Mise à jour

CM 2005

Chronique

Photos

Règlement

Calendrier

Plans

Hélices

Moteurs

Résonateurs

Réservoirs

Transmissions

webmaster

LES HELICES

 

 

Un peu de théorie :

Une hélice développe une poussée par la création d'une zone de basse pression sur la face externe de la pale de la même manière qu'une aile d'avion génère une partance par une zone de basse pression sur son extrados. La force de poussée est commandée par le diamètre (cela va de soi) cependant que la vitesse de cette poussée, c'est à dire la vitesse du modèle, dépend grandement du pas de l'hélice et du nombre de tours sur l'arbre de transmission.

Faire fonctionner un modèle sans prêter attention à la vitesse ou au rendement n'est qu'une question de diamètre. Alors que si l'on est intéressé par la vitesse correcte ou les hautes performances pour les modèles qui nous intéressent alors il faut prêter attention au pas de l'hélice car cela va influencer aussi fortement le maniement et le rendement du moteur et du modèle.

La plupart des gens savent que le pas correspond à la distance parcourue par l'hélice au cours d'une révolution dans un corps solide; malheureusement l'eau ne se comporte pas de la même manière qu'un bloc de bois, ce qui veut dire que la distance parcourue est toujours inférieure à celle indiquée par le pas. Cette perte de puissance apparente est connue sous l'appellation de décrochement; cela ne signifie pas que l'hélice est inefficace mais plutôt qu'elle maintient un angle d'attaque par rapport à la portance et qu'elle travaille, néanmoins (comme une aile d'avion). Ce n'est que lorsque l'hélice entre en cavitation que le décrochement devient excessif et s'assimile au décrochement aérien.
La simple formule de calcul ci-dessous vous permettra d'estimer la vitesse souhaitée et choisir un pas adapté à votre usage tout en sachant que, pour ce qui nous concerne, c'est à dire les Racers Hydroplanes, il convient de déduire environ 10 % du résultat en raison du décrochement.

V(vitesse) = P (pas) x TM (tours minutes)/1057

Ce décrochement est également induit par les qualités hydro et aéro dynamique de la coque du modèle et si par exemple l'on tente de pallier à un mauvais rendement par l'usage d'un pas plus important on pourra constater que la poussée chute plus vite ou que le moteur est en surcharge.Quand le décrochement devient excessif, la poussée chute et l'hélice mouline dans le vide «tourne dans la semoule» ou dans la «choucroute» suivant les goûts culinaires ou les origines géographiques de la victime. Cela signifie que l'hélice est trop petite pour la charge et la puissance mises enjeu, mais aussi que le pas peut être excessif. Cela provient des petites poches ou cavités de vapeur d'eau qui se produisent dans les conditions de dépression extrême sur la face antérieure de la pale. Ces cavités explosent violemment causant des vibrations et une érosion. Au-delà se produit la super-cavitation qui agit principalement sur les hélices tournant à très grande vitesse avec un diamètre plus réduit et un pas plus important. Ce phénomène est généralement cyclique, il se produit une déformation des pales entraînant des vibrations puis rupture de la pale - parfois même de l'arbre voire de la chaise. Les effets destructeurs de la cavitation n'arrivent cependant que lors d'un mauvais choix d'hélice - soit un pas trop important ou diamètre trop faible. Ce que l'on sait moins c'est que les hélices rapides sur les modèles de vitesse sont en cavitation permanente. La raison est qu'elles sont étudiées pour utiliser le phénomène de manière contrôlée.

En fait, elles travaillent, derrière le modèle, en partie dans l'air plutôt que sous la surface et entraînent de l'air dans leur rotation.

A pleine vitesse, elles peuvent n'être immergées, que de 40 à 50 %

Ce constat a conduit à exploiter l'efficacité des grands pas sur les coques rapides. Une hélice à grand pas est plus facile à monter en régime dans un mélange air-eau plutôt qu'entièrement immergée, elle utilise ainsi beaucoup mieux la puissance disponible.
Pour cette raison, n'importe quel moteur entraînera une hélice 25 % plus forte en surface plutôt qu'immergée.

La figure montre l'élancement et ses conséquences sur la sustentation de l'hélice qui en résulte et expose les caractéristiques d'une hélice de surface montrant le pas évolutif (cambrure) et le bord de fuite en cuiller.

Comment se procurer ou réaliser une hélice marine ?

Problème délicat car pour les racers de vitesse à hélice marine, cet accessoire est peu commercialisé en raison d'un marché relativement réduit et de ce fait relativement onéreux, de l'ordre de 250 à 300 F qui semble quelque peu prohibitif pour un bijou de luxe dont la carrière quelque fois brève se termine au fond du plan d'eau, rendez-vous postmortem de nombre d'autres hélices et pièces diverses.

Toutefois les marques Octura, américaine et Prop Shop Anglaise fournissent un matériel de qualité qu'il faut toutefois considérer comme des ébauches à adapter aux besoins.

Afin de parer dans un premier temps à ce problème, il va falloir recourir à la fabrication « maison » ou artisanale qui a le mérite d'épargner le porte monnaie du débutant.

