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Hélice d'avion : usinage des pales et du moyeu

Discussion dans 'Modélisme' créé par Hueyman, 23 Septembre 2013.

  1. Hueyman

    Hueyman Nouveau

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    23 Septembre 2013
    Hélice d'avion : usinage des pales et du moyeu
    Bonjour à tous !

    Ayant pour les années à venir un projet de construction d'avion 100% personnelle, du Pilatus PC-6, j'aimerai savoir ce qu'il est possible de faire ou pas ...

    Je réalise cet avion tout d'abord pour un simulateur de vol, donc j'ai du faire un modèle 3D ( non fini encore mais avec les principales formes ). Je me servirai de ce modèle pour plus tard en extraire un plan et donc faire les couples etc etc ...

    A l'aide de la doc de l'hélice réelle ( hélice quadripale métallique à pas variable ( simple action ) , vitesse constante et possibilité de mise en drapeau et de reverse de la célèbre marque américaine Hartzell, modèle HC-D4N-3P ) ainsi que de nombreuses photos que j'ai prise sur le modèle réel, j'ai réussi à imiter quasiment à la perfection les formes complexes de ses pales, avec le profil et surtout le vrillage correcte ...

    Voici quelques rendus sous Blender

    [​IMG]

    [​IMG]



    J'aurai aimé savoir la faisabilité de ces quatre pales ainsi que du moyeu ( pas forcément la même géométrie car il sera caréné ) pour une utilisation en modèle réduit. Le moyeu doit pouvoir permettre un mécanisme précis de changement de pas des pales, que j'imagine pour le moment avec un téton dépassant des pieds de pales, et venant s'imbriquer dans une sorte de plateau cyclique ( comme sur hélico ), et ce plateau étant contrôlé par une tringle passant par l'arbre moteur ( alors creux ) et étant controller par l'arrière depuis un servo électronique.

    Le diamètre devrait se situer aux alentours des 30 cm, pour une vitesse de rotation inférieur à 8000 RPM je pense.

    J'avais pensé à deux matériaux : pour le moyeu, l'acier évidement ou le Titane et pour les pales l’alliage d'aluminium genre duralumin ou titane également, il faut que ce soit très léger et très solide.

    Je ne l'ai pas encore calculé ( mais je vais le faire :lol: ) mais l'ordre de grandeur de la force centrifuge qui va s'exercer pour une pale tournant à cette vitesse, suivant sa masse sera aux alentours de 100 Kg donc il faut prévoir du costaud.

    Que pensez vous de l'usinage CNC pour ces pales et un moyeu adéquate ? Est-ce que le fichiers ( actuellement en .blend ) peut être utilisé par des machines numériques une fois exporté en .obj ou autre ? Je m'étais renseigné du côté des impressions 3D mais hors de prix pour des matériaux plus que douteux ( résine de verre etc .. ) Il ne faut pas rigoler avec la sécurité et la précision de fabrication doit être assez élevée afin que chaque pale tourne parfaitement dans le même plan de rotation, ai le même vrillage etc etc ...

    Que me conseillez vous, et pouvez vous me donner un ordre d'idée du prix que cela pourrait me couter ?

    En vous remerciant,
    Valentin
     
  2. moissan

    moissan Compagnon

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    Hélice d'avion : usinage des pales et du moyeu
    c'est le duralumin qui est le plus facile a usiner en CNC , mais il est inutilement trop solide pour du modele reduit

    resine et fibre de verre , il faut usiner un moule en cnc , mais ensuite la mise en place des fibre et de la resine est assez compliqué

    autre solution : le bois , plus leger que l'aluminium et raport poid solidité tout a fait correct

    je connais un fabricant d'helice d'avion a barbezieu qui est specialisé dans l'usinage cnc d'helice en bois pour avion et ulm : la grande astuce est de ne pas prendre du bois massif , mais une superposition de couche de bois collé , comme du lamelé collé : ça permet de mettre toutes les fibre dans le bon sens , et de faire un bois reconstitué plus homogène que du bois massif

    comme par hasard il y avait a barbezieu plusieurs usine specialisé dans le bois de placage de meuble et le contreplaqué : tout le savoir faire etait la
     
