Comment bien choisir une hélice?

Calcul de la vitesse théorique

Le pas de l'hélice est la distance THÉORIQUEMENT parcourue en 1 tour et ce pas est généralement exprimé en pouces ( 1" = 25.4mm ) donc avec ta 22x10, 1 tour fait avancer de 10" soit 254mm ... x 7000 ( t/mn) x 60 minutes = .... après conversion d'unités 106.68 km/h.


Avec la notion de rendement, donc de glissement de l'hélice dans l'air la vitesse réelle de ton avion à ce régime doit frôler les 90 km/h en palier stabilisé. Le rendement n'est bien sûr pas constant, on comprend bien que l'hélice "glisse" beaucoup plus en phase d'accélération qu'en palier.
Ensuite la notion de traction pure dépend de beaucoup de facteurs dont la forme des pales, le choix du profil, etc ...

et aussi bien sûr du ratio diamètre /pas.


Un grand diamètre associé à un faible pas favorise la traction alors qu'un petit diamètre avec un pas élevé favorisera la vitesse.

 

La puissance consommée étant à peu près proportionnelle au volume d'air déplacé / tour ; soit la surface du disque balayé par le diamètre multipliée par la distance parcourue (le pas) on comprend bien que pour la même puissance disponible au moteur on peut obtenir des comportements très différents.


Quant au choix d'une marque ... c'est plutôt une affaire d'expérience, il est à savoir que d'une marque à l'autre le rendement et le bruit produit peuvent varier. (Exemple: les APC ont d’excellent rendements et les G-Sonic sont très silencieuses).

L'hélice en fonction du type d'avion

Un moteur est capable de faire tourner différentes tailles d'hélice. Le tout est d'obtenir un régime de rotation qui permette d'utiliser au mieux la puissance du moteur. On peut varier le diamètre et le pas. En gros, pour un même moteur, dans une fourchette donnée, plus le diamètre est grand, plus le pas est petit. Les hélices à petit pas sont utilisées pour voler lentement, on obtient un maximum de traction à basse vitesse. L'avion pourra effectuer des montées sous fortes pentes sans prise de vitesse initiale. C'est le type d'hélice à utiliser sur les maquettes (Piper Cub, Stampe) et sur les avions de voltige de type "3D". Sur les avions de sport, vous les utiliserez si vos goûts vont vers un pilotage lent et dans un espace restreint. Les hélices à pas important sont destinées au vol rapide, l'avion accélère moins bien, mais les trajectoires sont plus tendues.
En fait, les hélices, c'est comme les centrages : chacun va choisir selon ses habitudes et ses expériences, dans une plage limitée.

Conversion d'une hélice Bipale en Tripale

Souvent la règle retenue d'enlever un diamètre d'une bipale pour une tripale ??

 

EX. une 22X10 en bi = 21X10 en tri.

 

Tout simplement ce principe est faux, voici la règle :


2 pales ->3 pales, il faut réduire le diamètre 10% pour la même conso
2 pales ->4 pales, il faut réduire le diamètre 16% pour la même conso

Mais comme on ne dispose pas d'hélice de tous les diamètres, il faut jouer aussi sur le pas pour obtenir l'équivalence approximative.
C'est donc un peu plus compliqué que cela.

La consommation d'une hélice est fournis par la formule suivante en approximation :
Vous trouverez ici la démonstration que le passage de :
W= K x D^4 x R^3 x P

W=> Puissance nécessaire ou absorbée par l'hélice
K => Constante ou a peu prêt
D => Diamètre de l'hélice
R => régime moteur
P => Pas de l'hélice

Donc, le diamètre influe à la puissance 4 sur la consommation alors que le pas n'influe que de manière linéaire.

Et le casse tête de l’électrique?

à quoi sert l'hélice?.... et bien c'est elle qui fait avancer votre avion!
En fait c'est elle qui traduit en travail productif, l'énergie délivrée pas le pack d'accus et transmise via le controleur et le moteur.

Mais comment la choisir...?
Tout d'abord il faut considérer quelques conditions simples:
- elle ne doit pas toucher le sol au décollage, l'avion reposant sur ses roues. Il doit même y avoir une marge de sécurité!
- elle doit être la plus grande possible, car meilleur sera son rendement (c'est à dire qu'il y aura un minimum d'énergie perdue)
- la puissance d'une hélice varie à la puissance 4 de la différence de diamètre:
(diamètre x1.2.. 10*6 remplacée par une 12*7=> puissance transmise =1.2^4= x2.07)
c'est a dire que si nous avons une hélice de 10" qui transmet 500w, en la remplaçant par une 12" la même motorisation produirait... 500x2.07... près de 1000w! et nos accus, moteur et contrôleur ont toutes les chances de.. griller, car non adaptés à passer fournir une telle puissance demandée!
- le choix du "pas" détermine son aptitude à un décollage facile par un couple élevé ou bien à une vitesse de vol élevée:
une 13*11" favorise l'accélération et la vitesse (mais faible couple au décollage) alors qu'une 14*8" procure plus de couple pour faire décoller un "trainer" lourd au profile d'aile assez épais, mais au vol "pépère"...