Délaissant l'avis des grands prêtres des calculs plus ou moins valables, de mesures, de pas de tracés, de courbes plus ou moins compliqués qui aboutissent souvent à un résultat négatif, nous nous baserons sur l'expérience et les essais multiples effectués par ceux dont les résultats ont été satisfaisants et prendrons comme modèle une hélice destinée à équiper un 10cm3 de course - des cotes pour 5 cm3 et 2,5 cm3 seront précisées plus loin, qui restent valables pour les 6,5 et 3,5 cm3, nouvelles non-nés de cylindrées autorisées en Al et A2. Une hélice se compose de 3 parties :

le moyeu

2 pales encastrées dans celui-ci

Le moyeu

Peut être prélevé dans du barreau d'acier mi dur de 10 mm de diamètre - mettre en mandrin sur le tour, coup de foret à centrer et percer à 4mm, ensuite tronçonner tous les 12 m/m. NB : si l'arbre est à 5 m/m percer à cette cote, bien entendu. Lorsque le barreau est sur la machine, on a intérêt à en préparer plusieurs . En effet, on imagine mal un entraînement ou une compétition sans hélices de rechange - de plus, on peut tester plusieurs formes de pale et il vaut mieux le faire le même jour dans les mêmes conditions de plan d'eau et de météo. Le problème consistant en fait à adapter une hélice au moteur et non pas l'inverse. Deux moteurs de même marque et cylindrées ne « tireront » pas forcément la même hélice, l'un en acceptera une de 60 mm alors que l'autre ne prendra que 58 ; d'où la nécessité d'avoir dans la boite à outils au bord du bassin, petit étau, limes et pince ronde.

Une fois donc en possession d'un série de moyeux, il faut impérativement tailler les deux entailles symétriques qui, profondes de 1 à 1,5 m/m recevront la base des pales. A la machine (fraiseuse) ce travail n'est pas difficile. A la main, c'est une autre paire de manches. Le moyeu étant petit, il faut tracer les axes et les 2 encoches en respectant les angles et attaquer la scie à métaux (une bonne) qui au début va glisser sur le moyeu et attaquer plus vite le gras du pouce que le métal. Aussi sera t-il utile de fabriquer auparavant une petite pièce qui ne nécessite qu'un perçage à 10 mm un trait de scie correspondant à l'encoche et une vis de blocage sur le côté, prélevée dans un morceau de métal dur de 12 mm d'épaisseur permettra un travail précis et sera pratiquement inusable. Pendant qu'on y est pourquoi ne pas en faire 2 autres correspondant aux diamètres de moyeux inférieurs (voir tableau) puisque en dehors du perçage nécessaire les autres cotes restent identiques.

La pièce ainsi réalisée est serrée dans l'étau, on introduit le moyeu dans son logement, on le bloque à l'aide de la vis de diamètre 3 à tête creuse, c'est mieux - et la lame de scie à métaux ainsi guidée par l'encoche entaillera le moyeu ; ceci fait, un pivotement à 180°, suivi d'une nouvelle intervention de la scie, terminera la 2ème encoche.

Pales

Elles sont taillées ou découpées dans de la tôle d'acier «bleue» de 1,5 m/m d'épaisseur. La forme est variable, les croquis indiquent des formes possibles. On peut en reporter le pourtour sur un gabarit, fer blanc ou bristol, transférer sur la tôle et tracer. La courbure sera faite au marteau, sur la seule partie hachurée, en façonnant la pale sur un rondin de métal de 28 à 30 m/m de diamètre. Les pales seront ensuite convenablement disposées dans les encoches en respectant 3 m/m de retrait de l'extrémité supérieure de la pale par rapport au centre du moyeu - après quoi elles seront brasées au chalumeau - oxypack ou soudogaz ; à moins que vous ne connaissiez un mécanicien dentiste qui veuille se charger du travail car disposant d'alliages plus résistants.

Si l'on emploie la tôle bleue, avant introduction dans les encoches, il est impératif de limer la zone de brasage afin de retrouver la couleur naturelle du métal.

Ceci fait, l'hélice sera nettoyée à la lime douce, les coulées polies et arrondies à la toile émeri puis à la polisseuse - partant de la base, la pale sera amincie de plus en plus en tendant vers le haut - vous devez pratiquement pouvoir vous raser avec le bord d'attaque, le bord de fuite devant rester à l'équerre et n'être en aucun cas arrondi - tester le tranchant obtenu sur une feuille de papier - éviter le doigt - mais dans tous les cas prévoir la boite à pansements - le SAMU tardant quelquefois.

Tableau des mesures approximatives en fonction des catégories A1 - A2 - A3

Cylindrée du moteur
Diamètre du moyeu
Longueur du moyeu
Diamètre de l'hélice
Largeur maxi de la pale
2,5 à 3,5 cc
7mm
9mm
40/42mm
11mm
3,5 à 6,5 cc
8mm
10mm
45/48mm
12/13mm
6,5 à 10 cc
10mm
12mm
58/60mm
14/15mm

 

1 - Ebauches commerciales

2 - Hélices maison réalisées comme ci-dessus

3 - Hélices maison hautes performances sorties de la masse