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Les hélices - etude simple pour infos de Base.

 
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Les hélices - etude simple pour infos de Base.
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luciusvar


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Message Les hélices - etude simple pour infos de Base. Répondre en citant
Voici une copie du sujet que j'avais fait pour le site net du Club Carna77
Si ça peut vous aider à comprendre.


Après de nombreuses questions sur les hélices : "pourquoi on change le diametre, ou le pas, comment on fait pour savoir??????

Le mieux serait de vous en expliquer les bases donc j'ai pioché dans mes doc pour les rassembler mais de façon vraiment simple et concise.
Mes sources : ma formation chez Yamaha, Suzuki et BRP (johnson/evinrude) et quelques excellents sites internet (surtout pour les photos, un grand merci à leurs "auteurs")
Je vous ai préparé un petit topo qui ne se veut pas trop compliqué et simple pour aborder cette question. je n'ai volontairement pas voulu vous imposer les formules mathématiques et autres calculs. donc je suis resté simple.

Étudions donc les HELICES

Une hélice abimée, ou tordue, ou dont un bout est absent, ou choquée doit être impérativement remplacée par une neuve. Son utilisation engendrerait une détérioration certaine du bloc moteur ou/et du boitier d'engrenage, un augmentation de la consommation en carburant....des frais pécuniaires plus importants que le prix d'une hélice.

Une hélice est généralement définie par 8 facteurs principaux (bien qu'il y en ait beaucoup plus) :

- 1°) le Diamètre est exprimé en pouce ou en mm.
- 2°) le Pas en pouce ou en mm.
- 3°) le Nombre de Pales, allant de 2 à 7 dans 98% des cas.
- 4°) la Matière, si HB/IB Z-drive => Aluminium ou Inox, si Ligne d'arbre => Cupro-Manganèse, Cupro-Aluminium, NiBrAL ou Inox.
- 5°) La caractérisation de son moyeu : soit Ligne d'Arbre (avec un cône de type : ISO, SAE ou spécial), soit HB/IB Z-drive.
- 6°) sa Surface de pales, exprimée en %, surtout pour les hélices de transmission par ligne d'arbre.
- 7°) la présence d'un Cup et sa taille
- 8°) la progrèssivité du pas sur la géométrie de pale.



Exemple : pour une hélice HB/IB Z-Drive => 13' x 19'-3P-AL-V6 4-3/4' => le diamètre est égal à 13 pouces, la dimension du pas est de 19 pouces ; nombre de pales = 3; la Matière est de l'aluminium; la motorisation est égal ou supérieure à 130 CV (V6=nombre de cylindres) et la taille du moyeu de l'hélice à un diamètre 4,75 pouces soit 120,65 mm.

1- LE PAS DE L HELICE

Le pas de l'hélice est la distance parcourue en « pouces » par l'hélice lors d'une rotation complète; c'est analogue au pas d'une vis.
a- la diminution du pas entraine une augmentation de régime : le moteur s'emballe quand le pas est trop petit. Une hélice à petit pas convient mieux aux conditions d'utilisation à forte charge.

b- L'augmentation du pas entraine une diminution de régime : le moteur est dans l'impossibilité d'atteindre son régime maximum quand le pas est trop grand. Une hélice à grand pas convient mieux aux conditions d'utilisation à faible charge






l'Avance : c'est la distance parcourue réellement ou "Pas réel"




2- LE DIAMETRE DE L HELICE

A puissance du moteur égale, le diamètre de l'hélice est inversement proportionnel au régime de rotation, d'autant plus grand que le régime est lent, d'autant plus petit que le régime est rapide.
Donc on peut dire qu'à régime de rotation égal, le diamètre de l'hélice est proportionnel à la puissance du moteur, d'autant plus grand que la puissance est forte, d'autant plus petit que la puissance est faible.
(là tout le monde suit ??????) c'est simple pourtant

exemple : Un moteur de plus forte puissance au régime de rotation plus rapide et un moteur de plus faible puissance au régime de rotation plus lent peuvent être équipés avec des hélices de même diamètre .

Les moteurs hors bord sont équipés, d'origine, d'hélices sélectionnées de manières à offrir des performances optimales dans une série d'applications diverses, mais une hélice offrant d'autres caractéristiques (pas et diamètre) peut être mieux adapté à certains types d'utilisations.

