LES HELICES

EFFETS MOTEUR



- Effets moteur en vol

- Effets moteur au sol

- Effets du souffle hélicoîdal

- Effets gyroscopiques

- Effets dus à la traction asymétrique

Introduction

La rotation du groupe motopropulseur (ou GMP) constitué du moteur et de l'hélice provoque ce que l'on appelle les effets moteur. Ces effets dépendent de la puissance fournie par le moteur, de la vitesse de rotation de l'hélice et de la vitesse de l'avion, pour un avion donné.
Tous les dessins et explications de cette page sont basés pour une hélice à pas à droite, c'est à dire qui tourne dans le sens horaire vu de la place pilote.

Effets couple moteur en vol

Le couple de renversement ou couple moteur est une application du principe de la troisième loi de Newton "action/réaction". Toute action produit une réaction égale et de sens opposé". Par réaction au mouvement de rotation de l'hélice (action), un couple antagoniste tend à provoquer une rotation de l'ensemble de l'avion en sens opposé (réaction). Ce couple de renversement est plus important dans les phases de vol où le moteur est utilisé à plein régime, notamment au décollage ou en phase de remise de gaz.
Si ce couple est très important sur les avions monomoteurs à forte puissance moteur (Siptfire, Messerschmitt Bf 109 etc... ), il est peu sensible sur les avions modernes faiblement motorisés.

Cheroke Effet Renversement

Ce couple de renversement est généralement compensé lors de la conception de l'appareil pour un régime moteur et une vitesse donnés (régime et vitesse de croisière en général):
- soit par l'augmentation de l'angle de calage (incidence) d'une demi-aile,
- soit par l'augmentation de surface d'une demi-aile.
C'est à dire en augmentant la portance sur une demi-aile. Pour les autres phases de vol un compensateur d'ailerons (tab) ou le manche seront utilisés.

Cheroke Effet compensation

Nous avons vu en aérodynamique que toute augmentation de portance entraîne une augmentation de trainée. Donc l'aile gauche aura une traînée supérieure à l'aile droite ( hélice à pas à droite). Cette différence de traînée va engendrer un moment de lacet à gauche. Ce moment de lacet pourra être corrigé par :
- un léger calage à gauche du plan fixe vertical.

Cheroke Effet vue dessus

- compensateur sur la gouverne de direction.   Dans ce cas le compensateur sur la gouverne de direction "flettner" (en anglais), est fixe et ne peut se régler qu'au sol et être opérationnel qu'après plusieurs essais. Cas du Jodel.

Jodel Effet compensateur
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Effets couple moteur au sol

Pendant le roulage lors du décollage le couple de renversement va appuyer le poids de l'avion sur l'amortisseur gauche tendant à l'écraser. Le frottement du pneu sur la piste sera plus intense et l'avion aura tendance à partir à gauche

Cheroke Effet sol
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Effets du souffle hélicoïdal

C’est le plus important des effets sur les avions monomoteurs légers. La rotation de l’hélice accélère l'air qui la traverse et produit un écoulement qui s’enroule autour du fuselage. Il en résulte une augmentation de la pression sur certaines surfaces latérales, notamment l'empennage vertical . Cet écoulement hélicoïdal dépend de la vitesse de vol et du régime moteur. Il sera plus intense pour une vitesse faible un régime moteur élevé (décollage et montée) avec des spires serrées, et moins intense pour un régime moteur faible (descente et approche), ou en croisière (vitesse élevée) les spires s'allongeant avec la vitesse.

Cheroke souffle Profil

Ce phénomène génère deux moments.

Moment de roulis

Pour une hélice tournant dans le sens horaire (vu de la place pilote), cet écoulement hélicoïdal pousse l'intrados de l'aile gauche et l'extrados de l'aile droite. Une dissymétrie de portance apparait et entraîne l'avion en léger roulis à droite.

Cheroke souffle face

Moment de lacet

L'empennage vertical "frapper" par le souffle hélicoïdal de l'hélice du côté gauche entraîne un moment de lacet à gauche.

Cheroke souffle dessus

Le lacet gauche induit par l'écoulement d'air hélicoïdal est de même sens que celui induit par l'effet du couple moteur. Les principes de correction seront donc les mêmes :
- léger calage à gauche du plan vertical.

Cheroke souffle derive

- compensateur sur la gouverne de direction.   Voir Tab commandé

Cheroke souffle compensateur

L’effet du souffle rend aussi plus efficace les gouvernes de profondeur et de direction particulièrement quand l’avion se déplace à faible vitesse. Cet effet de souffle est très utile pour dirigé un avion à train classique pendant le roulage et le décollage.

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Effets Gyroscopiques

Un avion peut pivoter autour de ses trois axes : roulis, lacet, tangage. Or l'hélice en rotation agit comme un gros gyroscope dont l’une des propriétés est la précession. Ainsi toute sollicitation de mouvement autour de l'un des deux axes perpendiculaire à l'axe de rotation de l'hélice, aura pour tendance à aligner cet axe de rotation sur l'axe du couple perturbateur qui s'exerce sur lui.

Jodel effet gyro

Pour un monomoteur à train classique lors de la mise en ligne de vol pendant le décollage, la précession gyroscopique va créer un couple perturbateur. Cette précession sera proportionnelle à la puissance du moteur et à la rapidité avec laquelle on mettra l'avion en ligne de vol.
Ci-dessous passage du roulage trois points au roulage deux points.

Jodel couple profil

L'avion aura alors tendance à embarquer à gauche (hélice tournant à droite).

Jodel couple dessus
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Effets dus à la traction asymétrique de l'hélice

Lorsque l'axe de rotation de l'hélice est confondu avec la direction du vent relatif, la force de traction de l'hélice se trouve en son centre. L'angle α de la pale descendante est égal à l'angle α de la pale montante.

Helice Tract Symetrique

Lorsque l'avion vol à un angle d'incidence élevé ou pendant le décollage, l'axe de rotation de l'hélice n'est plus confondu avec la direction du vent relatif. L'angle α de la pale descendante est supérieur à l'angle α de la pale montante. Les pales de l'hélice vont donc engendrer des forces de traction différentes.

Helice Tract Symetrique

Dans notre cas (hélice tournant à droite) la force de traction droite Ftd sera supérieure à la force de traction gauche Ftg . La traction totale de l'hélice sera égale à Ftd plus Ftg mais son point d'application est décalé du côté de la pale descendante. Cet effet de traction asymétrique va créer un moment de lacet à gauche.

Helice Tract Couple

La correction se fera par une action sur la gouverne de direction via la palonnier pour créer un couple de lacet contraire.

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