Hélice d'avion : usinage des pales et du moyeu

[Yakovlev55]

Bonjour, ça c'est sur que Lalu, tient grave la route, Huey, tu n'es pas le seul à être sur le cul, moi ça fait un moment que je suis son boulot et que je prend des claques.
Cordialement
Martin

 

[Hueyman]

Moissan ...


Encore une fois, il n'est pas question d'écarter ou de remettre en question le pas variable, je n'ai tout simplement pas envie !

En dehors de l'efficacité plus haute à différentes vitesses hélices ( et vitesses avion ! ), l'intérêt est aussi pour l'aspect maquette.

Une hélice qui serait systématiquement en drapeau à l’arrêt , et qui via un mixage radio se mettrait lentement en configuration " vol " avec une plage de pas de -11° ( full reverse ) a disons +40° et un moteur régulé a 4500/5000 RPM ( affiner en fonction des résultats aux essais évidemment )

L'intérêt est maquette comme je l'ai dit, et le pas variable sur un turboprop permet un changement rapide de la traction de l'hélice, bien plus que s'il fallait que la turbine prenne ses tours lentement ... et les perde lentement aussi lors d'une décélération ( grande inertie ).

Outre ralentir la distance d’atterrissage, ça permet un contrôle très précis de la vitesse de roulage, sans utiliser les freins ( comme les vrais d’ailleurs ) et la plage Bêta est même utilisée en vol ( pas aux alentours de 0° ) afin de créer un fabuleux aérofrein naturel et avoir un taux de descente vertigineux ( le réel atteint -8000 ft/min avec une assiette de -40° et une vitesse indiquée ne dépassant pas les 120 nœuds ), plus efficace qu'une hélice en reverse ( car une hélice en reverse détruit et perturbe tout les filets d'air arrivant du vent relatif, et masque l'effet des gouvernes se trouvant derrière cette hélice donc généralement la profondeur ( grave ) et la dérive ( moins grave ) dans le cas d'un turboprop où la turbine est montée dans le nez ... sur un multimoteur, c'est la portance de la portion de l'aile se trouvant juste derrière l'hélice qui ramasse lorsque celle ci est en Bêta/reverse )

Bref je connais mon sujet et je ne souhaite trouver aucune alternative. Ce que je ne connais pas c'est le monde de l'usinage, etc etc ...

J'entends bien ce que tu me dis au sujet des éoliennes, mais c'est juste pas intéressant dans ce cas précis.

Je suis quasiment certain à présent que le pied de pale ressemblera à ça : http://www.aeroservices.co.uk/inside_hartzell/imag009.jpg

Et que le système de changement de pas serait exactement ce genre de fourche : http://www.nomenclaturo.com/wp-content/uploads/Cutaway-View-of-Hartzell-Turbo-Propeller-Feathering-CS-Prop-counterweight.jpg

http://www.chaparralparts.com/servlet/the-1231/B3252L-fork-pitch-change/Detail

Voila voila ...

 

[ZAPJACK]

Bref je connais mon sujet et je ne souhaite trouver aucune alternative. Ce que je ne connais pas c'est le monde de l'usinage, etc etc ... .

A te lire, effectivement tu sais de quoi tu parle. Toutefois, construire un modèle à l'échelle implique des choix technique. Il ne suffit pas de tout diviser par quatre pour faire un modèle opérationnel. il y a de nombreuses contraintes technique et surtout des choix et concessions
Déjà dans le réel, les moyens d'étude, de test et de réalisations sont sans commune mesure avec les moyens d'un modéliste amateur fut-il très bien outillé et ayant des connaissances approfondie en génie-mécanique
En marge des prouesses techniques que développent des Lalu, Didou, Phildu (j'en oublie) regarde un peu les dates de lancement des projets.....c'est éloquent
LeZap

 

[Hueyman]

Oui c'est vrai que c'est une longue entreprise ...

Mais vous messieurs vous vous y connaissez dans le milieu de la mécanique etc, vous avez même vos propres machines outils alors ...

Si je me lance la dedans, en fait ce serait juste donner un projet à une entreprise, moi je pourrait seulement me contenter de dire mon but et de payer ...

C'est pourquoi j'essaye de glaner des infos avant de me lancer ( de toutes les façons ce ne sera pas avant la fin de l'année ... ) mais pas pour essayer d'être convaincu de ne pas utiliser le pas variable ou autre ...

