Recherchez sur tout Techno-Science.net
       
Techno-Science.net : Suivez l'actualité des sciences et des technologies, découvrez, commentez
Catégories
Techniques
Sciences
Encore plus...
Techno-Science.net
Photo Mystérieuse

Que représente
cette image ?
 A | B | C | D | E | F | G | H | I | J | K | L | M | N | O | P | Q | R | S | T | U | V | W | X | Y | Z | +
Hélice
Hélice du navire USS Churchill (classe Arleigh Burke).
Hélice du navire USS Churchill (classe Arleigh Burke).
Hélices contrarotatives sur un P-51 (moteur Rolls-Royce)
Hélices contrarotatives sur un P-51 (moteur Rolls-Royce)

Hélice est issu d'un mot grec helix signifiant " spirale ". Un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini par les relations...) en forme d'hélice (Hélice est issu d'un mot grec helix signifiant « spirale ». Un objet en forme d'hélice est dit hélicoïdal.) est dit hélicoïdal.

Géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le XVIIIe siècle, les figures d'autres types...)

C'est une courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du plan, de l'espace usuels. Par exemple, les droites, les segments,...) gauche dont la tangente en chaque point (Graphie) fait un angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) constant avec une direction donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction, d'un événement, etc.).

Pour obtenir une hélice de manière simple, prendre une feuille (La feuille est l'organe spécialisé dans la photosynthèse chez les végétaux supérieurs. Elle est insérée sur les tiges...) rectangulaire, tracer une diagonale (On appelle diagonale d'un polygone tout segment reliant deux sommets non consécutifs (non reliés par un côté). Un polygone à n côtés possède diagonales.) et enrouler la feuille pour former un cylindre ; le trait forme une hélice. C'est aussi la forme des ressorts à boudin et des solénoïdes.

Mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission,...)

C'est un appareil de traction, compression, propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant. Elle fait appel à un propulseur qui transforme...), sustentation, ou inversement ou de mesure, formé de plusieurs pales disposées régulièrement autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres...) d'un axe. Lorsque son axe entre en rotation, ce système décrit des hélices dans un fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont...) en avançant perpendiculairement à la rotation, grâce aux pales orientées suivant un certain angle ou pas qui prennent appui sur le fluide. Une hélice peut donc être motrice (transfert d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) vers le fluide: avion) ou réceptrice (récupération d'énergie depuis le fluide: éolienne (Une éolienne est un dispositif qui utilise la force motrice du vent. Cette force peut être utilisée mécaniquement (dans le cas d'une éolienne de pompage), ou produire de l'électricité (dans le cas d'un aérogénérateur).) ou aérogénérateur); le profil des pales étant optimisé pour l'utilisation prévue.

Applications

  • Mue par un moteur (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou...) elle est utilisée pour le déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la valeur, et finalement le...) d'une machine dans un fluide et, inversement pour mouvoir un fluide dans un contenant (la machine restant immobile). Il y a transfert d'énergie du moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la puissance. Il effectue ce travail à partir...) vers le fluide.
  • Associée à un capteur (Un capteur est un dispositif transformant l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure,...), elle sert à mesurer la vitesse (On distingue :) de déplacement d'un fluide, ou le déplacement d'un objet dans un fluide. Il n'y a théoriquement pas de transfert d'énergie.
  • Associée à un récepteur ou un générateur elle est utilisée pour récupérer de l'énergie dans un fluide en mouvement relatif ("alternateurs traîne" et largués derrière certains voiliers, moulins à vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont lieu sur Neptune et sur...), aérogénérateur (Une éolienne est un dispositif qui utilise la force motrice du vent. Cette force peut être utilisée mécaniquement (dans le cas d'une éolienne de pompage), ou...), certaines turbines de centrales électriques, ...). Il y a transfert d'énergie du fluide vers le moteur.

Joseph Ressel, ressortissant de l'empire austro-hongrois, est l'inventeur de la propulsion d'un navire (Un navire est un bateau destiné à la navigation maritime, c'est-à-dire prévu pour naviguer au-delà de la limite où cessent de s'appliquer les règlements techniques de sécurité...) par une hélice (invention brevetée en 1827).

