Conception et évaluation des performances des systèmes
Anibal
Eléments théoriques : aérodynamique des hélices
Le calcul aérodynamique des hélices aériennes a reposé jusque vers les années 1980 sur des méthodes relativement simples de calcul du fonctionnement de chacun des profils dans le champ aérodynamique induit par le fonctionnement de l’hélice. Ce type de méthodes reste bien adapté au calcul d’hélices classiques comportant des pales de fort allongement et fonctionnant en régime subsonique. C'est aussi un outil d’avant-projet pour la définition des hélices.
Méthode de calcul aérodynamique d’hélices classiques
Dans les méthodes simples de calcul d’hélices, le maillage de calcul est constitué par une ligne radiale symbolisant chacune des pales. Des relations de symétrie (périodicité) permettent de ne considérer qu’une seule pale. Ces méthodes diffèrent essentiellement par les techniques de prise en compte d'une part des performances des profils et d'autre part du champ aérodynamique de fonctionnement des pales.
Les héliciers utilisent peu les méthodes de type "élément de pale" (servant dans les avant-projets de rotor d’hélicoptère), et s’appuient principalement sur des méthodes de type "ligne portante", suffisantes pour les calculs aérodynamiques. La prise en compte des performances peut se faire par l’intermédiaire de polaires analytiques ou de façon plus précise en interpolant les polaires de profils dans des bases de données expérimentale ou calculée. Dans la classe des méthodes "ligne portante", le champ aérodynamique de fonctionnement de l’ensemble des profils est calculé par l’intermédiaire d’une modélisation des sillages des différentes pales sous formes de nappes de singularités de type tourbillon. Ce modèle permet de calculer au niveau de la pale (ligne portante) les vitesses induites par les nappes hélicoïdales. Le calcul des vitesses induites peut se faire de façon approchée (méthodes de Goldstein, de Lockf, de Hirsh…) ou par intégration numérique. C’est cette formulation qui a été retenue dans le code LPC (Ligne Portante Courbe) à l’Onera, à partir d'une première formulation de Courjaret à l’Aérospatiale. Diverses extensions de ce code ont été faites pour traiter le cas d’une hélice comportant de la flèche et le cas des hélices contrarotatives.
La validation de la méthode LPC a été effectuée sur un grand nombre de cas-tests par comparaison avec des résultats d’essais en soufflerie et par comparaison avec d’autres calculs en France et au niveau européen dans le cadre du Garteur AG10. On peut dire que cette méthode figure parmi les meilleures pour le calcul de performances des hélices (traction, puissance, rendement), celui de la répartition de charge aérodynamique sur les pales, ainsi que celui du souffle à l’aval de l’hélice.
Les résultats de calcul obtenus par la méthode LPC servent d’entrée pour les calculs de bruit de charge, sous forme de répartition de traction et de puissance en envergure sur la pale.
