'est pas constant, le vissage dans l'eau ne se fait pas correctement
- la pale est souple elle se déforme et il y a perte de rendement
- la pale est rigide elle ne se déforme pas ça force et ça consomme plus d'energie

alors tous ceux qui fabriquent des helices en soudant 3 ou 4 pales plates sur un moyeu TOUS FAUX (et pourtant ça se vend)

rapporté à nos modèle c'est en electrique quelques millampere de consommation instantanée en plus et en vapeur du temps de navigation en moins et pour les deux une perte de vitesse

revenons à notre helice, il faut donc faire evoluer l'angle de pale de son pied vers son extremité pour garder un pas constant de 0.543

methode de calcul

2.826 * X = 0.543
X = 0.543 /2.826 = 0.192

la table des tangentes donne pour 0192 la valeur 11° (arrondi)

vous savez maintenant pourquoi l'angle d'attaque d'une pale d'hélice évolue et vous savez aussi calculer son pas

Avant de continuer
à partir de ces calculs on peut determiner beaucoup de chose sur les caractéristiques de propulsion d'un navire réel
- sa vitesse a un regime donné
- sa vitesse maximum
- sa puissance motrice
- sa consommation à un regime donné, electrique pour le nucléaire, mazout pour les autres
- son deplacement
- si on connait son tonnage mazout on sait combien de temps il peut rester en mer sans appro
Vous comprenez ainsi pourquoi les hélices de certains batiments de guerre son " CONFIDENTIEL DEFENSE"

LE NOMBRE DE PALES

Avec une seul pale telle que nous la connaisson ça fonctionne mais ça vibre beaucoup mais à ses débuts l'hélice était parfois constitutée
d'une seule pale en forme de tir bouchon
deux pour une hélice moderne c'est le minimum pour un parfait équilibre en rotation alors pourquoi plus de deux, simplement pour diminuer la charge par pale

VITESSE ET GLISSEMENT

on a vue plus haut qu'on pouvait définir la vitesse d'un bateau en fonction du pas et du nombre de tours minute

rappel

3.14 * 45 * 0.57735 = pas = 81.579 mm
en 1 tour l'avancée est de 81.579 mm =

l'hélice tourne à 500 tours minute

en 1 minute le bateau parcours donc 40789.5 mm soit 40.789 m

40.789 * 60 = 2447.34 m h soit 2.447 kmh en theorie

Pourquoi en théorie, parce que dans le calcul nous n'avons pas pris en compte la coque et sa capacité "à glisser" dans l'eau (ça se calcul notamment en utilisant le Nombre de FROUDE mais là j'avoue j'ai déconnecté )

grosso modo le coefficient de glissement pour une coque de vitesse est de 10 à 20 % et pour les coques à déplacement de 30 à 40 %

on part du principe que le glissement est égal à 35%
on arrive à 2.447 * (100 - 35 / 100 ) = V réelle
2.447 * ( 65 / 100 )
2.447 * 0.65 = 1.590 kmh

difficile à mesurer sur un plan d'eau aussi on peut faire
1.590 km = 1590 m
1590 / 60 = 26.5 mètre par minute et ça on peut le mesurer

voila la fin de ce petit post qui j'espère vous fera comprendre un peut mieux un des éléments les plus important dans la propulsion de nos petits joyaux

je me demande si des fabriquants réputés comme RABOETCH prennent en compte ce genre de calcul dans leurs fabrications

pour les vaporistes qui bien souvent fabriquent leurs hélices ça devrai les aider à affiner leurs calcul



L'hélice  <a href=L'hélice  Helice10" />

Dernières précisions

on parle parfois d'hélice verticale on devrait dire propulseur et n'a rien à voir avec

ces calculs

concernant les hélices à pas variables tous est dans le nom mais le pas reste constant du pied au bout de pale

les hélices navales évoluent dans un milieux incompressible
ce n'ai pas le cas des hélices aériennes qui sont dans dans un élément compressible

sources
- documents du net
- cours de trigo de l'ESAM de Bourges

et si vous voulez en savoir plus
l'helice / cours de manoeuvre 5 em année / ENSM

l'helice / revue le YACHTS

HELICES MARINES / Jean Marc Laurens

et une video bonus

NORMANDIE

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DANS LE TABLEAU ARRIERE  C'EST LE DIAMETTRE D'UNE BOUTEILLE DE VIN 
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MessageSujet: Re: L'hélice    L'hélice  EmptyVen 02 Oct 2015, 08:03

Salut Gilles
merci pour le cours sur les hélices
@mitié Laurent

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MessageSujet: Re: L'hélice    L'hélice  EmptyVen 02 Oct 2015, 09:13

Je vais commencer par bien me réveiller pour assimiler tout ça!!! Crying or Very sad

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Les vivants,les morts,et ceux qui vont sur la mer  L'hélice  Drapea10
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MessageSujet: Re: L'hélice    L'hélice  EmptyVen 02 Oct 2015, 09:22

Bonjour Gilles,

Sujet difficile mais extrèmement intéressant, très fouillé et détaillé et qui éclaircit beaucoup de choses ! On comprend maintenant pourquoi les pales ont cette forme !

Ca devrait en intéresser plus d'un !

Merci!

Stéphane
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MessageSujet: Re: L'hélice    L'hélice  EmptyVen 02 Oct 2015, 11:31

Quel cours magistral bravo

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Localisation : Corse d'en bas

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MessageSujet: Re: L'hélice    L'hélice  EmptyVen 02 Oct 2015, 13:07

Autrement dit, le pas est une distance : la distance parcourue par un point de l'hélice lorsqu'elle fait un tour.
On comprend donc que pour que l'hélice fonctionne bien, il faut que tous les points sur le rayon avancent d'une même distance en un tour.

A part cela, ce n'est pas le fait que l'eau soit incompressible qui fait la différence entre l'air et l'eau, c'est la viscosité du fluide.

Martin Hepperlé, le pape des hélices (http://www.mh-aerotools.de/airfoils/index.htm) ne fait pas de différences entre les 2 milieux dans ses calculs (sauf aux limites : régimes transoniques en l'air, cavitation ds les liquides)

A propos du nombre de Froude

Pat_2b

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Dernière édition par patdxfr le Ven 02 Oct 2015, 13:14, édité 2 fois (Raison : Froude et non Foudre :))
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MessageSujet: Re: L'hélice    L'hélice  EmptyVen 02 Oct 2015, 20:01

Superbe leçon et explicite dans tout ses points.
ça m'interresse grandement surtout que tous mes modèles sont ou seront naviguants comme le bismarck au 1/200 en cours et aprés le USS Hornet au 1/200 également
merci Bromure
amitié
Eric

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MessageSujet: Re: L'hélice    L'hélice  Empty

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