  3. stanloc

    stanloc Compagnon

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    Hélice d'avion : usinage des pales et du moyeu
    Je vois mal une pale d'hélice de 15 cm de long faite avec un empilage de planches de bois. Déjà une hélice de 150 cm de diamètre a ses extrémités de pale taillées dans une seule des couches de bois du moyeu. En modèle réduit les hélices sont je pense en nylon ou un thermoplastique de ce genre. Ça il est clair que la grande difficulté -ce qui entraîne un prix très élevé- pour faire une hélice "constant speed" ou même plus simplement à angle d'incidence réglable au sol réside dans la conception/réalisation du pied de pale.
    Bon courage pour la suite.
    Stan
     
  4. Hueyman

    Hueyman Nouveau

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    Hélice d'avion : usinage des pales et du moyeu
    Tout d'abord merci pour vos réponses

    J'avais bien évidemment pensé au bois, mais je n'ai aucune idée de comment cela peut se passer pour la réalisation d'une telle pièce. Je pense que le duralumin serait la solution non ?

    Pour avoir une meilleure idée de la pale :

    [​IMG]


    Les hélices à calage ( pas ) variable ont toutes un pied cylindrique... donc surement que l'usinage CNC du dural serait la meilleure solution ?

    A l'heure actuelle connaitriez vous une entreprise réalisant ce genre de travail en lui fournissant le fichiers 3D pour ses machines-outils ?

    Et, dernière question, auriez vous une idée du prix ?

    Effectivement les hélices RC sont faites soit en bois, soit en nylon/plastique ou même en carbone ... mais ce sont des hélices " simples " monopiece à pas fixe.
     
  5. Francois59

    Francois59 Apprenti

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    Hélice d'avion : usinage des pales et du moyeu
    Y a 2 problèmes sur les hélices d'avion:

    1) la force centrifuge.

    2) les vibrations torsionnelles. Je ne sait pas quel est le moteur du modèle réduit électrique ou explosion. Si c'est un 2 temps ,c'est une explosion par demi tour, la compression étant faite par l'inertie du volant. Mais sur les moteurs d'avions, il n'y a pas de volant, c'est l'hélice qui sert de volant. D'où les pales sont accélérées le (petit) demi tour ou le moteur fait moteur, et freinées le grand demi tour ou l'hélice fait volant d'inertie. D'où des contraintes énormes en pied de pale. Le moteur electrique, c'est plus simple (en fonction du nombre de pôles, quand même).

    3) j'allais oublier ... évidement aussi la traction de l'hélice.

    Donc sur le moyeu, vu les efforts sur les pales, si vous voulez faire varier le pas, j'ai peur qu' il faille roulements et butée à bille sur les pales (ou roulement conique ) ...
    Ce qui risque de faire un gros moyeu.
     
  6. Hueyman

    Hueyman Nouveau

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    Hélice d'avion : usinage des pales et du moyeu
    Ce que tu dis est absolument exacte !

    Sur une hélice taille réelle, suivant les applications, la force centrifuge est de l'ordre de 10 à 20 tonnes ... Et le moment de torsion est également très important ... si on laissait la rotation des pales libres autour de leur axe pendant que l'hélice tourne, elles se mettrait à plat, dans le sens de la rotation ...

    Sur les Hartzell justement, c'est une butée à bille un peu spéciale, avec les billes noyées dans la graisse et guidées par un anneau de nylon et recouvertes de la flasque en acier, voir cette vidéo :

    http://www.youtube.com/watch?v=DvWKfu4ubik

    Ça peut certainement ce faire en miniature, je fais de l'hélico RC et les butées à billes présentes autour des axes portes pales sont assez petites ( 10mm de diam. ext. )

    Il faut en tout cas que l’ensemble ( pale, pied, téton etc ) soit usiné dans la même pièce ...
     
    Dernière édition par un modérateur: 16 Avril 2015
  7. géo67

    géo67 Apprenti

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    Hélice d'avion : usinage des pales et du moyeu
    Hoffmann Propeller
    GmbH & Co. KG
    Tel: +49 8031 1878 0
    Fax: +49 8031 1878 78
    Kuepferlingstr. 9
    D-83022 Rosenheim
    Germany

    Hello,
    Voici une adresse intéressante, des gens sympas et de très bon conseil, j'ai eu affaire à eux pour une réparation d'hélice à pas variable sur un motoplaneur DIMONA. ils m'ont fait visiter leurs ateliers pendant la réparation, c'est assez impressionnant, hélices de toutes sortes et de toutes tailles.
    Cordialement
    Georges
     