Ensuite, considérons notre motorisation:
admettons que nous utilisons un pack lipo 3S de capacité 2A de qualité "20C"
nous pourrons au maximum fournir une puissance de: 2A x 15 (sécurité du 20C) x 3.4v x 3éléments = 306w (P=U*I .... 306w = 10v * 30A)
sachant que dans le meilleur des cas, la chaîne contrôleur+moteur (de qualité brushless) ne peut transmettre que 75% (25% de perte en chaleur),
il va nous rester à l'arbre d'hélice: 306x0.75= 230watt.
Remarquer au passage, que pour sortir 300w brut, notre moteur brushless pèsera environ 150g et que nous choisirons un contrôleur minimum de 40A.
admettons aussi que le Kv de notre moteur soit de 1000, le pack 3S donnant environ 10v en travail, et avec une perte de 15% de frottement en moyenne,
nous obtenons une vitesse de rotation à l'hélice de: 1000*10*0.85= 8500tmn.

Donc nous cherchons une hélice qui, tournant à 8500tmn, nous fournirait le travail des 230w trouvés en sortie de l'arbre moteur.

Comment faire?
L'expérience des anciens ou de multiples mesures peuvent nous aider à trouver par tâtonnement...
En fait, il existe un autre moyen bien plus scientifique, précis et rapide: le coefficient "n100w" généralement fourni par les fabricants d'hélice.
Il s'agit d'un chiffre qui représente le nombre de "tmn" nécessaires à l'hélice pour fournir un travail de 100w.
De là, vous l'avez compris, nous allons pouvoir calculer notre fameuse hélice, ou plus exactement, calculer le coefficient "n100w" qui va être nécessaire à notre travail demandé.
Et par recherche dans un tableau regroupant ces fameux coef. n100w, nous trouverons notre hélice...
Voici la formule... magique...
"n100w"=rotation hélice/v³(Puis.hélice/100) on multiplie la vitesse de rotation souhaitée par la racine cubique de la puissance hélice divisée par 100.
Je vous rassure, windows vous fournit la calculatrice qui vous donnera le résultat en 10 secondes!

Maintenant saisissez le nombre "puissance travail / 100" soit dans notre cas: 230/100= 2.3 et cliquez sur le bouton "x^3" (cf image), on obtient 1.32
finissons notre calcul... n100w= 8500/1.32 = 6440 ... nous devons donc chercher une hélice se rapprochant de ce coefficient "n100w".
Nous y trouvons une APC-E de 11*7" (6092) ou une 11*5.5" (6749)... de quoi choisir entre vitesse et couple...

En vérifiant nos calculs dans le logiciel "motocalc", avec un brushless (chinois) de 135g au Kv de 1050 et un pack lipo 2A 3S 20C... nous obtenons bien...
pour la 11*7 = 9.6v 30A 270w "in" et 212w "out"(=axe moteur/hélice) pour une rotation hélice de 7880tmn et une traction de 1.2kg
pour la 11*5.5 = 10v 27A 270w in et 198w out pour une hélice à 8400tmn et une traction de 1.35kg.
Un moteur de 150/180g ou un brushless de meilleur qualité (Mega, Flyware, Axi) nous donnerait un meilleurs rendement approchant davantage les 230w attendus à l'hélice...

Écrire commentaire

Commentaires: 5
  • #1

    christrang (mercredi, 17 janvier 2018 01:27)

    Bonjour Merci mais bon si la retenue d'enlever un diamètre est faux d'une deux pales a une tri-pale OK surement c'est approximatif ! mais alors passons les calculs du bas incompréhensible uniquement que par le commun des mortelles ou un mateux , et donné nous une solution plus simple cela doit bien exister ????

    merci pour votre aide
    Chris

  • #2

    Fab (samedi, 13 juillet 2019 17:33)

    Bonjour,

    Avant tout merci pour cette petite explication très clair et très intéressante.
    J'ai actuellement une hélice bipale 16x8 sur mon DLE20 et je souhaiterai passer sur une tripale en 14x10, est ce un bon choix ?

  • #3

    sebban alain (jeudi, 26 août 2021 14:02)

    Je ne suis pas un mateux . Je ne sais pas calculer comment obtenir la meilleure hélice.
    J'ai donc besoin d'une hélice tripale de quelle dimension pour soulever une charge de 150 Kgs, sur une hauteur de 25 mètres, la vitesse n'ayant aucune importance. Je dispose d'un moteur de 1,7 KW, et 120A à partir de 2500 T/mn. moteur qui peut touner jusqu'à 6000T/mn.

  • #4

    sebban alain (jeudi, 26 août 2021 14:39)

    quelqu'un a-t-il lu mon message? Si quelqu'un a une réponse, merci d'avance.

  • #5

    isfj (vendredi, 24 décembre 2021 04:47)

    J'ai tout compris, bien vu pour la formule, j'ai fait un BAC pro vente et wllh tu regales