Brevet FR2605587A1 — publié le 19880429

Perfectionnements aportés aux hélices aériennes. notamment Pour DroDulseurs d'aéronef. La présente invention concerne les hélices aériennes, notamment pour propulseurs d'aéronef. On sait que le rendement théorique d'une hélice, pour une charge au disque C = P/D2 donnée (P étant la puissance sur l'arbre d'hélice et D le diamètre), aug- mente avec la vitesse de rotation de l'hélice. Mais l'a- doption d'une vitesse de rotation élevée se heurte à un problème: la composition de la vitesse due à la rota- tion de l'hélice et de la vitesse d'avancement de l'aéronef conduit à des nombres de Mach relatifs qui augmentent progressivement depuis l'embase de la pale jusqu'à son extrémité. Sur les hélices classiques, le nombre de Mach atteint fréquemment des valeurs de l'ordre de 0,9 même lorsque les vitesses d'avancement sont modérées, par exemple de l'ordre de M = 0, 6. A ces nombres de Mach relatifs élevés apparaissent déjà, sur des profils minces classiques, des ondes de choc intenses provoquant le décollement de la couche limite et conduisant à des niveaux de perte élevés. En consé- quence, le rendement propulsif des hélices classiques décroît rapidement, à vitesse d'hélice donnée, lorsque la vitesse de l'aéronef augmente, ce qui a conduit à remplacer les propulseurs à hélice par d'autres types de propulseurs, notamment par des turboréacteurs, lorsque la vitesse des aéronefs dépasse M = 0,65 environ. De nombreux travaux ont déjà été effectués pour tenter d'accroître, vers des nombres de Mach plus éle- vés, le domaine d'utilisation des hélices. C'est ainsi que l'on a proposé des hélices tel- les que celle montrée (par une vue en perspective) sur la figure 1 des dessins ci-annexés; cette hélice com- porte un grand nombre de pales I (nombre de pales généralement supérieur à huit), sortant d'un capot 2 à distance du bord d'attaque B du capot 2. Ce capot 2 se raccorde & un fuseau moteur (non représenté), fixe en rotation. Les pales 1 de cette hélice présentent une forme particulière en ce sens que leur extrémité est, en géné- ral, recourbée vers l'arrière, par rapport au sens de rotation de l'hélice, et vers l'aval, par rapport au plan de rotation de l'hélice. Dans des hélices de ce type, l'écoulement dans les parties de pales (embases) plus rapprochées de l'axe de rotation de l'hélice risque de présenter des blocages dans les canaux délimités par les pales, ces blocages provoquant des chocs importants diminuant le rendement théorique de l'hélice et risquant d'engendrer des décol- lements de couche limite sur les pales et sur le capot. Un des buts de l'invention est de ralentir localement l'écoulement au niveau de l'embase des pales en ayant recours à une forme de capot appropriée. Le capot est défini comme un corps de révolution engendré par la rotation d'une ligne méridienne autour de l'axe de rotation de l'hélice, cette ligne méridienne étant repérée par ses coordonnées X et Y portées sur l'axe de rotation de l'hélice et sur un axe radial et rapportées au diamètre de l'hélice, soit: x X = - D r y=-- D x désignant l'abscisse, r le rayon et D le diamètre de l'hélice. Cette ligne méridienne est caractérisée par sa courbure C définie par: [_ 1 + (dY/dX)2]3/2 C 2 2 d Y/dX La position des pales par rapport au capot est repérée par la distance L séparant le bord d'attaque du capot et le plan des pales défini comme étant le plan perpendiculaire & l'axe de rotation de l'hélice et passant par son centre. L'hélice conforme à l'invention comporte une pluralité de pales sortant d'un capot à une distance L du bord d'attaque dudit capot, le susdit capot étant défini par une ligne méridienne présentant: - & son origine, constituant le bord d'attaque du capot, une courbure maximum supérieure à 15, - entre son origine et un premier point d'abs- cisse relative X = x/D égal à 0,05, une courbure dé- croissant rapidement de la valeur