Mach en bout de pale-Incompressibilité ?

[invite34ee49ce]

Bonjour,

j'espere etre dans le bon topic...

Voila après des calculs j'ai un mach relatif en bout de pales pour differentes hélices qui est environ egal à 0,5.
J'ai lu quelque part que la limite de compressibilité etait à 0,3.

a) Je me demandais si avec un mach en bout de pales inferieur à 0,3 il est normal de considerer l'écoulement dans une hélice comme incompressible...

Cela reviendrait à dire que le pas de l'hélice (avance théorique) serait egal à l'avance reelle de l'helice, comme si on vissait dans du dur.

a') Or cela correspond aussi à un angle d'incidence nul et donc à une traction nulle .


Voilà voilà... y'en a surement qui on leur petite idee!

§§!) l'avance reelle de l'hélice depend de l'incidence il me semble...mais aussi surement des frottements de l'avion (trainee)??
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[invite6dffde4c]

a) Je me demandais si avec un mach en bout de pales inferieur à 0,3 il est normal de considerer l'écoulement dans une hélice comme incompressible...

Cela reviendrait à dire que le pas de l'hélice (avance théorique) serait egal à l'avance reelle de l'helice, comme si on vissait dans du dur.

a') Or cela correspond aussi à un angle d'incidence nul et donc à une traction nulle .

Bon soir.
Je ne suis pas du tout spécialiste, mais votre phrase m'intrigue. Quand je visse dans du dur la vis avance et elle peut bien exercer une traction.
De plus, les bateaux avancent avec leur hélice qui pédale dans de l'incompressible (ou presque).
Au revoir.

[invite084c752c]

Yo.
Déjà, ça m'étonne que la vitesse en bout de pale soit si faible. De quel genre d'hélice tu parles? Avion, éolienne? Autre chose.
Mach 0,3 est en général la limite pour l'hypothèse d'incompressibilité, ensuite, ça ne fonctionne plus vraiment.

Ensuite. Si tu as un mach inférieur à 0.3, oui, c'est normal de considérer l'écoulement incompressible. Tout simplement parce que c'est beaucoup plus simple, et que tu peux "facilement" (tout est très relatif) mettre en place des codes de calcul pour sortir les perfos de l'hélice (cf Goldstein en mode incompressible). Pour prendre en compte l'effet de compressibilité, il faut ajouter des facteurs correctifs. Ca se fait, ça marche pas trop mal, mais ca devient lourdingue.

L'avance de l'hélice dépend de son calage, donc de l'angle d'incidence de l'hélice certes. Evidemment, elle dépend aussi de: la forme des profils le long de ton hélice, du calage de chaque profil etc... Enfin, elle varie aussi (dans une moindre mesure) avec les propriétés de l'air. A très haute altitude, la traction diminue (et un moteur piston, même comprimé, rend l'ame ^^).

Ta remarque sur le pas théorique, et le pas effectif, je suppose que ça vient de wikipedia ?

Il faut bien distinguer le pas géométrique, qui est fixe, et le pas effectif qui varie avec la vitesse et le régime. Le pas géométrique est la distance théorique que l'hélice parcourt en faisant un tour, sans "glisser" (sans déraper dans le fluide, comme une vis dans du bois). Le pas effectif est la distance que parcourt réellement l’hélice, lorsqu’elle fait un tour complet. Dans son fonctionnement, le pas effectif de l'hélice est plus faible que le pas géométrique.

Je ne suis pas sur de vraiment comprendre comment le pas géométrique est calculé. J'ai vu une déf, ou on prend simplement en compte le calage de l'hélice, on mutiplie par 2pi, et le tour est joué.

Alors là, tu n'as pas besoin d'avoir de compressibilité pour avoir une différence entre ce pas géométrique, et le pas réel.

En effet, une pale d'hélice, c'est une aile. En plus de faire de la trainée, elle engendre une trainée induite. (en bout d'aile). Cette trainée induite induit des variations d'angle d'incidence à cause des tourbillons générés pour les bouts de pales, en plus des variations dues au déplacement de l'hélice. Ce qui fait qu'au final, le pas réel est différent du pas théorique s'il est calculé comme ci dessus, c'est un peu plus compliqué.

[inviteaa85155c]

Cela reviendrait à dire que le pas de l'hélice (avance théorique) serait egal à l'avance reelle de l'helice, comme si on vissait dans du dur.

En fait je crois que le fait qu'on considère l'eau comme incompressible n'empêche pas qu'elle soit poussée et fasse des remous (on voit aussi la surface de l'eau qui se soulève)

Une hélice dans un fluide incompressible ne se comporte pas comme une vis dans un mur, car le fluide peut toujours bouger (et c'est ce qu'il fait). Mais c'est vrai que c'est paradoxal, parce que si le fluide est propulsé c'est bien parce qu'il subit une compression... Enfin dans les calculs je crois qu'on néglige cette compression

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite084c752c]

incompressible, ça veut juste dire que la masse volumique est constante, c'est tout. Encore heureux qu'il y ait des mouvements de fluide, c'est quand même ça au final qui fait avancer l'avion, le bateau ou tout ce que vous voulez...

[calculair]

En ce qui me concerne, je pense comme Cougar_127 qu'une vitesse de bout de pale de 0,3 mach est très faible et en particulier pour des helices d'avion

Une helice d'avion de 1 m de rayon tournant à 2000 tours minutes ne serait plus dans les tolerances.......

[invite34ee49ce]

En effet Mach 0,3 en bout de pales donne par calcul pour une hélice de 18 pouces (APC 18x10) un régime limite incompressible d’environ 4600 tours par minute.