  8. moissan

    moissan Compagnon

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    Hélice d'avion : usinage des pales et du moyeu
    pour les helice a pas variable automatique , a vitesse constante il faut un mecanisme a faible frottement , donc roulement

    mais pour un pas variable commandé par une tringle dans l'arbre , c'est plus simple ... si le servo qui commande est assez puissant le mecanisme peut etre plus rustique

    pour des eolienne le probleme est un peu le même : j'utilise comme pivot de pales des filetage : quand l'angle des pales change sur 1/4 de tours le pivot fileté change le diametre de l'helice de 1/4 du pas : negligable : c'est pratique par ce que ça reparti la force centrifuge sur tout le filetage , facilement plus solide qu'un roulemement

    en helicoptere le pas doit changer en permanence avec les ordre du pilote , il faut au moins des roulement en modele reduit , et encore mieux en vraie grandeur : barre de torsion sur les alouette , empilage de caoutchouc feuilleté sur l'ecureuil et tous les helico suivant de l'aerospaciale

    pour une helice d'avion a pas variable c'est plus simple car le pas ne change pas trop souvent : donc le systeme a filetage est largement suffisant

    moyeu centrale avec 3 tiges fileté en acier qui sortent dans l'axes des 3 pale

    chaque pied de pale en dural vissé sur ces tiges fileté : chaque piece en bronze a une face plate pour y fixer la partie en bois de la pale , avec une multitude de vis
     
  9. ZAPJACK

    ZAPJACK Compagnon

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    Hélice d'avion : usinage des pales et du moyeu
    100% perso ???? Cela implique la construction du moteur ??? ou me gourre-je
    Dans le cas du Pilatus, c'est un turbo-prop. A peu près irréalisable à l'échelle.
    Pour l'hélice. Les contraintes sur l'hélice d'un turbo-prop ne sont pas les mêmes que ceux d'un moteur à piston. L'épure n'est donc pas la même
    Pour garder l'esthétique très affiné du Pilatus, tu sera obligé d'utiliser un moteur électrique. Nous ne sommes plus qu'à 50% du projet initial.
    Dès lors une concession de plus pour l'hélice ne sera pas la fin du monde.
    Je pense que ce projet n'est pas réalisable à 100% en modélisme. Oké pour la cellule.
    Dans la rubrique Modélisme, je ne connais que Phildu et sont Corsair à 100% maison :prayer: :prayer:
    Et pour l'hélice, Lalu et son moteur en étoile :prayer: :prayer:
    Réaliser un modèle à 100%, ceux qui on réussit se compte sur les doigts d'une demi-main
    LeZap
     
  10. stanloc

    stanloc Compagnon

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    Hélice d'avion : usinage des pales et du moyeu
    Bonsoir,
    A moins de vouloir faire une maquette fidèle au modèle au détail près il est nul besoin d'une hélice à pas variable ou constant speed comme sur le modèle. Le modèle réduit est tout au plus à l'échelle quand à sa géométrie et encore mais pas à l'échelle niveau poids ni distance de décollage en conséquence.
    Déjà du point de vue aérodynamique c'est un non sens de faire tourner une hélice à 8000 tr/mn donc on n'est plus déjà dans la fidélité au modèle.
    Stan
     
  11. Hueyman

    Hueyman Nouveau

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    Hélice d'avion : usinage des pales et du moyeu
    Alors je vais tenter de répondre dans l'ordre

    Merci pour les infos des Allemands, je les contacterais !

    Ensuite, je me suis emporté en annoncant 100% personelle ... Je compte utiliser du matériel radio Futaba avec un ESC et un moteur de la marque Kontronik ( que j'ai déjà sur mon hélico et qui m'apportent entière satisfaction )

    Ensuite, l'hélice importe beaucoup pour moi, il n'est pas seulement question de pas variable, mais déjà d'esthetique et ensuite d'utilisation " avancée " des possibilités d'une hélice comme celle la avec la plage Bêta, que la PT6A-34 réelle met en œuvre ...

    Je connais le réel sur le bout des doigts, l'ayant réalisé pièces par pièces en 3D et ayant toute la doc officielle ( manuel de vol, de maintenance avec les dessins techniques etc etc ).

    Le but de ce sujet n'est pas de savoir si oui ou non une telle hélice est utile, mais plutôt de se diriger vers une direction réalisable pour l'usinage de cette hélice, afin d'obtenir une pièce fidèle au modèle 3D, étant capable de supporter les efforts demandés etc etc.

    Pour ceci je contacterai les Allemands, mais je ne sais pas s'ils usinent le dural pour un prix abordable ( j’entends là pour un ensemble <1000€

    Merci les gars 8-)

    EDIT : 8000 RPM n'est pas un nonsense ... ce qu'il faut ce n'est pas dépasser la vitesse du son en bout de pale, qui est fonction de la longueur de celle ci... sur la vraie , de 2,44m de diamètre, la vitesse max est de 2200 RPM et l'ont peut donc penser que la pale va atteindre la vitesse du son aux alentours des 2400+ RPM je pense ( au pif hein ... )

    Lui va a 7000 RPM max avec une hélice bien plus grande que 30cm de diam. : http://www.youtube.com/watch?v=8ZLicrR-MTE
     
    Dernière édition par un modérateur: 16 Avril 2015
  12. Lalu

    Lalu Compagnon

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    Vendée
    Hélice d'avion : usinage des pales et du moyeu
    Bonsoir Hueyman

    Je vois que tu t'es lancé dans un beau challenge !

    Moi aussi, j'ai entrepris de réaliser ma propre hélice
    C'est une tripale entièrement métallique et d'un Ø de 660 mm
    Le pas sera réglable au sol donc on ne peut pas parler d'hélice à pas variable dans mon cas
    Même avec mon Ø relativement important par rapport à toi, le mécanisme de variation serait assez petit donc la fiabilité risquerait d'en pâtir
    Lorsqu'on calcule les efforts engendrés au pied de pale , on prend peur et on se dit qu'on a intérêt à faire solide
    Une pale qui s'échappe ou qui n'a plus le même pas que les autres risquerait de faire de gros dégâts matériels et/ou corporels

    Mes pales ressemblent beaucoup aux tiennes . J'ai un profil de type Clark Y
    Pour la matière, le moyeu est en 7075 et les pales en 6082
    Ca fait 1½ an que je suis dessus et ça commence à faire long!

    Les considérations qui m'ont poussé à faire ce travail sont les mêmes que toi : l'esthétisme et un challenge personnel
    Il faut être conscient que c'est un très gros travail surtout avec peu de matériel

    Bon courage

    Lalu
     
  13. stanloc

    stanloc Compagnon

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    Hélice d'avion : usinage des pales et du moyeu
    Je vous conseille de vous pencher quand même sur les aspects d'aérodynamisme d'une hélice tournant à 8000 tr/mn et de prévenir votre entourage lorsque vous ferez voler celle-ci. Il n'y a pas que l'esthétique qui compte sur un avion même si Mr Dassault disait qu'un bel avion vole bien.
    Stan
     
  14. Hueyman

    Hueyman Nouveau

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    Hélice d'avion : usinage des pales et du moyeu
    @Stan : lis l'edit de mon précédent post

    Lalu :

    Super ton projet ! Oui c'est vrai que c'est beaucoup de travail pour sans doute peu au final... mais ce serait un plaisir personnel ! Aurait tu des photos de la bête ? C'est pourquoi je voulais savoir si oui ou non il existant des machines CNC permettant d'usiner une pièce avec un fichiers 3D et donc des coordonnées ...

    Pour la partie aérodynamique je vais partir d'un constat peut être naïf mais qui marche : la vraie ( hélice ) offre des perfos optimales, pourquoi pas en modèle réduit ? Il y a la certes un problème de physique concernant les Reynolds etc mais le problème n'est pas la, une hélice reste une hélice et quand on a la possibilité d’altérer sa vitesse et le calage de ses pales à souhait, et bien on est déjà pas mal avancé ! Les hélices commercialisées ont des formes très étudiées pour telle ou telle application pour être plus performante à tel régime etc etc... dans ce cas on s'en moque un peu ce n'est pas un avion de voltige ni de vitesse, et le pas réglable ainsi que le régime permettra déjà des réglages possible.

    Si une étude mécanique est à faire faire, je la ferai faire pour avoir un système sécurisé ( car je sais bien ce que provoquerai une pale qui se fait la malle en rotation, c'est encore pire sur hélico et j'ai toujours eu peur de cette éventualité ), mais pr la suite je souhaite seulement faire réaliser par une entreprise de mécanique de précision ou autres ces pales et ce moyeu, c'est tout ...
     
  15. stanloc

    stanloc Compagnon

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    Hélice d'avion : usinage des pales et du moyeu
    Pourquoi ne commencez-vous pas par faire une fraiseuse cnc pour usiner vos pales ? Ce fut ma démarche il y a 30 ans quand je décidai de faire l'hélice de l'avion que je construisais et dans lequel je comptais monter pour me balader.
    Le plus gros travail c'est d'avoir les fichiers de l'usinage des pales et non pas de faire la cnc.
    Stan
     
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