En tout cas merci

 

[Yakovlev55]

Re Tu sais Hueymann, je te suis à 100% dans ta volonté de faire cette hélice, surtout pour un Pil, j'ai moi aussi au fond de moi un projet identique que je déterrerai un jour, tu dois surement le deviner avec mon pseudo, car la prochaine fois que je m'inscrirai à un club de modélisme, c'est que j'aurai fait mon YAK55 avec une hélice à pas variable. La différence avec toi c'est que je ne souhaite pas l'aspect maquette, mais uniquement les performances de vol (et la musique)*. Ceci dit, ça n'est pas pour demain, faudra de toute façon que je reprenne la main en pilotage.
* J'ai fait une petite hélice avec un petit moteur électrique, et parfois dans l'atelier je la fait chanter en variant le pas, et ça me rappelle le PIL dont j'entendais le son à l'époque ou j'habitais Strasbourg, assez proche de l'aérodrome.
Cordialement
Martin

 

[moissan]

il ne faut pas confondre chercher une entreprise pour usiner tes piece , et chercher quelqu'un pour faire la conception entiere : ce n'est pas du tout le même travail

tous les usineur qui ont des bonnes cnc industrielle peuvent realiser les piece quand on leur donne des dessin bien fait dans solidwork ou catia ... beaucoup d'usineur n'ont pas envie de faire de conception , parce que ça prend trop de temps , et c'est même parfois presque 'impossible quand le demandeur ne donne pas les bonnes information

transposer la conception d'une helice de la vraie grandeur au modele reduit c'est autre chose : la dimension change tout

en petite dimension les materiaux paraissent plus resistant qu'en vrai grandeur , et on peut utiliser des solution plus simple qui seraient farfelue en vraie grandeur

quand je te parle d'eolienne ce n'est pas si hors sujet que ça ! c'est un moyen de te faire dire ce que tu veux exactement et que tu n'aurait pas dit sans cela

quand je parle de la capacité du moteur electrique de tourner a vitesse variable et même en marche arriere ça ta fait preciser d'autres chose

 

[Hueyman]

quand je te parle d’éolienne ce n'est pas si hors sujet que ça ! c'est un moyen de te faire dire ce que tu veux exactement et que tu n'aurait pas dit sans cela

quand je parle de la capacité du moteur electrique de tourner a vitesse variable et même en marche arriere ça ta fait preciser d'autres chose

oui c'est vrai ...

La conception sera faite sur Blender, puis exportée dans un format pris en charge par ces machines. Je ferai les calculs nécessaires pour ce qui est des efforts de tractions ( centrifuge ) et voila, je ne vois pas quoi dire de plus, calculer les perfos des hélices est en dehors de mes compétences ... Et encore une fois je veux seulement une hélice qui est semblable en forme au grandeur et qui a un pas variable, pas avoir des pales profilées pour des performances optimales dans cette gamme de taille ... Je vais passer voir l'usineur j'espère aujourd’hui pour avoir une idée du prix ( car je n'ai encore pas eu de réponse, et c'était une des principales questions ... )

 

[moissan]

aucun usineur ne donnera un prix sans voir un plan precis pour voir les difficulté de realisation

si le pivot de pale est fait pas un filetage le prix d'usinage sera faible : un coup de taraud

si le pivot de pale est fait par des beau petit roulement , il y aura besoin de plusieur alesage bien precis , et il faudra des moyen de tenir les roulement en traction : circlips simple mais faible ... bagues fileté ?

chaque choix de conception a une influence sur le prix

blender n'est pas un logiciel de CAO mecanique : blender fait des belle image mais les usineurs ne le connaissent pas

pour ne pas avoir de probleme il faut presenter des plan en solidworks qui est un des logiciel les plus courant

en gratuit il y a freeCad comparable a solidworks : freeCad peut exporter en format .step et .iges , qui sont des format lisible aussi par solidworks et catia , donc servant de passerelle entre les differente CAO

si blender peut lui aussi exporter en .step ou . iges ça pourrait servir

 

[Hueyman]

Bon aller, c'est parti, le projet commence tout doucement !

