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Bonjour,

Je suis en train de me familiariser avec des notions de base du pilotage, et il y a certains points qui sont un peu flous dans ma tête, comme la courbe de puissance utile.

(http://air.souris.set.free.fr/commuMBsecondregime.php)

Je comprend que du fait du calage de l'hélice, et pour une vitesse de rotation d'hélice donnée, la puissance moteur utilisable pour déplacer l'avion n'est maximale qu'à une vitesse donnée. Mais pourquoi ?

Si quelqu'un pouvait m'expliquer cette courbe çà serait sympa

si ça va pas assez vite, ça patine dans la semoule

quand ça va trop vite, l'helice tourne pas assez vite, et le volume d'air expulsé/aspiré, diminue

enfin je crois


Edit: j'ai lu ton lien, et c'est super bien expliqué je trouve (pas pour ta question ), mais pour le reste
ça fait du bien de revoir quelques bases

Il y a, je pense, beaucoup d'explications physiques pour cette courbe. Le fait d'augmenter la vitesse augmente le débit d'air qui passe au travers des pâles. Ce qui provoque des effest positifs et négatifs.

Par exemple, lorsque ton avion avance plus vite tu augmentes la quantité d'air qui passe a travers les pâles sans être entraîné ce qui est appelé le "débit de fuite" si mes ouvenirs sont bons (au travers des mailles du filet). Mais en même temps tu augmente aussi la quantité d'air qui passe au travers du moteur, ce qui a pour effet de mieux le refroidir et d'en augmenter la puissance... Ce qui serait intéréssant c'est surtout de connaitre les effest qui sont prépondérants et donc ceux qui jouent vraiment sur la puissance.


Après tu peux t'amuser a définir le rendement (par exemple nhélice= Puissance utile / Puissance-maximale GMP) qui doit dépendre de la vitesse de l'air mais également d'autre paramètres telle que le pas de l'hélice, sa géométie, la vitesse de rotation de l'hélice....

Si on veut chercher plus moins on peut également définir le rendement du GMP par nGMP= puissance maximale GMP/ puissance apportée par le carburant (le débit multiplié par son énergie calorifique). Ce qui te permettra au final de connaitre le rendement moteur de ton petit coucou favori (je te déconseille par ailleurs de fair ele calcul, c'ets pas trés beau a voir.. )


désolé pour ce long intermède qui, au final, ne répond même pas à la question! Mais n'ets pas pipo qui le veut!:hum:

Ce qu'il faut retenir:

Petit pas: idéal pour bien accélérer mais au détriment de la vitesse de croisière.

Grand pas: idéal pour une bonne vitesse de croisière mais au détriment de l'accélération.

Moyen pas: compromis.


Pour faire un parallèle, c'est pareil qu'en vélo pour les vitesses. Assimile les hélices à pas variable aux vitesses d'un vélo qu'on peut changer.

ton hélice a un angle d'attaque. comem une aile, l'hélice a une polaire, ce qui signifie qu'il y a un angle d'attaque donné ou la portance (donc la traction) est maximale


quand ta vitesse varie, le "vent relatif" au niveau des pales change de direction et le pas doit s'adapter. une hélice à pas fixe ne le peut pas, alors on la cale selon un angle médian (bien visible sur ta courbe) où elle maintient une efficacité suffisante sur toute la plage de régimes avec un pic kékpart au milieu.


pour une hélice à pas variable, tu peux avoir un ajustement de l'angle d'attaque (le pas que tu changes) ce qui te permet d'optimiser à tout moment au mieux la puissance nécessaire. Ceci dit, en augmentatn la vitesse de l'appareil, le pas devient plus gros. la pale de ton hélice génère une portance de plus en plus éloignée de l'axe suivant lequel ton avion avance. il en résulte que la traction dans l'axe diminue avec le pas qui augmente. Au début, cette diminution est compensée par l'augmentation de la puissance disponible du moteur et la courbe continue d'augmenter, mais rapidement elle ne peut plus l'être et la courbe s'infléchit de nouveau


enfin, pour ce que je me rappelle (ça fait une quinzaine d'années que j'ai pas réouvert ces cours...)