Le diamètre et le pas sont indiqués sur l'hélice. Il est aussi noté le pas droite ou à gauche et le nombre de pales,

donc on pourra lire :

« DIAMETRE en Pouces » X « pas de l'hélice en Pouces »- pas à droite ou à gauche- nbe de pales

exemple :10 1/4 X 9.5 -D – 3



3- L’EFFET DE PAS (ou effet de couple)

Le sens de rotation de l’hélice provoque une force entraînant tout bateau en progression d’un côté ou de l’autre de sa route. Ainsi, un navire dont l’hélice tourne vers la droite (le plus fréquent), aura tendance à virer vers bâbord (cul part à droite) en marche avant et inversement pour un pas à gauche. Négligeable en marche avant, car peu prononcé, ce phénomène devient handicapant lors d’une marche arrière avec un monomoteur. En effet, en reculant, l’effet de couple s’inverse et une hélice dont le pas est à droite, tournera à gauche en marche arrière, ce qui entraînera le cul du bateau vers bâbord. Par conséquent, il sera difficile de virer vers tribord en reculant.

4- LE RAKE

Il s’agit d’un angle mesuré en degrés correspondant à l’inclinaison d’une pale par rapport à un axe perpendiculaire au moyeu de l’hélice. Pouvant varier de –5° à +30°, un rake négatif à tendance à appuyer le nez du bateau (chalutiers, remorqueurs), alors qu’un angle positif tend à lever davantage l’étrave, ce qui favorise le déjaugeage. Pour les hélices de plaisance, la moyenne du rake se situe autour des 15 degrés.



5-LE CUP

Il s’agit d’une petite déformation volontaire située sur le contour du bord de fuite au bout de chaque pale. Cette légère inclinaison augmente ainsi artificiellement le pas de l’hélice dans les hauts régimes. De cette manière, la vitesse de pointe est améliorée tout en conservant une bonne accélération. En toute logique, plus le cup augmente, plus le régime maximal diminue.



6- LE NOMBRE DE PALES

Plus une hélice dispose de pales, moins elle génère de vibration et meilleur est son rendement. Le comportement du bateau et son contrôle en sont aussi améliorés. Augmenter le nombre de pales revient à agrandir artificiellement le diamètre de l’hélice, sans pour autant pénaliser l’accélération. Car rappelons-le, plus le diamètre est grand, moins le déjaugeage est rapide. En règle générale, les hélices à trois pales et parfois quatre sont les plus utilisées en plaisance car offrant un bon compromis. Plus rares, les modèles à cinq pales apportent encore plus de stabilité et d’accroche en virage mais génèrent un gros sillage, ce qui convient parfaitement aux bateaux de wakeboard et aux unités très rapides.

7-LA CONTRE ROTATION

Afin d’annuler l’effet de couple, les bateaux en bimotorisation sont équipés de moteurs à contre rotation. Ainsi avec des hélices aux sens de rotation inversés, la barre devient neutre et le bateau parfaitement équilibré en navigation. En général, le pas des hélices est divergeant, c’est à dire que les flux d’eau sont propulsés vers l’extérieur de la coque. A l’inverse, un sens de rotation convergeant, ramène les flux d’eau vers le centre de la coque mais crée plus de perturbations. Sur le même principe, les embases Duoprop de Volvo annulent l’effet de couple pour les bateaux monomoteur.

8-LA CAVITATION (à ne pas confondre avec la ventilation)

Lorsqu’une hélice tourne, la dépression crée en bout de pale contraint le gaz contenu dans les molécules d’eau à se séparer. En se condensant, ce gaz explose et fini par dégrader puis ronger l’extrémité des pales. Face à ce phénomène, les hélices en aluminium sont beaucoup plus sensibles que celles en inox.







Il y a plusieurs remèdes à ce phénomène, en voici quelques exemples :

1°) Assurez-vous que l'hélice est adaptée à votre bateau.
2°) Vérifiez la hauteur du montage du moteur pour les HB et les Zdrive : elle doit impérativement respecter les règles des constructeurs. En effet, le fabricant du moteur fournit les cotes de montage suivant la forme du V de carène et l'inclinaison du tableau AR ; le fabricant de la coque, d'après ses essais, préconise les modèles et puissances moteur. C'est donc à l'installateur de respecter tous les paramètres fournis. En ligne d'arbre, c'est l'écartement entre la chaise d'arbre et l'hélice conjugué au bon profilage de la sortie d'étambot (ou de la quille lorsqu'elle sert de support de moulage au tube d'étambot), qui compte. Plus l'hélice est "masquée", plus les risques de cavitation sont importants....

3°) Votre dessous de carène doit être très propre, l'hélice ne doit pas avoir de coups ou d'accrocs et doit être exempte de fouling.

