Hélice d'avion : nom, classification et caractéristiques

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

La base du mouvement de l'air sur les principes de l'aérodynamique est la présence d'une force qui contrecarre la résistance de l'air en vol et la gravité. Tous les avions modernes, à l'exception des planeurs, ont un moteur dont la puissance est convertie en cette force. Le mécanisme qui convertit la rotation de l'arbre de la centrale électrique en poussée est l'hélice de l'avion.

Description de l'hélice

L'hélice d'avion est un dispositif mécanique avec des pales qui est entraîné en rotation par un arbre moteur et crée une poussée pour le mouvement de l'avion dans les airs. En inclinant les pales, l'hélice rejette de l'air, créant une zone de basse pression devant elle et de haute pression derrière elle. Presque toutes les personnes sur terre au moins une fois dans leur vie ont eu l'occasion de voir cet appareil, de nombreuses définitions scientifiques ne sont donc pas nécessaires. L'hélice se compose de pales, d'un moyeu relié au moteur par une bride spéciale, de masses d'équilibrage placées sur le moyeu, d'un mécanisme permettant de changer le pas de l'hélice et d'un carénage recouvrant le moyeu.

Autres noms

Quel est l'autre nom d'une hélice d'avion ? Historiquement, il y avait deux noms principaux: l'hélice proprement dite et l'hélice. Cependant, plus tard, d'autres noms sont apparus, mettant l'accent soit sur les caractéristiques de conception, soit sur les fonctions supplémentaires attribuées à cette unité. Plus précisément:

• Fenestron. Une vis insérée dans un canal spécial dans la queue d'un hélicoptère.
• Impulseur. Une vis enfermée dans un anneau spécial.
• Profan. Ce sont des vis en forme de flèche ou en forme de sabre en deux rangées avec un diamètre réduit.
• Éventail. Système d'alimentation de secours d'urgence à partir du flux d'air venant en sens inverse.
• Rotor. Ceci est parfois appelé le rotor principal d'un hélicoptère et quelques autres.

Théorie de l'hélice

À la base, toute hélice d'avion est une sorte d'aile mobile en miniature, vivant selon les mêmes lois de l'aérodynamique que l'aile. C'est-à-dire qu'en se déplaçant dans le milieu atmosphérique, les pales, de par leur profil et leur inclinaison, créent un flux d'air, qui est la force motrice de l'aéronef. La force de ce flux, en plus du profil spécifique, dépend du diamètre et de la vitesse de l'hélice. Dans le même temps, la dépendance de la poussée aux révolutions est quadratique et au diamètre - même au 4ème degré. La formule de poussée générale est la suivante: P=αρn²D^4où:

• α – coefficient de poussée de l'hélice (dépend de la conception et du profil des pales);
• ρ - densité de l'air;
• n - nombre de toursvis;
• D est le diamètre de la vis.

Il est intéressant de comparer avec la formule ci-dessus, une autre dérivée de la même théorie de la vis. C'est la puissance nécessaire pour assurer la rotation: T=Βρn³D^{5, où Β est le facteur de puissance calculé de l'hélice.}

En comparant ces deux formules, on peut voir qu'en augmentant la vitesse de l'hélice de l'avion et en augmentant le diamètre de l'hélice, la puissance moteur requise augmente de façon exponentielle. Si le niveau de poussée est proportionnel au carré des révolutions et à la puissance 4 du diamètre, alors la puissance moteur requise augmente déjà proportionnellement au cube des révolutions et à la puissance 5 du diamètre de l'hélice. À mesure que la puissance du moteur augmente, son poids augmente également, ce qui nécessite encore plus de poussée. Un autre cercle vicieux dans l'industrie aéronautique.

Spécifications de l'hélice

Toute hélice installée sur un avion a les caractéristiques suivantes:

• Diamètre de la vis.
• Déplacement géométrique (pas). Ce terme fait référence à la distance que la vis parcourrait, s'écrasant sur une surface solide théorique en un tour.
• Tread - la distance réelle parcourue par l'hélice en un tour. Évidemment, cette valeur dépend de la vitesse et de la fréquence de rotation.
• Angle de pale - l'angle entre le plan et le pas réel de l'hélice.
• Forme de la lame – La plupart des lames modernes sont en forme de sabre, incurvées.
• Profil de pale - la section transversale de chaque pale a, en règle générale, une forme d'aile.
• Accord de lame moyen –distance géométrique entre les bords d'attaque et de fuite.

En même temps, la principale caractéristique d'une hélice d'avion est sa poussée, c'est-à-dire ce à quoi elle sert.

Dignité

Les avions qui utilisent une hélice comme hélice sont beaucoup plus économiques que leurs homologues à turboréacteur. Le rendement atteint 86%, ce qui est une valeur inatteignable pour les avions à réaction. C'est leur principal avantage, qui les a effectivement remis en service lors de la crise pétrolière des années 70 du siècle dernier. Sur de courtes distances, la vitesse n'est pas critique par rapport à l'économie, de sorte que la plupart des avions de l'aviation régionale sont à hélice.