J’ai avec le moteur que j’utilise un régime max. d’environ 7000 tr/min, ce qui correspond à un Mach relatif en bout de pale d’environ 0,5.
Pour tous les autres rayons (inférieurs) le mach sera aussi assez inférieur… d’où peut-être l’approximation incompressible.

La remarque sur le pas géométrique ne vient pas spécialement de wikipedia, un ensemble de sources apporte à peu près la même information, à savoir que l’on se base sur l’angle de calage du profil, et que l’on « visse » sur 2*Pi.

Je me demande quelle est l’influence de l’angle d’incidence, sur l’avance réelle, la vitesse, et la poussée…
En fait si l’on fait des essais sur l’hélice en statique (moteur fixe sur banc), et que l’air entrant n’est pas du tout canalisé, peut-on dire que l’angle d’incidence est nul ?
Et que penser de la poussée en vol par rapport à la poussée que l’on mesure en statique ?

De même, si l’on fait l’approximation du milieu incompressible, cela implique-t-il que l’on peut estimer la vitesse de l’appareil comme étant V=Pas*N (c’est homogène si on fait attention aux unités) ? Apparemment ce n’est pas du tout correct…

[calculair]

La vitesse V = Pas x N est la vitesse limite que l'avion ne saurait depasser.

En vol la vitesse stabilisée en palier c'est quand la trainée = la traction de l'hélice.
attention la trainée et la traction de l'hélice dependent aussi de la vitesse de vol.

La solution pour connaitre theoriquement la vitesse de vol est d'avoir l'équation aerodynamique de la trainée et de la traction de l'hélice.

cependant des approximations sont possibles lorsqu'on connait les lois d'evolution de ces paramètres

[invite34ee49ce]

Bah ok merci...

c'est sympa de participer, mais calculair si tu en sais plus que tu en ecris et que tu pouvais developper un peu je serais tres interessé

[invite084c752c]

C'est pour quelle application vince?
Tu as plusieurs méthodes, plus ou moins raffinées pour connaitre la traction d'une hélice.
Tu as une méthode ou on considère un élément de pale, et ensuite on intègre. Un autre, plus simple, ou on peut aussi faire comme ça: http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/propth.html

[invite34ee49ce]

C’est essentiellement pour pouvoir valider les mesures d’un banc (je sais c’est en statique et c’est pas tres malin mais je fais ce qu’on me demande…).

Avec le banc d’essai je suis censé pouvoir associer differents moteurs avec differentes hélices pour faire un choix pour la motorisation d’un drone.
L’autonomie maximum est requise…donc ok pour la consommation, mais c’est une autonomie en km qu’il faut alors j’aimerais faire une approximation la plus juste possible.
(sachant qu’avec mes mesures de puissance, et la formule barbare de l’avance geometrique j’obtiens un rendement global >1, il y a un truc de surevalué !!)

je ne sais meme pas trop comment cela est fait dans la pratique courante.

(mais de toute façon comme tu dis meme en incompressible le pas ne suivra pas l'angle de calage!!! mais il faut soustraire l'incidence je crois)

[invite084c752c]

tiens, c'est marrant moi aussi je fais un drone qui doit avoir la plus grande autonomie. Faut croire que c'est pas original comme sujet.

Si t'as accès au bouquin Mechanics of Flight, de Warren F Phillips, dedans, t'as toutes les belles equations dont tu as besoin.
Sinon, fais une recherche sur la théorie de l'élément de pale. C'est ultra classique, ça te donnera des résultats. Et tu pourras calculer tout ce dont tu as besoin

edit: j'ai cherché des réf sur le net, mais je n'ai pas trouvé... désolé!

[calculair]

Je commence à comprendre pourquoi tu envisages des vitesses de bout de pale faible.

Dans ton problème les caracteristiques aerodynamiques du drone doivent intervenir.

je pense sans mettre le problème en equation qu'il faut avoir des vitesses de vol faibles ( planeurs ) et dans une traction avec helice l'energie produite par le moteur se distribue en 2 parties inegales. L"une profite à l'avion, et l'autre est perdue dans l'energie cinétique de l'air ejectée par l'hélice.

Dans ta formule V = Pas x N suppose que l'energie cinetique emportée par l'air
est nulle. C'est bien une condition limite.

[calculair]

En reflechissant un peu à ton problème de drone.

C'est la consommation au km qu'il faut minimiser
ou la distance franchissable qu'il faut optimiser ?

Tu as les equations fondamentales suivantes

La trainée de l'avion = 1/2 rho Ct V²
La portance = 1/2 rho Cp V²
La portance = (ma + mc ) g ou ma est la masse de l'avion et mc la masse de carburant à bord

La conditionn de vol 1/2 rho Cp V² = (ma +mc ) g

V² = 2 (ma+ mc ) g / ( rho Cp)

2T / (rho Ct) = 2 (ma+ mc ) g / ( rho Cp)

T = Ct/Cp ( ma + mc ) g

Si tu considères que le moteur a une consommation constante dans le temps

mc = m° - ct avec m° masse initiale de carburant et c la consommation massique par seconde

Maintenant il reste à calculer la consommation pour produire la propulsion = à T sachant que le poids de l"avion change, donc Cp et don Ct et sans doute aussi V

Il faut donc connaitre la relation entre Ct et Cp pour savoir comment la vitesse de vol evolue au fur et à mesure que l"avion s'allège.......

[invite34ee49ce]

ok , et bien merci à tous les deux, je pense qu'avec ça je vais pouvoir avancer.

Le probleme (mais ça c'est autre chose), c'est que personne n'est en mesure de me donner des informations sur les caracteristiques de l'appareil en question...
Mais avec ces éléments, on va surement m'ecouter!

Si je valide mes mesures au moins ça servira à quelqu'un d'autre.

Bonne journée! (ou nuit).

ps: c'est possible que je repasse, des fois je suis lent à comprendre!