FABRICATION DE L'HELICE

Le diamètre de l'hélice est déterminé en fonction de la vitesse en bout de pale, pour le bruit et le rendement nous devons rester en dessous des 200 m/s

(En règle générale à
cause de la trainée induite et de la célérité du son le rendement chute fortement à partir de 200 m/s en bout de pale )

choisissons 190 m/s (190X3600= 684km/h). Mon hélice tourne à 2640 tr/mm (2640/60=44 tours/seconde) 190/44= 4.3m (circonférence de l'hélice) =4.3/3.14=1.369m, prenons 1,40m.

Les bois utilisés en construction aéronautique sont les suivants : sapin blanc, épicéa, spruce, pin d'orégon (douglas), peuplier, oukoumé (acajou du Gabon), balsa, bouleau, frêne, hêtre.

Les caractéristiques des bois varient selon les essences, que l'on répartit en deux groupes principaux : les résineux et les feuillus (tendres ou durs). Les résineux ont des fibres longues et offrent une bonne résistance mécanique en compression axiale par rapport à leur poids. Les feuillus ont une résistance mécanique généralement supérieure aux résineux, mais leur densité est proportionnellement plus élevée. Les feuillus durs sont les seuls utilisables pour les pièces travaillant en compression.

Le bois est un matériau composite naturel dont les caractéristiques mécaniques sont très différentes selon le sens dans lequel elles s'appliquent. Les meilleures caractéristiques mécaniques sont obtenues dans la direction parallèle aux fibres. Dans le sens transversal aux fibres, les caractéristiques sont très nettement inférieures. Le débit des bois et l'orientation des fibres dans une structure travaillante sont donc très importants.

Pour toutes les essences de bois, il est recommandé pour les calculs de structure d'adopter un rapport traction / compression de 2. Cela signifie que l'on considère "officiellement" que la résistance du bois en traction est égale en moyenne à 2 fois sa résistance en compression (cela dans le sens des fibres, naturellement). En réalité, la résistance en traction atteint et même dépasse souvent 2,5 fois la résistance en compression si le bois est de très bonne qualité.

Dans une même structure, il est permis de mélanger plusieurs essences de bois. Mais il est strictement interdit de faire des entures pour rabouter deux bois d'essences différentes. De même, l'enture doit préserver la continuité d'orientation des fibres. Sur des pièces travaillant en traction, la longueur de l'enture doit être d'au moins 20 fois l'épaisseur de la pièce.
En revanche, sur des pièces travaillant en compression, cette longueur d'enture doit atteindre au minimum 15 fois l'épaisseur.

Caractéristiques mécaniques des principaux bois utilisés en construction aéronautique

Désignation

Densité
kg / m³
(1)

% rétractation
transversale
(2)

Contraintes admissibles à rupture - kg/mm²

Module d'élasticité E
kg/mm²
(6)

Indications
d'emploi

Compression

Traction

Cisaillement
(5)

Catégorie

Appellation

Origine

I I (3)

I (4)

I I (3)

I (4)

Résineux

spruce
sapin blanc
pin sylvestre

Amérique
Suisse
France

0,46
0,45
0,43

7,4
6,0
7,4

3,5
3,5
4,2

0,65
0,65
0,80

8
8
9

0,13
0,13
0,14

0,33
0,35
0,40

1000
1000
1000

Mâts, semelles de longerons ou de caissons, baguettes
de nervures

Feuillus
tendres

peuplier
aulne

France
France

0,44
0,45

7,1
7,0

3,1
3,4

0,40
0,45

7
?

0,15

0,34
0,35

800
900

Chapeaux de nervures, cales, tasseaux, lisses

Feuillus
durs

bouleau
noyer
frêne
hêtre

Norvège
France
France
France

0,70
0,65
0,72
0,70

8,5
7,1
6,8
10,6

4,1
3,9
4,4
4,2

1,10
1,20
1,40
1,30

?
?
10
11

0,25
0,27
0,30
0,35

0,50
0,50
0,65
0,70

1100
1000
1200
1100

Cales, quilles d'angle, hélices, plaques d'appuis, semelles comprimées

Remarques :
(1) Les densités et les caractéristiques mécaniques correspondent à une humidité de 15 %.
(2) Rétractabilité (dans le sens tangentiel aux couches annuelles) entre bois vert et étuvé.
(3) II : sollicitations dans le sens des fibres.
(4) I : sollicitations perpendiculaires aux fibres (valeurs minima radiale ou tangentielle).
(5) Cisaillements tangentiels (valeurs minima) à considérer en glissement de flexion.
(6) Modules d'élasticité longitudinaux E mesurés en flexion statique.