On va la faire en fibres de carbone avec résine époxy L285 et durcisseur H285, et le moyeu sera conçu sous Solid Works avant d'envoyer les plans des pièces à l'usineur( probablement en titane, éventuellement 7075 ça reste à voir ... )

Puisque ce PC-6 est à l'échelle 1/5, et que le diamètre de la vrai est de 2,44 m, celle a aura un diamètre de 48,8cm, pour une vitesse de rotation max recherchée de 6000 tours/minutes. D'après mes calculs, l’ordre de grandeur pour la force centrifuge d'une pale de masse " cohérente " tournant à ce régime devrait se trouver aux alentours de 300 Kg, on ne va donc pas rigoler avec la robustesse du moyeu.

Pour le moment, une pale a été imprimée en 3 dimensions en résine acrylate. L'avantage est de respecter scrupuleusement la forme dessinée en 3D par ordinateur ( les coordonnées x,y et z ne mentent pas ) afin de faire un moule. Pour le moment la question de la faisabilité reste encore ouverte puisque en bout de pale, l’épaisseur du profil fait environ 1mm, ce qui risque d'être " chaud " à gérer niveau travail de la fibre, on verra bien ...

Ci joint des photos de la pale imprimée et un dessin d'ébauche du mécanisme.

 

[stanloc]

Bonjour,
AMHA, la force centrifuge ne doit pas être l'arbre qui cache la forêt. Une minable cordelette de nylon tient à la traction de 300 kg. Par contre les efforts (vibratoires ????) au cisaillement et à la fatigue du pied de pâle c'est une autre histoire cumulés avec la force centrifuge.
Stan

 

[Hueyman]

Yes et effectivement c'est pris en compte !

Regarde bien la forme du pied de pale, comment il se transforme d'un cylindre vers le profil asymétrique de la pale. Mécaniquement c'est plutôt bon.

Les efforts ne sont pas les mêmes que sur un thermique. J'utilise un moteur électrique d'hélico tournant à 25000 tours, réducté pour avoir 6000 en sortie, donc transmission du couple plutôt douce, bien plus que le cisaillement constant subit par le temps " explosion-détente " d'un thermique ...

Les trois forces à réellement prendre en compte sont dans l'ordre d'importance :

- Centrifuge
- Moment de torsion, qui tend à mettre la pale à plat ( dans le lit du vent relatif ) en rotation
- de traction

 

[Lalu]

Bonjour Valentin

Quel est le pas de référence que tu as déterminé ? A première vue, il a l'air assez important
Ta pale a une gueule bien sympathique
Elle doit être très légère car 300kg de force centrifuge à 6000t : c'est vraiment très peu

Cet après midi, j'ai fait un premier essai de mise en rotation avec un pas nul en extrémité de pale . Je suis allé jusqu'à 3000t ~
A ma grande surprise, je n'ai pas eu à retoucher les équilibrages : pas de vibrations notables pour l'instant
Je vais continuer les essais pour aller progressivement à 6000t puis je referai les tests avec mon pas optimum

Bon courage pour la suite de ton challenge

Lalu

 

[Hueyman]

Salu Lalu !

Je n'ai aucune idée de valeurs de pas de référence, comme dit précédemment, c'est vraiment la copie conforme de la pale réelle.

En effet, il faudrait une pale de 50 grammes pour avoir 300 kg à 6000 RPM

Elle fera plus dans les 100 g je pense, donc 600 kg à 6000 RPM !

Je me suis fait un petit programme sur ma calculatrice Casio FX35+ pour calculer rapidement la force centrifuge, et la formule est F=M x w² x r avec :

F la force exprimée en Newtons ( diviser par 9,81 pour convertir en kg )
M la masse de la pale en kg
w la vitesse tangentielle en rad/sec ( pour convertir un régime en tours/minutes vers une vitesse tangentielle, faire : XRPM x 2 pi, le tout diviser par 60 )

Exemple avec une pale de 80 grammes, montée sur une hélice tournant à 4800 RPM, et dont le centre de gravité se situe a environ 15 cm du centre de rotation :

F = M x w² x r
F = 0.08 x ((4800x2pi)/60)² x 0.15
F = 3032 Newtons ( /9.81 = 309 kg de traction )

Je suis tes essais avec attention, mais fais gaffe ! Ton moulin tranchant de 60 cm a 6000 RPM et en Alu en plus ça doit faire mal !

 

[domi.U&M]

Je n'ai aucune idée de valeurs de pas de référence, comme dit précédemment, c'est vraiment la copie conforme de la pale réelle.