4°) Vérifiez vos connaissances en navigation: en mer, bien utiliser son trim est indispensable à la bonne tenue du bateau et à la performance de l'hélice. En général: en ligne droite, par mer plate, naviguez trim relevé ; en manoeuvre, en virage ou par mer formée, abaissez le trim (demandez à votre concessionnaire de vous faire une démonstration en mer ).

9-LA VENTILATION (à ne pas confondre avec la cavitation)

Lorsque l’air entraîné depuis la surface rentre en contact avec l’hélice, cette dernière n’ayant plus assez d’eau à brasser, décroche alors et le régime moteur augmente brutalement. Un moteur trop trimé dans les virages ou monté trop haut sur le tableau arrière favorise la ventilation. Pour limiter ce phénomène, les embases sont dotées d’une plaque anti-ventilation.

10-LA FORCE TRANSMISE

c'est la résultante vectorielle du couple et de la poussée, moins les pertes de friction, de rotation, d'axe.... Elle est égale à la pression qui s'exerce sur la pale. En gros, par rapport à la puissance donnée, on considère les pertes à ~ 50%. Pour 100 CV transmis, on utilise réellement 50 CV.

11-LE GLISSEMENT

c'est la différence de distance axiale parcourue entre le Pas ou Pas théorique et le Pas réel lors d'une révolution complète de l'hélice. Cette différence est dûe au temps qu'il faut aux molécules d'eau pour "s'accrocher" à la pale, ce phénomène diminue avec la vitesse du bateau (voir schéma n° 3 ci-dessus).

12- LE MASQUAGE

Moins il y en a et plus l'hélice est alimentée en eau. Ce sont des appendices comme la quille ou la chaise d'arbre qui engendrent des effets néfastes pour l'hélice (cavitation,vibration....). La qualité de leur profilage est indispensable ,afin d'éviter i de perturber l'écoulement laminaire de l'eau sur les pales. Les zones masquées déséquilibrent la propulsion. La conséquence directe en est un effort de distorsion sur l'arbre. Cette distorsion est accentuée dans le cas d'une hélice 3 pales. Beaucoup de professionnels possédant des navires à quille et crapaudine l'ont compris et n'hésitent plus à investir dans des hélices à 4 pales. Les turbulences de masquages sont alors compensées par la forme de l'hélice car elles agissent sur 2 pales à la fois,

13-LE MOYEU : 3 grandes famille de moyeux existent :

- A) Les moyeux pour hélices HB et IB Z-Drive :
un classique existant depuis plus de 20 ans... Le principe est simple, on enferme en force au centre de l'hélice un cylindre de caoutchouc spécial avec, en son centre, un cylindre cannelé aux dimensions exactes de l'arbre d'hélice.

Avantages => l'arbre est protégé contre les chocs et leur prix est souvent très raisonnable.

Inconvénients => le risque de dénoyautage est sensible surtout lors d'utilisations sévères type wake-board, monoski ou surmotorisation...



- B) Les moyeux intercheangeables :

Uniquement montés, pour l'instant, sur les hélices HB et IB Z-Drive, leur principe est simple. Le schéma et la photo ci-dessous le montrent bien ; 1 rondelle + une bague carrée conique et un embout cannelé... Non seulement ce type de moyeu augmente la protection de l'arbre d'hélice lors d'un choc avec un objet, mais en plus il permet un changement rapide d'hélice et des économies, car vous n'êtes plus tributaire d'une marque...



- C) Les moyeux pour ligne d'arbre (LA) :

Plus simple dans leurs technologies, les moyeux d'hélice IB ligne d'arbres se distinguent en 3 familles. Les ISO ou métriques, les SAE qui sont en côtes américaines et les spéciaux qui se différencient des 2 familles normalisées précédentes par des mesures "au goût du fabricant"... Les moyeux ligne d'arbre sont coniques et clavetés sur la longueur du cône. Techniquement, ce sont donc les 2 parties alésées coniquement qui se maintiennent, la rotation étant stoppée par la clavette, l'écrou frein servant à retenir l'hélice lorsque celle-ci subit la force inverse de la marche AR...

14- LE SKEW :

C'est une forme spécifique donnée aux pales... le SKEW a été inventé par la société RADICE dans les années 1990. Cette forme a été étudiée en tunnel de cavitation et bassin de carène pour réduire la vague AR des bateaux et les vibrations transmises. C'est donc une hélice "plus souple" dont les performances reconnues après 15 ans de fabrication chez plusieurs héliciers, s'avèrent également meilleures en bien d'autres points : retardement du phénomène de cavitation, abaissement du bruit de fonctionnement, gain important de la force transmise, voire, tout simplement, une nette amélioration du rendement...



