Rayon au pied de pale d'helice ou eolienne

Présentation de la suite de logiciels mecaflux:

Modelisation helice aerienne dans heliciel

Modelisation helice bateau dans heliciel

Modelisation helice ventilation dans heliciel

Modelisation helice eolienne dans heliciel

Modelisation hydrolienne dans heliciel

Modelisation helice kaplan dans heliciel

Rayon au pied de pale d'helice ou eolienne

Nous observerons ici l'influence du rayon au pied de pale sur une éolienne, mais que ce soit pour les hélices propulsives ou motrices, la démarche est identique.

Le rayon au pied de la pale de l'hélice, correspond à la distance entre l'axe de rotation de l'hélice et le profil de base du premier élément de la pale. Autrement dit c'est là ou commence la pale.

Schéma de pale montrant la répartition de cordes et épaisseur de la pale entré par L'utilisateur dans HELICIEL :

pied de pale helice

C'est au pied de la pale que se concentrent les efforts génèrés par la traînée et la portance de la pale. Il est à noter que, du fait du faible rayon, la vitesse apparente au pied de la pale, est plus faible que la vitesse en bout de pale. Ce qui a pour effet qu 'à surface égale, la portance des éléments situés au pied de la pale est plus faible que la portance des éléments situés aux milieu de la pale. Pour conserver de la portance près du pied de pale, il peut être choisi d' augmenter la largeur des éléments en se rapprochant de l'axe d'hélice. Ceci a pour effet d' augmenter aussi l'épaisseur relative des profils proches du pied de pale et donc d' augmenter la résistance mécanique de la pale de l'hélice propulsive ou de l' éolienne.

Nous voyons par exemple sur cette pale de petite eolienne (copie écran logiciel HELICIEL ci dessous), que les cordes des profils des éléments proches du pied de pale, sont plus importantes que les cordes des profils du milieu de pale. Pourtant, dans le graphique de la distribution de la portance, nous constatons que la portance des éléments proches du pied de pale, est plus faible que la portance des éléments du milieu de pale. Ceci est du à la vitesse apparente qui est plus faible au pied de pale. Et comme la portance augmente avec le carrée de la vitesse apparente...

Remarquez aussi les pertes de portances dues aux fuites en bout de pale, le graphique jaune-or représente la portance sans tenir compte des pertes:

distribution portance sur la pale helice

Nous remarquons aussi dans le graphique de contrôle de résistance (ci dessus), que la flexion admissible au pied de la pale (en jaune) est plus importante du fait de la largeur des cordes près du pied de pale. Nous voyons la flexion calculée, en vert. Chaque élément , cumule la flexion, des éléments suivant, ainsi la flexion au pied de la pale est la somme des moments de flexion de tous les autres éléments. Ainsi,même si il génère lui même que peu de flexion, le pied de pale subit le plus fort moment de flexion.

Si nous voulions que les éléments proches du pied de pale gênèrent une portance efficace, il faudrait que la pale soit d'une largeur considérable.Le coût de la matière comparé à la rentabilité, fait que l'on préfère se concentrer sur la résistance donc l'épaisseur.

Ce qui conduit les constructeurs à dessiner des profils de pied de pale généralement proche du rond sans chercher à faire venir le pied de pale au plus près de l'axe.

pied de pale eolienne

D'autres constructeurs refusent d' en perdre un miette et poussent le vice jusqu'au prolonger le profils jusqu'au moyeu :

corde au pied de la pale

C'est vraiment très joli, le prix de revient supplémentaire doit être justifié par le rendement supérieur et les années d' exploitation... sinon, si c'est purement esthétique, c'est vrai que cela en jette!

corde au pied de la pale helice

Quand aux hélices que les frères Wright avaient dessiné, et pour qui le moindre gramme de poussée était vital du fait de la puissance limitée du moteur, le rayon au pied de pale= 0 mm: rayon au pied de pale helice wright

Comme le bout de pale, le pied de de pale peut être le passage de fuite de fluide dues a la surpression sur l'intrados et le dépression sur l'extrados.

En dehors des pertes de rendement que gênèrent les fuites au pied de pale et les fuites au bout de pale,les pertes de pression peuvent mettre en échec l' objectif de l'hélice si celui ci était de mettre sous pression un fluide. C'est le cas des hélices de ventilateur, de ventilation, de pompes axiale ou de turbine jet ski. Dans ces cas de figure, le rayon de pied de pale sera fortement augmenté, pour que la variation de pression générée par l'hélice, soit concentrée au niveau de la zone où la portance est la plus grande (0.75 fois le rayon de la pale environ). Ainsi on limite les fuites, en évitant la zone de faible variation de pression, située près de l'axe. Quand aux pertes en bout de pale, l'hélice étant carénée, elle deviennent minimes.

voir:hélices de ventilateur, de ventilation: