Aborder le problème des hélices n'est pas chose facile. Pour le modéliste qui reproduit une maquette, bien souvent, la notice de montage ou le plan donne directement le diamètre de l'hélice sans se soucier le moindre du monde de son pas et parfois même sans donner le nombre de pales. Au final, l'esthétique est là et le variateur fera le reste. Le diamètre doit être en rapport avec l'échelle du modèle avec toutefois une possibilité de moduler le diamètre sans pour autant défigurer l'esthétique de la maquette. Mettre une hélice de 45 mm au lieu d'une de 40 mm, ou l'inverse peut permettre d'améliorer le rendement.

2 caractéristiques importantes déterminent les hélices :

  • Le diamètre
  • le pas

Rassurez-vous, loin de moi de vouloir vous faire une démonstration de tous les calculs qui concernent la réalisation d'une hélice, mais sachez que la vitesse est donnée par la formule :

 

ou V est la vitesse en Km/h, w la vitesse de rotation en tr/mn, le pas correspond au pas des pales de l'hélice exprimé en mm. 60 nb de minutes par heure pour convertir les tr/mm en tr/h (1200 tr/mm = 1200x60=72000 tr/h). 1000000 est le coefficient pour obtenir une vitesse en Km/h puisque nous exprimons le pas en mm.

 

Reste le glissement. Il faut considérer qu'une hélice qui tourne dans l'eau, avec le pas de ses pales se comporte comme une vis que l'on visserait. Mais comme rien n'est parfait en se bas monde, l'hélice ne se déplace pas à chaque tour de la valeur de son pas. il y a une perte qui est appelé le glissement. Toujours en analogie avec notre vis, si le glissement n'existait pas, un tour d'hélice la ferait avancer de la longueur de son pas tout comme une vis. Avec un glissement compris entre 30% et 40%, il faudra à notre hélice faire plus d'un tour pour la faire avancer de la valeur de son pas.

sur la figure ci-contre, 1= le pas réel, 2= le pas théorique, 3 = le glissement.

1= 2-3

Maintenant que nous avons pratiquement toutes les données, on peut en partant de la formule ci-dessus en déduire le pas de notre hélice :

En prenant comme exemple notre vitesse du début soit 4,7Km/h et un glissement de 40% soit 0.6 (100-G%)/100, une vitesse de rotation du moteur de 1200 tr/mm après réducteur, le pas de notre hélice est de 108,8 mm. Ce qui se traduit par le fait qu'en 1 tour d'hélice le déplacement sera de 108,8 mm.

 

Faisons un "pas" supplémentaire et sortons de ces calculs fastidieux pour non plus calculer le pas mais le mesurer. L'hélice se caractérise pas son rapport diamètre/pas. Les fabricants d'hélice pour le modélisme ne cherchent pas la petite bête. Généralement ce rapport est constant et de l'ordre de 1/1 à 1.4/1, qui dit plus simplement, pour une hélice de diamètre 100 mm le pas est de 100 mm et de 140 mm pour un rapport 1.4/1. Attention ces chiffres ne sont que des constatations faites en fonction des différentes hélices en ma possession. D'autres fabricants ont peut-être des rapports différents. Il devient donc nécessaire de mesurer ce pas.

Nous avons fait référence plus haut dans le texte au fait qu'une hélice se comportait comme une vis. Pour connaitre le pas d'une vis on mesure la distance séparant 2 sommets de filets consécutifs. Pour notre hélice c'est la même chose à la différence près que les sommets ne sont pas aussi visibles que ça.

Trêve de blabla, trêve de blabla ! Passons à la mesure du pas. Un article de la revue MRB de 1972 décrit une solution simple :

1- tracer un arc de cercle sur la pale d'un rayon r = 0,6R (R étant le rayon maxi de la pale),

2- Placer l'hélice verticalement sur un socle de manière à ce que les pales ne touchent pas la table,

3- Prendre une feuille de papier et y tracer 2 droites perpendiculaires xx' et yy'. Le point d'intersection sera appelé O


4- Placer l'hélice verticalement avec le socle, sur la feuille de papier, son axe vertical passant par le point O ,

5- Prendre 2 équerres graduées  identiques et mesurer la distance des bords de l'hélice (bord d'attaque et bord de fuite) à la hauteur de l'axe de l'arc de cercle de rayon r,

6- Tracer sur la feuille de papier les points A' et B' correspondant à chaque perpendiculaires formées par les équerres,

7- Enlever l'hélice et son socle puis tracer à partir du centre O deux droites OA' et OB' passant respectivement par les points tracés à l'étape 6,

8- Mesurer l'angle "a" formé par ces 2 droites.

Maintenant que nous avons toutes les données, calculons le pas

ou A et B sont les relevés de mesures données par les équerres et a l'angle formé par les droites OA' et OB'.

Voilà pour ce rapide tour d'horizon sur la propulsion d'une maquette. Attention ne croyez pas que tout est résolu par ces simples calculs. Beaucoup d'autre paramètres entrent dans la réalisation d'une hélice en particulier l'angle des pales sur le moyeu pour évité la cavitation mais aussi pour que la distance parcourue par le bas de la pale soit la même que celle parcourue par le haut de la pale pour éviter les déformations, la forme des pales et d'autres données encore. Il serait trop long de tout énumérer et je vous incite à parcourir le web pour trouver d'autres compléments.

Juste avant de clore ce chapitre, un point qui me semble tout aussi important c'est la position de l'hélice par rapport à la quille et par rapport au gouvernail. Toujours dans la revue MRB mais cette fois ci de juillet 1987, une petite formule indiquait que le gouvernail ne devait pas se situer à plus de 2 fois le diamètre de l'hélice. 

Je complèterai ceci pas ce schéma trouvé sur le site de la FAO américaine qui indique tout un ensemble de données :

 

(% du diamètre de l'hélice)

1 - Dégagement minimal entre l'extrémité de la pale et la coque [1]

17%

2 - Dégagement minimal entre l'extrémité de la pale et la quille

4%

3 - Distance minimale entre le massif et l'hélice [1] à 35 % du diamètre de l'hélice

27%

4 - Distance maximale de l'hélice au gouvernail à 35 % du diamètre de l'hélice

10%

5-  Longueur maximale d'arbre nu

4 × diamètre de l'arbre

 

[1] Ces dégagements sont étroitement associés au nombre de pales et peuvent être estimés en 1 = 0,23 - (0,02 × n), et 3 = 0,33 - (0,02 × n) où n est le nombre de pales de l'hélice.

Bonne construction à tous

Je vous donne rendez-vous prochainement pour d'autres informations.