maximum à environ une valeur de 7, entre ce premier point et un deuxième point situé à une distance du bord d'attaque comprise entre 0,5 et 0,7 fois la distance L bord d'attaqueplan des pales, une courbure décroissant sensiblement linéaire- ment de la valeur de 7 à une valeur de 0, - entre ce deuxième point et un troisième point situé dans le plan des pales, une courbure décroissant plus lentement que la susdite décroissance linéaire, de 1- valeur de 0 à une valeur minimum comprise entre -3 et -5, - entre ce troisième point et un quatrième point situé dans le plan arrière du capot, une courbure crois- sant rapidement de la valeur minimum à une valeur de O. Avantageusement le fuseau moteur qui se raccorde au capot présente une ligne méridienne prolongeant celle du capot et dont la courbure croit de la valeur 0 à en- viron une valeur de 3 à une distance relative de 0,10 à 0,15 en aval du plan arrière du capot, puis décroit de la valeur de 3 à environ une valeur de 1 à une distance relative de 0,40 à 0,45 en aval du plan arrière du capot. L'invention consiste, mise à part la disposition principale ci-dessus, en certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. L'invention pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels compléments et dessins sont relatifs à un mode de réalisation préfé- ré de l'invention et ne comportent, bien entendu, aucun caractère limitatif. La figure 1 est une vue en perspective d'une hélice à laquelle on se propose d'appliquer les perfec- tionnements selon l'invention. La figure 2 est une vue schématique d'une hélice dont le capot est établi conformément à l'invention. La figure 3 est une courbe montrant l'évolution de la courbure du capot de l'hélice représentée sur la figure 2. La figure 4 est une courbe montrant les résul- tats obtenus avec une hélice classique et avec une hélice dont le capot est établi conformément à l'in- vention. En se référant au système de coordonnées défini précédemment et aux figures 2 et 3, l'hélice conforme à l'invention comporte une pluralité de pales 1 sortant d'un capot 2 à une distance L du bord d'attaque B dudit capot, le susdit capot étant défini par une ligne méridienne présentant: à son origine 0, constituant le bord d'attaque B du capot, une courbure maximum supérieure à 15, - entre son origine O et un premier point M1 d'abscisse relative X = x/D égal à 0,05, une courbure décroissant rapidement de la valeur maximum à environ une valeur de 7, - entre ce premier point M1 et un deuxième point M2 situé à une distance L2 du bord d'attaque comprise entre 0,5 et 0,7 fois la distance L bord d'attaque-plan des pales, une courbure décroissant sensiblement linéai- rement de la valeur de 7 à une valeur de O, - entre ce deuxième point M2 et un troisième point M3 situé dans le plan des pales Pp, une courbure décroissant plus lentement que la susdite décroissance linéaire, de la valeur de 0 à une valeur minimum com- prise entre -3 et -5, - entre ce troisième point M3 et un quatrième point M4 situé dans le plan arrière PA du capot, une courbure croissant rapidement de la valeur minimum à une valeur de 0. Le capot présente donc - une première zone Z1, entre le bord d'attaque B et le deuxième point M2, dans laquelle la courbure décroît d'abord assez rapidement de sa valeur maximale à une valeur de 7 environ, puis ensuite décroit moins rapidement, d'une valeur d'environ 7 à sa valeur nulle, une deuxième zone Z2, entre le deuxième point M2 et le plan des pales Pp, dans laquelle la courbure est négative et décroit encore plus lentement jusqu'à sa valeur minimale, et - une troisième zone Z3, entre le plan des pales et le plan arrière PA du capot, dans laquelle la cour- bure croit rapidement de sa valeur minimale à une valeur nulle. Le fuseau moteur 3 qui se raccorde au capot 2 présente une ligne méridienne prolongeant celle du capot et dont la courbure croit de la valeur 0 à environ une valeur de 3 à une distance relative de 0,10, à 0, 15 en aval du plan arrière du capot, puis décroît de la valeur de 3 à environ une valeur de 1 à une distance relative de 0,40, à 0,45 en aval du plan arrière du capot. Le fuseau moteur présente donc une zone, dite quatrième zone Z4, prolongeant la dernière zone Z3 du capot dont la courbure varie assez rapidement en suivant d'abord une croissance puis une décroissance. Cette variante de la courbure de la ligne méri- dienne constituant le capot de l'hélice et le début du fuseau moteur est clairement montrée sur la figure 3 sur laquelle on a porté, en abscisses, les distances relatives (X/D) comptées sur l'axe de rotation de l'hélice, et en ordonnées, la courbure C. A titre d'exemple, la ligne méridienne consti- tuant le capot de l'hélice et le début du fuseau moteur, peut être constituée par les tronçons de courbes suivants, dans le système cartésien X,Y dans lequel X = x/D et Y = r/D - pour 0 Y = 0,3271995 X1/2 - 2,422616 X2 + 5,697069 X3 - pour 0,3 ( X e 0,55 Y = 2,996639 - 38,21174 X + 200,4801 X2 - 538,7765 X3 + 794,8556 X4 - 615,5586 X5 + 196,3246 X6 Un autre exemple donne, pour le capot et le fuseau moteur, la ligne méridienne définie dans le tableau ci-dessous qui reprend point par point les cotes de cette ligne dans le même système cartésien X, Y, la + W notation E W signifiant 10 - X Y 0. 0. 1250000E-01.3621461E-01 25.2500000E-01.5030967E-01 3750000E-01.6025554E-01 5000000E-01.6781963E-01 6250000E-01.7372742E-01 7500000E-01.7838351E-01 30.8750000E-01.8205535E-01 1000000E+00.8494048E-01 1125000E+00.8719646E-01 1250000E+00.8895621E-01 1375000E+00.9033639E-01 35.1500000E+00.9144257E-01 1625000E+00.9237234E-01 00+3aSLOSL- 00+300000OS' SE 00+3Z6S6eLL 00+3úú896úS' O0+aLSeLVL I 00+ 3L99L6ZS' 00+38ú8"LL 00+SOOSBLSS 00+32OPOPLL 00+HúúCú90s 00+3ú8úeúLL 00+3L916L69 Oc 00+386S9ZLL' 00+30009L8W O0+3HO89LLL 00+3úú80LLP- 00+3988OLLV 00+3L99999p 00+3ú0S0691 00+300SZ9 9s O0+3L9eúL9k- 00+3úúú8 9pSZ 00+38úSúC99- OO+ZL91éSúP- O0+39ú Oú9L 00+HOOO0 sz 00+3t6Z>091- 00+3úú8Segk- 00+3úOLVL L- 00+BL991909- 00+98ZLLPSL 00+3005Lú6ú- oZ 00+3ZZpSOSL- 00+9úúúúú8ú- 00+30 6S99W 00+SL9L6ZLú- 00+3H9úZW- 00+H000sz9ú- 00+39L88LEL- 00+9úú80ZSc- 00+SZ8úZúúL- 00+3L999Ltú' 00+3866PBZV 00+3009Zúú' 00+39ú8LúZI- 00+3úúú80Zc' 00+3Z8ZZ6[L[ O0+3L9LVOLú' 00+300009' 00+3000000ú' 00+30OssoLL' 00+3000SL8Z- O 00+3gSSS90V 00+30000SLZ' O0+Rp>SLúOt' 00+ 3000OZ9Z' 00+30cOZkOLO 00+300000sZ- LO-3ZúLZk66- 00+30005LOúZ LO-36 ZS>L6- 00+300005ZZ' S LO-3S9ZoL966 00+3000OZOZ' t0-386666W6' 00+3000000Z' [O-ZLúO90>6' 00+ 3000OLe[' Z8SS093 Sur la figure 4 on a représenté un graphique avec en abscisse les distances relatives (x/D) comptées sur l'axe de rotation de l'hélice, et en ordonnées, à la partie inférieure de l'axe des ordonnées, les distances relatives (r/D) comptées dans le plan des pales, et à la partie supérieure de l'axe des ordonnées, le nombre de Mach relatif (nombre de Mach local/nombre de Mach carac- térisant la vitesse) pour un nombre de Mach de 0,7. Les courbes inférieures sont les lignes médianes du capot suivant l'invention (ligne en trait plein) et d'un capot conique classique (ligne en trait interrom- pu). Les courbes supérieures sont les variations de Mach relatifs dans le cas d'un capot suivant l'invention (ligne en trait plein) et d'un capot conique classique (ligne en trait interrompu). On constate donc qu'au niveau du plan des pales on a un ralentissement sensible du nombre de Mach local, ce qui contribue à éviter les risques de blocage de l'écoulement dans les canaux délimités par les pales. En ce qui concerne les différents profils à donner à chaque pale associée à un capot présentant les caractéristiques ci-dessus, on peut avoir recours à des profils modernes tels que ceux établis habituellement pour les hélices transsoniques. Finalement et quel que soit le mode de réalisa- tion adopté, on dispose d'une hélice qui