15-LA SURFACE (S):

C'est l'aire contenue dans le diamètre de l'hélice par les pales. La surface de pales va généralement en augmentant proportionnellement à la puissance moteurs(s). Les petites surfaces commencent, pour des hélices bi-pales en application voiliers, avec 35% de recouvrement du diamètre, et peuvent aller jusqu'à 100%, pour des applications de type bateaux de travail avec des hélices de 5 à 7 pales...

16- LA SELECTION DE L HELICE

L'hélice affecte fortement la vitesse du bateau, l'accélération, les qualités de navigation et de conduite mais aussi la consommation de carburant et la longévité du moteur.
La sélection d'une Hélice appropriée à la combinaison moteur-bateau garantira la longévité du moteur et les performances du bateau. L'hélice doit être choisie avec soin en fonction de la combinaison moteur-bateau, de l'utilisation et de la charge prévue pour le bateau.

L'hélice adaptée à une embarcation et à son moteur est l'hélice qui permet au moteur de tourner à son régime maximum.

Le choix d'une hélice inadaptée pourrait diminuer la longévité du moteur, réduire les performances du bateau ou provoquer des dégâts graves au bloc-moteur.

Procédure de sélection de l'hélice :

La procédure de sélection de l'hélice conditionne la longévité du moteur et les performances du bateau. Procédez avec soin, sans rien omettre, lorsque vous abordez les points suivants :

a- pendant la période de rodage, ne faites fonctionner le moteur à plein gaz que pendant de courts moments pour vérifier le régime à accélération maximale.
b- pendant l'essai de différentes hélices, vous devez utiliser un tachymètre de précision pour déterminer le régime à accélération maximale.
c- choisissez une hélice qui corresponde parfaitement aux applications que vous désirez faire et qui permette au moteur de tourner à la position milieu de la course de la poignée des gaz quand le bateau est normalement chargé.
d- pour compenser les variations de charge, le régime moteur pleins gaz doit être régulièrement vérifié;
e- une hélice ne peut pas couvrir un large éventail d'applications nautiques. Dans ce cas, il sera nécessaire de disposer d'une hélice pour chaque situation

.

voilà un petit exposé vite fait sur les bases des hélices
Je ne suis pas rentré dans les détails , de calculs théoriques et réels, il y a encore beaucoup de choses à dire sur les hélices de bateau mais le but était de faire un petit sujet pour appréhender ce qu'est une hélice et pourquoi on en change en fonction de son embarcation.



Dernière édition par luciusvar le Jeu 11 Oct - 23:05 (2012); édité 1 fois
Mer 10 Oct - 15:05 (2012)
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Yannick le routos 15


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C'est pas simple de trouver la bonne hélice, je crois que je vais garder celle d'origine Very Happy

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luciusvar


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Yannick,
changer une hélice n'est pas anodin et ne s'impose que lorsque il y a un "probleme" en fonctionnement avec ton bateau.
Si c'est pour le fun de changer "pour voir" comme on dit mais que tout marche à merveille alors ne change pas.
au prix d'une hélice....en plus.
Mer 10 Oct - 21:54 (2012)
Yannick le routos 15


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Message Les hélices - etude simple pour infos de Base. Répondre en citant
Moi je penser la changer pour gagner de la vitesse,  Wink je penser pas qu'il y avait tant de facteur à tenir compte,pour moi c'était comme changer la couronne d'un 2 roue Very Happy

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luciusvar


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Message Les hélices - etude simple pour infos de Base. Répondre en citant
changer l'hélice pour gagner de la vitesse ....oui et non
je m'explique car je ne vais pas te laisser dans le doute avec une réponse aussi évasive.
un ami ayant un sundance j16 avec un yamaha 50cv 4 tps se plaignait du meme "mal" que toi "ah je monte pas dans les tours avec cette hélice!!"
alors qu'il vint un jour en révision à la maison , j'en ai profité pour lui regler sa rampe de 4 carbus et bien les synchroniser.
Puis nous sommes allés faire un test , et sans changer l'hélice il a pris pret de 500 tours/min  de plus.
tout ça pour dire que l'hélice est importante mais si ton moteur bat de l'aile dans ses réglages , tu pourras meme lui mettre une hélice à 1 million d'euros , t'iras pas plus vite...
Mer 10 Oct - 22:09 (2012)
Terrible45
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Message Les hélices - etude simple pour infos de Base. Répondre en citant
SUPER EXPLICATION vraiment top



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Jeu 11 Oct - 11:04 (2012)
fabien14
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Message Les hélices - etude simple pour infos de Base. Répondre en citant
Excellent travail, merci pour ces explications.
Jeu 11 Oct - 19:39 (2012)
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