Hélice marine

Hélice de navire
Hélice de navire

L'hélice est le moyen de propulsion le plus courant pour déplacer un bateau (Un bateau est une construction humaine capable de flotter sur l'eau et de s'y déplacer, dirigé ou non par ses occupants. Il répond aux besoins du transport maritime ou fluvial, et...) ou un sous-marin (Un sous-marin est un navire capable de se déplacer dans les trois dimensions, sous la surface de l'eau ; il se distingue ainsi des autres bateaux et navires qui se déplacent dans deux...). L'application de la propulsion des navires par l'hélice, est attribuée à l'ingénieur (« Le métier de base de l'ingénieur consiste à résoudre des problèmes de nature technologique, concrets et souvent complexes, liés à la conception, à la réalisation et à la mise en œuvre de...) français Frédéric Sauvage.

De la cavitation (La cavitation décrit la naissance et l'oscillation radiale de bulles de gaz et de vapeur dans un liquide soumis à une dépression. Si cette dépression est suffisamment élevée, la pression peut devenir inférieure à la pression de vapeur...) peut apparaître si l'hélice est soumise à une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale...) plus importante que celle pouvant être transmise à l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.). Cela conduit à une perte d'énergie, à une augmentation du bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation auditive.) produit par l'hélice et surtout à une érosion de la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) de l'hélice. Cependant, la cavitation peut être un effet recherché, comme dans les dispositifs de propulsion à supercavitation.

Hélice aérienne

Pour les avions

L'hélice a été le premier système de propulsion en aviation (L'aviation est une activité aérienne définie par l'ensemble des acteurs, technologies et règlements qui permettent d'utiliser un aéronef dans un but particulier. Ces diverses...) et reste encore utilisée pour les avions ne nécessitant pas de grandes vitesses de translation. Le pas des pales peut être augmenté ou diminué afin d'assurer un brassage plus ou moins important de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est...) pour faire varier la vitesse du véhicule (Un véhicule est un engin mobile, qui permet de déplacer des personnes ou des charges d'un point à un autre.). En cas de panne du moteur, les pales peuvent être orientées de manière à offrir la moindre résistance au vent et ne pas créer de traînée (En mécanique des fluides, la traînée est la force qui s'oppose au mouvement d'un corps dans un liquide ou un gaz. Mathématiquement c'est la composante des efforts exercés sur le corps, dans la direction...). On parle alors de mettre l'hélice en drapeau.

Hélices en drapeau (Hercules C-130)
Hélices en drapeau (Hercules C-130)

Schématiquement, une hélice d’avion (Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI), est un aéronef plus lourd que l'air,...) est avant tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) une aile qui tourne (la forme de la section des pales est le même), tirant l’avion vers l’avant, en restituant au maximum 80% (environ) de la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) fournie par le moteur pour une hélice classique; et jusqu'à 95% pour des hélices contra-rotatives.

La face avant de la pale (Une pale d'hélice (avion) ou de rotor (hélicoptère) est une surface portante en rotation autour d'un axe. C'est un dispositif aérodynamique ou hydrodynamique destiné...), bombée, est à comparer à l’extrados de l’aile tandis que la face arrière (à l’intrados) est relativement plate, voire creuse. La vitesse de l'air à l'extrados supérieure à celle de l'intrados crée une dépression plus importante d'où la "traction".

La notion de pas est la distance que parcourt l’hélice, lorsqu’elle fait un tour complet. Pour un pas donné, le calage angulaire du profil va décroissant en s'éloignant du centre, car le chemin parcouru augmente avec le rayon, d'où l'aspect vrillé de l'hélice. Dans son fonctionnement, le pas efficace de l'hélice est plus faible que le pas géométrique.

  • Petit Pas : Calage de 10° (environ) de la pale ;
  • Grand Pas : Calage de 45° (environ) de la pale ;
  • Mise en Drapeau : Calage à 90° (environ) de la pale, pour l’effacer dans le vent.

Pour simplifier au maximum, plus le pas est grand, plus la vitesse de l'avion peut être grande.

En Mode Manuel, le pilote peut donc modifier le calage, à loisir, des pales en actionnant (plus ou moins longuement) les commandes PP et GP. En Mode Automatique, c’est le régulateur de vitesse (Le régulateur de vitesse est un système qui équipe les véhicules et qui est destiné à stabiliser une vitesse automatiquement et/ou à fixer une vitesse maximale limite (on parle alors de...) (couplé à la commande (Commande : terme utilisé dans de nombreux domaines, généralement il désigne un ordre ou un souhait impératif.) des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la...) ou avec une remontée du régime moteur) qui modifie le calage des pales, le pilote ne pouvant intervenir que pour les positions PP et GP (hélice à régime constant).