Je lis vos réponses avec interêt, merci

Les frottements de l'air peuvent-ils aussi rendus responsables d'une perte de puissance utile (plus on va vite, plus il y a de frottements, plus je dois "dépenser" de puissance moteur pour les compenser) ?

non, la puissance utile est, en gros, la traction maximale que peut exercer l'hélice.


les frottements viendront s'ajouter pour augmenter la puissance mini nécessaire pour tenir en palier... (l'autre courbe, celle qui est en "U")

Ce qu’on appelle Puissance Utile est la puissance propulsive (avion en vol avec son hélice).

Cette puissance propulsive s’exprime par une équation du second degré du type (y=ax² + bx + c) avec a négatif…où y=Pu et x=Vitesse… d’où la forme en cloche de la courbe tout simplement.

On peut voir ça un peu autrement :
La Pu (utile ou propulsive) est égale au produit du Rendement de l’hélice multiplié par la Puissance sur arbre du moteur (mesurée par un frein – SHP ou BHP – S pour Shaft et B pour Brake).
La puissance sur arbre d’un moteur à piston dépend très peu de la vitesse de l’avion (pour z donné), d’où une courbe à peu près plate.
Le Rendement de l’hélice (<1) en fonction de la Vitesse avion (pour rpm et diamètre donné) est une courbe en cloche (il augmente, atteint un maximum, puis diminue).
Le produit de ce rendement hélice par le BHP va donc donner à peu près la même courbe en cloche.
On s’y retrouve !

***

Je résume (je reste en hélice à calage fixe) :
Puissance utile = Puissance propulsive = Puissance que fournit l'hélice pour déplacer l'avion.

Contrairement à la puissance moteur, la puissance utile varie avec la vitesse, et puisque l'hélice est calée pour un rendement maximal à une vitesse donnée, la courbe Pu / Vit est une courbe en cloche plus ou moins plate.

Les force exterieures au systeme hélice/moteur (comme les frottements) n'impactent pas cette courbe.

Pour être précis, la puissance moteur varie légerement avec la vitesse car le refroidissement est meilleur à grande vitesse.


Je pense que je suis arrivé à une "formalisation" qui me convient (pour représenter le rendement de l'hélice), que je vous présente pour que vous me disiez si c'est n'importe quoi

Une pale d'hélice est semblable à une aile d'avion.
Pour mon cas simplifié, et à un moment de sa rotation, elle est soumise à deux force :
- le vent de la rotation de l'hélice, qui est face à son bord d'attaque.
- le vent de la vitesse de l'avion, qui arrive par l'extrados.

Ces deux forces résultent en une seule qui va attaquer la pale de manière "oblique". L'angle d'attaque de la pale varie donc en fonction de la vitesse de l'avion, et en admettant que qu'une pale d'hélice ait une "portance" maximale à un angle d'attaque donné, on arrive bien à un rendement en cloche.

Un dessin fait dans le métro :



Merci encore de m'avoir aidé avec çà

Oui ! La puissance sur arbre (BHP ou SHP) ne fait intervenir que les paramètres thermodynamiques internes au moteur et les rendements thermiques internes. En gros la puissance BHP est celle récupérée sur l'arbre de sortie du moteur.

La Puissance Utile (ou propulsive) tient compte du fait que l'on a mis une hélice en bout d'arbre, que pour un calage donné de cette hélice, cette Pu va varier avec la vitesse de l'avion, car le rendement Rh de cette hélice varie elle-même avec la vitesse de l'avion.
C'est la raison pour laquelle la courbe de Pu=f(V) est de la même forme que celle de Rh=f(V).
Pour une hélice de type Constant Speed, le rendement Rh est optimal pour toutes les phases de vol, et cela va donner des courbes Pu=f(V) plus plates (moins en cloche), donc la Pu reste la plus élevée possible quelle que soit la vitesse de l'avion.
En résumé, c'est le rendement de l'hélice qui va affecter plus ou moins la Puissance Utile, moins ce Rh va dépendre de V et moins Pu sera dépendant de V.