Bonjour,
comme la densité de l'air n'est pas mise à l'échelle ( ), je suis perplexe sur le fait de garder un pas de référence et un vrillage identiques à ceux d'une hélice grandeur. Mais je me trompe certainement.

 

[stanloc]

Je n'ai aucune idée de valeurs de pas de référence, comme dit précédemment, c'est vraiment la copie conforme de la pale réelle.

Bonjour,
comme la densité de l'air n'est pas mise à l'échelle ( ), je suis perplexe sur le fait de garder un pas de référence et un vrillage identiques à ceux d'une hélice grandeur. Mais je me trompe certainement.

Oui, on parle de nombre de Reynolds. C'est tout le problème des essais en soufflerie avec des maquettes.
Stan

 

[Hueyman]

Je suis bien au courant de cette histoire de nb de reynolds

Mais vous verrez, ça va marcher euh ... souffler !

 

[Lalu]

Bonsoir Valentin

Salu Lalu !

Elle fera plus dans les 100 g je pense, donc 600 kg à 6000 RPM !

dont le centre de gravité se situe a environ 15 cm du centre de rotation :

Je suis tes essais avec attention, mais fais gaffe ! Ton moulin tranchant de 60 cm a 6000 RPM et en Alu en plus ça doit faire mal !

Ton poids me semble bien élevé car la mienne est en alu et fait 320mm: elle pèse 135gr
Même constat pour le centre de gravité : j'ai 130mm
Donc je pense que les efforts engendrés sur tes pieds de pale seront moins importants que ton estimation ( c'est mieux comme ça !)

Les essais continuent . Hier je suis monté à 4200t
Je vais poursuivre l'optimisation des équilibrages pour atteindre mon objectif de 6000t

J'ai confiance dans la réussite de ton projet

Bonne continuation

Lalu

 

[Hueyman]

Effectivement la masse a été exagérée ...

Quelques news : Mon grand-père vient de terminer la réalisation de la première pale, pièce d' "essai" permettant de valider la masse, la faisabilité et la résistance ... Et bien pour un premier essai, c'est plus que concluant !!!

Une solidité à toute épreuve, grande rigidité et une masse de ... seulement 42 grammes !

Avec une distance Centre de Rotation/Centre de gravité de 13 cm, on est à 220 kg de force centrifuge ce qui reste " raisonnable "

La voici :

Mon casse-tête maintenant se trouve dans la conception du moyeu. Pour que le système soit sérieux et tienne dans le peu d'espace qui lui est disponible, ça va pas être de la tarte ... Pour garantir une rotation libre et sans jeu de la pale, il faut que le pied de pale le " sabot de pale ", soit monté sur deux roulements à billes radiaux ainsi qu'une butée à bille standard. Le souci étant le manque de place, puisque ensuite le bas de la pale elle même doit pénétrer suffisamment dans le sabot pour que l'axe de rétention ai assez de matière avant l'extrémité inférieure de la pale.

Une autre solution serait de mettre un roulement à rouleau conique, qui supporte très bien les efforts axiaux et suffisamment les radiaux pour cette utilisation, mais ils n'existent pas dans ces dimensions ... La flasque arrière du cône fait 97mm, pas un de plus, et cela va en décroissant ( cône ) la place est vraiment un problème ... Je continue de faire des ébauches de moyeu dans SW pour voir ce qu'il est possible ou pas de réaliser.

Pour ce qui est du reste de l'avion, ça avance doucement mais surement, je préfère que l'avion complet soit d'abord réalisé en CAO, cela évitera des problèmes multiples par la suite et permet de valider certains choix techniques

A suivre !

 

[Hueyman]

Salut Lalu !

Comment vas-tu ? Des nouvelles de ta superbe hélice ?

Moi je n'ai plus le temps mais j'y pense toujours de temps à autres

Bon weekend à tous !

 

[Lalu]

Bonjour Hueyman

Pour l'instant ça va à peu près bien
Mon hélice est terminée depuis Avril 2014 et les essais étant concluants, je considère que c'est une rubrique terminée ( mais quelle galère ! )
Lorsque je regarde ton hélice, il me semble qu'il ne reste pas beaucoup de matière en pied de pale entre la goupille et la tête de vis qui retient le roulement
As-tu prévu un coefficient de sécurité en cas de rupture ? ( j'ai mis 4 )

Lalu