peut être uti- lisée à des nombres de Mach élevés (supérieurs à 0,65) et dans laquelle on évite, grâce à la forme du capot, les phénomènes de blocage de l'écoulement dans les ca- naux délimités par les pales au niveau de leurs embases. Le rendement de l'hélice ne se trouve donc pas diminué par les chocs ou les décollements de couche limite que de tels phénomènes de blocage risquaient de provoquer. REVENDICATIONS 1. Hélice aérienne, notamment pour propulseur d'aéronef, comprenant une pluralité de pales (1) sortant d'un capot (2) à une distance L du bord d'attaque dudit capot, caractérisée par le fait que le susdit capot (2) est défini par une ligne méridienne présentant: - à son origine, constituant le bord d'attaque du capot, une courbure maximum supérieure à 15, - entre son origine et un premier point d'abs- cisse relative X = x/D égal à 0,05, une courbure dé- croissant rapidement de la valeur maximum à environ une valeur de 7, entre ce premier point et un deuxième point situé à une distance du bord d'attaque comprise entre 0,5 et 0,7 fois la distance L bord d'attaqueplan des pales, une courbure décroissant sensiblement linéaire- ment de la valeur de 7 à une valeur de 0, - entre ce deuxième point et un troisième point situé dans le plan des pales, une courbure décroissant plus lentement que la susdite décroissance linéaire, de la valeur de O à une valeur minimum comprise entre -3 et -5, - entre ce troisième point et un quatrième point situé dans le plan arrière du capot, une courbure crois- sant rapidement de la valeur minimum à une valeur de 0. 2. Hélice selon la revendication 1, dans la- quelle un fuseau moteur (3) se raccorde au capot (2), caractérisée par le fait que le susdit fuseau moteur (3) présente une ligne méridienne prolongeant celle du capot (2) et dont la courbure croit de la valeur O à environ une valeur de 3 à une distance relative de 0,10 à 0,15 en aval du plan arrière du capot, puis décroit de la va- leur de 3 à environ une valeur de 1 à une distance rela- tive de 0,40 à 0,45 en aval du plan arrière du capot. 3. Hélice selon la revendication 1 ou 2, carac- térisée par le fait que la ligne méridienne constituant 00+SL08SOL 00+3000SL8Z 00+3855890V OO+3000OSLZ Sú O0+3bStLú0O' 00+3OOOSZ9 O00+30M0OV O0+300000SZ LO-3Zú/LZ66 O0+3OOOSLúZ lO-365ZSD'L6 00+ooo0000zz LO-3590ZO96 OO+3000SUZ 0ú LO0-386666W6 O0+O000000z LO-aLú5906 O0+3OOOSL8L LO-36PLIZú6 OO+3000OSLL' LO-HbúZLúZ6 OO+3OOOSZ9V LO-3LSgZVb6 0+OOOOOSI SZ !0-36ú9úú06 O+3000SLúV LO-3ZL9S688 00+3OOOOSZ0 LO-S9P96IL8' 00+EOOO5' LO-39>Oi'6i'9 oo+aOoooooov LO-3SO69 O 00 00+3000000L L0-ESúS 08, LO-300009LS' Oz L0-3I5L9L8/ 1O-3000005L lO-t1tút'L 1O-ZOOOOOSL lO-3SZLZL8L9' 1O-30000Z9S L0-Zú96k8L9' L0ZOOOOOOS' l 0-Z5 SGZO9 * 0-300005 Lú L0-3L960úOS' 1O-300000SZ S1 -3L9pkZ9ú' L-SOOOO-Sl 0 '0 A X : sUuATns saoD sel zd aTuT;ap -sS (z);odeD ael uen;TqsuoD auuaTPTZeW aUBTI anb Te; ael id easTIa4 OL -DzexeD z no L uoT;DTPuaAal el uoIas aDTI9H *' 9X 9>Z'961 + 5X 985'SIl9 - DX 9SS8'b6L + úX 59LL>8úS - zX LO08'00Z + X 'LIZ'8ú - 6ú9966'Z = SS'O) X) 'O0 inod - LX 690L69'S + zx 9l9zz>Z - Z/LX 566lLZú'O = À 5 0) X > o anod - /x = A 4a a/X = X anbael suVp 'X uaTsa;reD aMau4sAs ael sup 'sIU'ATns saqinoD ap suoàuox: sal x'd agn;T- suoD;sa (Z);odeD ae OL I QCC n97 00+ 399LOSLV 00+0ooooo0s' sz 00+SZ6S6PLL' 00+3úú8S6úS' O0+3LSSLLL' 00+SL99L6ZS 00+38ú8C8LL' 00+300SL8LG OO+3LOVOLL- 00+úúCú9809- 00+Hú8úeúLI- O0+3L9L6L6V OZ 00+38699ZLV 00+3000OL8W 00+90O899LL' 00+3úú8OLLP- 00+3988>OLL- OO+3L99999p- 00+3E0O069V O0+3O0SZ9S9- 00+H9úL9 00+úúúE8>- Sl 00+a8gú ú99- O0+SL9LV ú9> 00+39ú90ú96- 00+a0000szp - 00+3P6Z>09k- 00+9úú8 >Le- 00+3úOLVLSI- 00+ZL99190>- 00+38ZL[bSL 00+3OOSLú6ú- O OO+azzSOSl- 00+3úúúúú8ú- 00+90O6S9W[ 00+SL9L6ZLú- 00+3H9úZW9 00+30005Z9ú- 00+ZgL88LEL- 00+3úú80ZSú- OO+Z8úZúú1- O0+SL999LDú- 00+38668Zt' 00+300OZtúú- 00+39ú8Lúc[' 00+3úúú80Zú' O0+3Z8ZZ6LL' 00+SL9LbO[6' 00+aOOOOSIL- 00+ 3000000ú' Z8SS093