***
Pour les détails des formules, il faudrait consulter un ouvrage consacré au moteur à pistons pour avion, mais est-ce vraiment utile pour la compréhension... plutôt pour une étude quantitative...

***

Appliquer le principe : Somme vectorielle de la Vitesse Relative + Vitesse d'Entraînement = Vitesse Absolue

Ici : Rotation hélice = Vitesse d'Entraînement
Vitesse avion = Vitesse Absolue
On en déduit la Vitesse Relative, donc par conséquent l'angle d'attaque des filets d'air sur le profil de l'hélice.

***

Salut MAccalay et spruce (et les autre aussi),

Vous êtes sympa vous, vous me donnez envie de me torturer les méninges un dimanche.. En tout cas c'est bien intéréssant.

Mccalay, je crois que tu as bien compris le truc (ce qui m'a aidé a comprendre également :o) ). Evite quand même de dire "la puissance moteur ne varie pas avec la vitesse", puis quelque ligne après: "pour être précis le refroidissement est meilleur donc la puissance moteur..." , c'ets pas toi le pipo ici!


Pour ce qui est de ton schéma, une fois de plus tu as, je pense, bien compris le truc. Cependant, pour ce qui est du formalisme je te conseillerait plutôt de passer par un bilan d'énergie sur l'air plutôt qu'un bilan de force sur l'hélice. D'autant plus que l'on parle de rendement.

Il s'agit d'effectuer un bilan d'énergie (d'enthalpie) sur l'air qui passe dans l'hélice. Le calcul utilise le "triangle des vitesses" (c'est ce qu'évoque sprucegoss) couplé aux équations de bernouilli.... Ce calcul te permet d'obtenir la variation d'enthalpie de l'air (delta_H) en fonction de la vitesse de rotation (N) et de la vitesse de l'air (donc de l'avion: V).

delta_H = K1*N^2+K2*N*V

le premier terme représente la puissance que l'air a acquise en étant entraînée par l'hélice (le terme en N^2 est significatif de ce type d'échnage d'énergie). C'est exactement la force que tu as décrite par "le vent de la rotation de l'hélice"

Le deuxième terme représente la variation d'énergie que subit le fluide au contact d'un obstacle (qui est l'hélice ici). C'est le changement de trajectoirs du fluide: les filets fluides que décrit spruce. Et c'est là ou je te dit que tu as bien compris le truc c'est que tu as aussi identifée cette force. Tu l'as appelée "vent de la vitesse de l'avion".

les constates K1 et K2 étant uniquement fonction des paramètres géométrique et du calage de l'hélice.




Mais on a toujours pas la puissance utile!

En fait, l'enthalpie d'un fluide, c'est l'énergie qu'il contient. Pour faire varier cette énergie, il faut exercer un travail (une puissance). Dans notre cas, ce qui fait varier l'énergie du fluide c'est la puissance apportée par l'hélice.
Ainsi, si on connait la variation d'énergie de l'air, on connait la puissance qui lui a été fournit par hélice.

Après un rapide bilan dit: "en système ouvert" on obtient:

Puissance_hélice = rho*g*V*delta_H = rho*g*V*(K1*N^2+K2*N*V)

(rho: masse volumique de l'air; g: pesanteur)

puissance_hélice= rho*g*(K1*N^2*V+K2*N*V^2)



Et là, tu peux faire le rapprochement avec la formule de spruce et la cloche de ta courbe. Bien sur, cette formule décrit un comportement idéal de fluide (sans choc ni perte de charge), mais il permet de capter la physique.
Ce que tu as réussit a faire car on tombe finalement sur les formules académiques.

Eh ben, çà devient complexe tout çà, je regrette de ne pas avoir fait d'école d'ingé moi

Merci pour les explications, je reviens dès que ma lecture du Manuel du Pilote soulève une autre question

En fait Mccally, pas besoin de savoir résoudre des équations des équa diff poru comprendre. L'essentiel, c'est d'identifer le sphénomènes prépondérants, ce que tu as fait.....