Une hélice est dite tractrice (En mathématique, une tractrice est une courbe plane parcourue par un point M lié à un point T par les conditions suivantes :) ou propulsive selon qu'elle est placée devant ou derrière le véhicule, on donc qu'elle le 'tire' ou le 'pousse (Pousse est le nom donné à une course automobile illégale à la Réunion.)'. Par exemple, le Dornier Do X (Le Do X était un hydravion civil allemand construit par les usines Dornier après la Première Guerre mondiale. À son époque il était de loin le plus grand avion au monde.) est à hélices propulsives, le Grob (La société Grob (Burkhart Grob Luft- und Raumfahrt GmbH & Co KG) était au départ une usine aéronautique allemande fondée en 1926 par Ernst Grob à Munich. Au début, la production se...) à hélice tractrice, et, plus rare, le Do 335 utilise deux moteurs, l'un propulsif, l'autre tracteur.

Dans les premiers stades de l'aviation de guerre, l'emploi conjoint d'une mitrailleuse et d'un système de propulsion sur les avions de chasse obligeait à placer l'arme hors du disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et régulière, à l'image d'un palet — discus en latin.) décrit par la rotation des pales (la plupart du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) sur la voilure supérieure des avions biplans) pour éviter leur destruction par les projectiles. Ceci avait comme inconvénient que le pilote devait tenir compte de la parallaxe (La parallaxe est l'incidence du changement de position de l'observateur sur l'observation d'un objet.) entre son regard (la ligne de visée) et l'âme de l'arme. C'est l'aviateur (Un aviateur est une personne qui pilote un aéronef.) Roland Garros (Roland Adrien Georges Garros, né le 6 octobre 1888 à Saint-Denis de la Réunion, aviateur civil très célèbre avant 1914, lieutenant pilote lors de la Première Guerre mondiale, est...) qui mettra au point le premier mécanisme de synchronisation permettant d'assurer le passage des balles entre les pales de l'hélice. Plus tard, certains avions comme le Morane-Saulnier (Morane-Saulnier est un constructeur aéronautique français.) MS.406 ou le Dewoitine D.520 recevront un canon de Hispano Suiza de 20mm tirant au travers du moyeu d'hélice, mais cette disposition est restée marginale malgré sa grande efficacité du fait de la difficulté de placement du canon (placé entre les 2 rangées de cylindres du moteur V12) et de la faible capacité en munitions limitée par le volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) disponible.

Pour les hélicoptères

Les pales formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est haute et inversement. Chaque voyelle se...) le rotor principal (Le rotor principal est l'élément composé de plusieurs pales qui par sa rotation permet la sustentation, le pilotage et la propulsion d'un hélicoptère.) assurant la sustentation et le déplacement des hélicoptères sont de très grande taille et leur nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) varie en fonction de la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation...) et de la vitesse du véhicule (Grue volante). La variation du pas peut être commandée collectivement (montée/descente, manche gauche) ou de manière cyclique (mouvements de translation dans le plan horizontal (Horizontal est une orientation parallèle à l'horizon, et perpendiculaire à la verticale. Une ligne horizontale va « de la gauche vers la droite » ou...), manche droit).

  • Ce rotor assure à la fois la portance, la propulsion et le guidage du véhicule.
  • Le couple engendré par le rotor principal doit être compensé afin d'empêcher la cellule de tourner dans le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du ralentissement du...) contraire. Plusieurs solutions sont possibles :
    • un système de propulsion latéral assuré par un rotor anti-couple (Le rotor anticouple est un rotor auxiliaire de petite taille situé à l'arrière d'un hélicoptère et dont le pas des pales est actionné par les pédales d'un palonnier...) ou un flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus...) d'air (NOTAR) situé au bout d'une poutre de queue (La poutre de queue est la partie d'un hélicoptère à l'extrémité de laquelle est disposé le rotor anti-couple.),
    • un second rotor principal qui peut être superposé au premier et placé sur le même axe mais tournant en sens inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1,...) (rotor contrarotatif comme sur les appareils Kamov) ou placé à une distance plus ou moins grande du premier (rotors engrenants comme sur le K-Max).
Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

Vous pouvez soumettre une modification à cette définition sur cette page. La liste des auteurs de cet article est disponible ici.