Défauts

Les avions à hélices ont aussi des inconvénients. Tout d'abord, ce sont des inconvénients purement "cinétiques". Lors de la rotation, l'hélice de l'aéronef, ayant sa propre masse, agit sur le corps de l'aéronef. Si les lames, par exemple, tournent dans le sens des aiguilles d'une montre, alors le boîtier a tendance à tourner, respectivement, dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Les turbulences créées par l'hélice interagissent activement avec les ailes et l'empennage de l'avion, créant des flux différents vers la droite et vers la gauche, déstabilisant ainsi la trajectoire de vol.

Enfin, l'hélice rotative est une sorte de gyroscope, c'est-à-dire qu'elle a tendance à maintenir sa position, ce qui rend difficile le changement de trajectoire de vol pour l'airrechercher. Ces défauts de l'hélice d'avion sont connus depuis longtemps, et les concepteurs ont appris à y faire face en introduisant une certaine asymétrie dans la conception des navires eux-mêmes ou de leurs gouvernes (safins, spoilers, etc.). En toute honnêteté, il convient de noter que les moteurs à réaction ont également des défauts "cinétiques" similaires, mais dans une moindre mesure.

Le soi-disant effet de verrouillage peut également être attribué aux inconvénients, lorsqu'une augmentation du diamètre et de la vitesse de rotation de l'hélice de l'avion à certaines limites cesse de produire un effet sous la forme d'une augmentation de la poussée. Cet effet est associé à l'apparition dans certaines sections des pales de flux d'air de vitesse proche ou supersonique, ce qui crée une crise ondulatoire, c'est-à-dire la formation de chocs aériens. En fait, ils dépassent la frontière du son. À cet égard, la vitesse maximale des aéronefs à hélice ne dépasse pas 650-700 km/h.

Peut-être que la seule exception était le bombardier Tu-95, qui atteint des vitesses allant jusqu'à 950 km/h, c'est-à-dire une vitesse presque sonique. Chacun de ses moteurs est équipé de deux hélices coaxiales tournant en sens opposés. Eh bien, le dernier problème des avions à hélices est leur bruit, dont les exigences sont constamment renforcées par les autorités de l'aviation.

Classement

Il existe de nombreuses façons de classer les hélices d'avion. Ils sont divisés en groupes en fonction du matériau à partir duquel ils sont fabriqués, de la forme des lames, de leur diamètre, de leur quantité, ainsi que d'un certain nombre d'autres.les caractéristiques. Cependant, le plus important est leur classement selon deux critères:

• First - il y a des hélices à pas variable et à pas fixe.
• Deuxièmement - il y a des vis de traction et de poussée.

Le premier est installé à l'avant de l'avion, et le second, respectivement, à l'arrière. Un avion à hélice propulsive est apparu plus tôt, mais il a ensuite été oublié pendant un certain temps et n'est réapparu que relativement récemment dans le ciel. Maintenant, cette disposition est largement utilisée sur les petits avions. Il existe même des options assez exotiques, équipées à la fois de lames de traction et de poussée. Un avion à hélice arrière présente un certain nombre d'avantages, dont le principal est son rapport portance / traînée plus élevé. Cependant, en raison du manque de flux d'air supplémentaire de l'hélice, l'aile a les pires caractéristiques de décollage et d'atterrissage.

Vis à pas variable

Les hélices à pas variable sont installées sur presque tous les avions moyens et gros porteurs modernes. Avec un grand pas de pale, beaucoup de poussée est obtenue, mais si le régime moteur est assez bas, l'accélération sera extrêmement lente. Ceci est très similaire à la situation avec une voiture lorsqu'elle essaie de démarrer à une vitesse supérieure.

La vitesse élevée et le petit pas de l'hélice créent le danger de décrochage et de chute de la poussée à zéro. Par conséquent, pendant le vol, le tangage change constamment. Maintenant, cela se fait par automatisation, mais auparavant, le pilote lui-même devait constamment surveiller cela manuellement.régler l'angle. Le mécanisme de changement du pas de l'hélice est une douille spéciale avec un mécanisme d'entraînement qui fait tourner les pales par rapport à l'axe de rotation du degré requis.

Développement moderne en Russie

Le travail d'amélioration des appareils n'a jamais cessé. À l'heure actuelle, des tests d'une nouvelle hélice de l'avion AB-112 sont en cours. Il sera utilisé sur l'avion de transport militaire léger Il-112V. Il s'agit d'une hélice à 6 pales d'un rendement de 87%, d'un diamètre de 3,9 mètres et d'une vitesse de rotation de 1200 tr/min et d'une hélice à pas variable. Un nouveau profil de pale a été développé et son design a été allégé.