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  CONNAITRE ET COMPRENDRE LES HELICES

 On y pense peu et pourtant... C'est autour de l'hélice que l'eau se trouve propulsée du bord d'attaque vers le bord de fuite, créant ainsi un effet de vis sans fin. Les molécules d'eau comprimées alors sur elles mêmes retranscrivent cette force par l'avancement du bateau.
  Inox, Cupro-maganèse, Cupro-alu ou tout simplement alu, le choix du matériau est aussi important que la forme des pales en fonction de vos paramètres . Il est donc primordial que le calcul de l'hélice soit établi d'après la forme de votre coque, le déplacement de votre navire et vos conditions d'utilisations...
  TechBoat® vous aide dans ce choix en vous proposant de CALCULER VOTRE HELICE.


   CE QU'IL FAUT SAVOIR...

Avant tout, quelques mots techniques sont indispensables à maîtriser pour se représenter ce qu'est une hélice. Rappel : 1 pouce (ou 1')= 25,4 mm

Une hélice est généralement définie par 8 facteurs :
- 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.

Exemple :
pour une hélice LA (ligne d'arbre) => 20' x 21'-4P-S73%-CuMa-Iso40 => le diamètre est égal à 20 pouces, la dimension du pas est de 21 pouces ; nombre de pales = 4; la surface de pales inscrite dans le diamètre de l'hélice est de 73%, la matière est du Cupro-Maganèse; le moyeu est alésé pour recevoir un cône et une clavette d'arbre de 40mm au format ISO européen (SAE = Américain).

Voici les principaux termes à connaître sur les hélices :

    

  Petit index de l'hélice :
l'Avance : c'est la distance parcourue réellement ou "Pas réel":
La Cavitation, ce phénomène a lieu pour 3 raisons principales :

1°) Les pales ne reçoivent plus un flux d'eau dit "propre", c'est à dire que les flux d'eau brassés ne sont plus dans un état laminaire, mais dans un état turbulent avec une quantité de gaz (air) importante mélangée. Ce mélange air/eau, lors du brassage des pales, n'offre plus suffisament de résistance => l'air se comprime, l'eau non... Ce phénomène se traduit par une accélération vive du moteur et une reprise à la normale lorsque l'hélice raccroche des flux d'eau propre, par exemple : passage de vague, masquage par une quille importante....etc, etc...

2°) Les pales de l'hélice aspirent de l'air... Cela arrive fréquement lorsque le moteur est réglé trop haut sur le tableau AR pour un HB, ou, si la distance entre la surface de l'eau et l'extrémité de pales est trop faible, pour une ligne d'arbre... Dans le premier cas, la plaque anti-ventilation n'est pas assez efficace, et la résultante est identique pour les deux cas => le brassage d'eau aspire de l'air par effet vortex...

3°) Lorsque les pales sont soumises à des efforts trop importants par rapport à leur surface, une dépression se crée, coté intrado, en bout de pales. Celle-ci est si forte que la pression, coté extrado, ne suffit plus à équilibrer la relation dynamique. L'eau prise dans cette importante dépression se dégrade chimiquement sous l'effort et le gaz contenu dans les molécules d'eau se sépare. Des Microbulles d'air s'amoncellent alors jusqu'au décrochage complet des pales. (moment où la pale ne visse plus dans l'eau mais dans l'air)

Pour illustrer notre dernier cas, voici en 5 photos comment la cavitation apparaît d'abord en extrémité de pales, puis recouvre l'ensemble des pales :

  

Les micro bulles d'air éclatent et creusent la matière de la pale sous forme d'impacts, au moment de leur détonation. La cavitation se distingue donc visuellement sur les pales par des bords de fuite dentelés ou un revêtement de surface (peinture) érodé...
Hélice en tunel de cavitation
Essai d'une hélice en tunnel de cavitation : on distingue bien sur cette photo la sinusoïde que crée l'air dans l'eau, la cavitation reste accrochée en bout de pales.
(photo by Harry Turner)
Les pales sont saturées d'air :
Enfin (photo de droite ci-dessus), l'air enveloppe toute la surface de la pale => c'est la cavitation !

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 ).

Le Cup : Le cup est une petite déformation voulue en forme de becquet sur contour du bord de fuite de la pale. il a pour but d'augmenter le pas à partir d'une certaine vitesse de rotation de l'hélice. Le Cup est intéressant dans certaines applications. Exemple : les bateaux lourds... Pourquoi ? Le pas final maximum est donné par la vitesse de rotation maximum de l'hélice. A bas régime, avec un pas faible, un bateau lourd aura plus de facilité à déjauger. Une fois une certaine vitesse atteinte, le cup rentre en jeu et ajoute du pas à l'hélice dans l'équivalence de 1 à 3 pas suivant les cups ; la vitesse de pointe augmente alors de façon significative.
(voir schéma n°2 ci-dessus)

Le Diamètre : distance prise entre les extrémités tangentielles de deux pales opposées circonscrites dans un cercle (voir schéma n°1 ci-dessus).

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.

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).

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
Voir figures ci-contre :
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...


RH & LH : les hélices se distinguent aussi par leur sens de rotation vu de face de l'AR vers l'avant du bateau...

Le Rake : c'est l'angle d'inclinaison de la pale à sa génératrice (centre de la pale) par rapport à une droite perpendiculaire au moyeu de l'hélice. Cette inclinaison de pales a 2 rôles :
- Il agit sur le retardement de la cavitation : plus l'angle est fort, plus la cavitation tend à diminuer car la prise d'eau sur la pale est progressive...
- A contrario, un rake trop important a tendance à trimer (soulever la proue du bateau) la coque donc à déstabiliser celle-ci en latéral, allant au pire jusqu'à engendrer un mouvement de tangage cadencé.
- Dans certaines situations, il peut être négatif, ex : bateaux de travail (chalutiers, remorqueurs, etc etc...). Un rake négatif permet alors maintenir le bateau dans ses lignes d'eau..

Le Skew : (rep N°2 ci-dessous : hélice de type 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...
3 Pales S=45% non SKEW :: 3 Pales S=73% SKEW
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...

  Notre service de Calcul :

1°) Vous avez une propulsion en ligne(s) d'arbre(s) :

Après l'acquittement en ligne d'un montant de 99 €uros TTC (100% Remboursé en cas de commande de(s) l'hélice(s) calculées) sous 24 H vous recevrez un lien d'accès direct à notre au formulaire en ligne de calcul d'hélice Ligne d'arbre. Pour autant, et afin de bien vous imprégniez des nombreux éléments à fournir, voici un petit formulaire de rappel qui reprend l'essentiel des paramètres qu'il faudra nous transmettre.

Formulaire hélice ligne d'arbre (imprimable PDF)

- Pour 99 euros TTC
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2°) Vous possedez un bateau équipé d'un (de) moteur(s) Hors-Bord ou Z-Drive :

Après l'acquittement en ligne d'un montant de 39 €uros TTC (100% Remboursé en cas de commande de(s) l'hélice(s) calculées) sous 24 H vous recevrez un lien d'accès direct à notre formulaire en ligne de calcul d'hélice HB, Z-drive. Pour autant, et afin de mieux appréhender les nombreux éléments qu'il sera nécessaire de nous fournir, voici un petit formulaire de rappel qui reprend l'essentiel des paramètres à nous transmettre.


Formulaire hélice HB (imprimable PDF sous Acrobat Reader (Version 9 mini) )

- Pour 39 euros TTC :
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