Hélices bipales, tripales et quadripales

En marge de mon dernier projet d'avion, j'en viens à aborder ce sujet. Je m'oriente vers une configuration à la easystar, ou bipoutre genre DH Vampire. Dans tous les cas, l'hélice sera positionnée de sorte qu'elle ne dépasse pas vers le bas, pour laisser la place à la queue ou simplement pour ne pas accrocher le sol à l'atterrissage. Donc plus le diamètre sera petit, moins le fuselage sera inutilement haut.

Pourtant, au-delà de ces considérations de contrainte, une grande hélice à faible pas serait un bon choix : bonne poussée efficace à basse vitesse.

Comment donc remplacer cette grande hélice et conserver la poussée ?

Partant sur une hélice plus petite, deux choix sont possibles : augmenter les tr/min ou augmenter le nombre de pale.

Je ne sais plus trop si j'ai pas déjà abordé le sujet, je radote peut-être, mais y a des nouveaux éléments, alors...

Première option : je peux facilement créer une quadripale en superposant 2 bipales.

J'ai eu l'occasion de tester ce cas de figure dans ma soufflerie, avec des APC 8x4 thin electric. C'est une solution batarde qu'on imagine facilement peu efficace. L'avantage est la simplicité et le grand choix de diamètre et pas.

Ici, le cas est sans appel, c'est simple : superposer 2 hélices n'apporte rien si ce n'est un surplus de consommation. On peut faire la même chose en restant sur une bipale tout en passant moins d'ampères.



Je précise au passage que 2 cas de superposage d'hélices ont été testés, hélices à 90 ° l'une de l'autre et hélices à 0° l'une de l'autre, soit strictement l'une sur l'autre.

Deuxième option : j'ai des hélices GWS direct drive 8x4 en bipale et en tripale.

Idem, j'ai pu tester en soufflerie ces hélices. Dans ce cas, on note effectivement un léger gain de poussée avec la tripale, mais au prix d'une conso largement augmentée :



C'est assez contre intuitif parce qu'on s'attendrait à un gain net de poussée, de l'ordre de 1,5 fois plus logiquement. Mais d'une part la tripale est moins efficace et d'autre part elle charge plus le moteur, diminuant les tr/min.

Il y a ensuite 2 options pour que les hélices fassent un travail similaire : faire tourner plus vite la bipale (pour s'aligner sur la poussée de la tripale) ou raboter un peu la tripale (pour s'aligner sur la poussée de la bipale).

Premier cas, on choisi un KV moteur plus élevé pour la bipale, passant de 1225 à 1320 tr/min/V :



La bipale fait toujours légèrement mieux, avec un gain probable en vitesse.

Deuxième cas, on rabote la tripale pour passer d'une 8 pouces à une 7,5 pouces (cela suppose une légère augmentation de la largeur relative de pale) :



Les courbes de poussée se superposent mais la conso de la tripale est encore bien plus élevée ! Il faut relativiser parce qu'au final, cela ne représente qu'une perte d'autonomie en croisière de l'ordre de 5 %, pas de quoi faire une attaque mais ça reste une perte inutile.

Troisième option : faire soi-même une tripale ou une quadripale en impression 3D.

Bon, je ne vais pas me lancer là-dedans, mais c'est une option essayée à l'UIUC par l'équipe Selig. L'avantage étant d'avoir des pales strictement identique, permettant plus ou moins d'isoler les seuls effets "nombre de pales".

Ici, seul le nombre de pales change :



Ici, pour aligner les courbes de poussée, on peut jouer sur le KV d'une part et, en interpolant un petit peu, sur le pas (ce qui introduit probablement une légère erreur) :



La tripale est restée inchangée, soit une 8x5 avec un moteur de Kv = 1225 (en fait l'UIUC a testé une 9x5.6, que j'ai "réduit" à 8 pouces en conservant le rapport, la polaire est donc inchangée).
La bipale, et sa polaire, est transformée en 8x4.1. Le KV augmenté à 1345.
La quadripale, et sa polaire, est transformée en 8x5.35. Le KV diminué à 1120.

Dans ce cas aussi, on voit que la formule bipale garde un léger avantage avec une conso plus faible pour le même travail rendu.

Une autre approche serait de conserver diamètre et pas pour chaque hélice (donc aussi une meilleure exactitude du calcul), ce qui est plus représentatif des options disponibles sur le marché, et de n'adapter que le KV pour obtenir une poussée similaire à une vitesse donnée, par exemple 45 km/h dans mon cas :



On voit l'échange qui se fait de poussée à vitesse à mesure que l'on diminue le nombre de pales. Reste un léger avantage au point de fonctionnement pour la formule bipale. Ou disons que les tri et quadripales n'offrent pas de réel avantage.

Donc, voilà toutes les raisons pour lesquelles, dans mon cas, je reste sur une simple bipale, d'autant que c'est plus léger. L'autre point à noter est que les tripales et quadripales, si on s'oriente là-dessus pour des raisons de "look d'enfer", ne sont pas énormément péjoratives au niveau des performances. Cela est certainement d'autant plus vrai que les hélices sont grandes. Les multipales grandeurs n'ont pas des performances aussi dégradées que ce que l'on observe aux plus petites échelles.

\"yomgui a écrit: Les multipales grandeurs n'ont pas des performances aussi dégradées que ce que l'on observe aux plus petites échelles.

Exacte et super sujet : il faudrait aussi ajouter L'épaisseur relativement élevée près du pied de pale, 30 à 40% à cause de la résistance mécanique nécessaire, diminue rapidement à 10% environ sur la seconde moitié

Mais ,,,,,A égalité de surface totale de pales, l'hélice tripale est meilleure en rendement que l'hélice bipale.

il y à aussi L'hélice en cimeterre

théoriquement, son dessin lui permet de se déformer pour s'auto-adapter au régime moteur comme un pas variable naturel, en quelque sorte.

@+
Serge