Le contreplaqué est généralement constitué d’un nombre impair de feuilles de bois déroulé (ou "plis") collées entre elles avec un croisement des fibres à 90° d’un pli à l’autre. Ainsi un CTP "3 plis" a les fibres de ses deux plis extérieurs dans le même sens, et le pli intérieur à 90° par rapport aux deux autres. Les CTP les plus utilisés sont en oukoumé ou en bouleau.

Le pas de l'hélice est déterminé en fonction de la vitesse de l'aéronef,du nombre de tours de l'hélice par seconde et du diamètre de celle-ci

le pas, c'est l'avance par tour d'hélice +15% pour "le glissement " de celle-ci sur l'air( l'appui sur l'air n'est pas solide) vitesse=12 m/s X 3600 = 43.20 km/h....43.2+15%= 43.2+6.48= 49.68 km/h/ 3600=13.8m/s....avance par tour d'hélice = V/tr/s =......13.8/44 = 0.31.m...

le pas est toujours constant, seul l'angle de calage évolue tout le long de la pale.

Le collage est le seul procédé utilisé en aéronautique pour fixer entre elles deux pièces de bois. De l'exécution des collages dépend la solidité de l'ensemble, aussi on doit considérer que c'est là le point essentiel de la construction d'un avion en bois.

La colle forme un joint continu entre les pièces au travers duquel se transmettent parfaitement les efforts mécaniques. L’assemblage est très léger et sa résistance mécanique excellente. Le principe essentiel est que, à la rupture, le matériau doit toujours céder avant la colle.

Quatre grandes familles de colles sont employées dans la construction aéronautique d'avions amateurs :

- La colle à la caséine, dont le solvant est l'eau. Elle a été beaucoup employée dans les années 50 et 60, mais aujourd'hui on lui reproche une mauvaise tenue en milieu très humide.

- La colle résorcine ou urée formol, colle bi-composant : résine + durcisseur, généralement en poudre à mélanger en proportions précises. Elles s'utilisent à partir de 15°C, et le mélange a une faible durée de vie à partir de 23-25°C. C'est le seul type de colle possédant un agrément officiel de l'aviation civile. Elle est utilisée depuis les années 1960.

- La colle époxy, bi-composant résine + durcisseur. Les époxy sont indispensables pour la stratification à la fibre de verre. Ces colles sont stables au durcissement : pas de rétraction ni d'expansion.

- La colle polyuréthane (PU) a l'avantage d'être prête à l'emploi (mono-composant) et tolérante en terme de température (souvent à partir de 5°C). Elles ont tendance à s'expanser et à mousser au séchage, ce qui n'est pas très pratique selon l'assemblage réalisé.

Le serrage est important pour la solidité de l’assemblage. La qualité d’un serrage n’est pas tant dans la force que dans la régularité : la pression appliquée doit être parfaitement répartie sur la surface de collage.

Au serrage, la colle doit déborder sur toute la longueur de l'assemblage, c'est impératif. Sinon, cela signifie soit qu'il n'y a pas assez de colle, soit que le serrage est insuffisant.

Le procédé de serrage "classique " du contreplaqué sur le bois est l’agrafage sur une "bande à agrafes", lame de bois tendre de 3 mm d’épaisseur et de la largeur de la latte.

Les paramètres de température, d’humidité et de pression appliquée sont capitaux, car ils conditionnent directement la qualité de la liaison colle / bois.

Le concepteur d’un avion en bois veille toujours à ce que les surfaces de collage (ainsi que les sections des matériaux) soient largement dimensionnées : il vérifie par le calcul que les joints de colle travaillent très en deçà de leur limite de cisaillement.

SERRAGE AVEC SERRE-JOINTS POUR LE COLLAGE ( à l' horizontale de préférence!!)

Le profil de la pale , le plus délicat est de faire le choix, l'on choisit généralement un profil à intrados plat (clark Y, 70 A, etc..)pour la facilité dans la fabrication de la pale et pour définir le calage sur l'épure surtout quand l'angle de portance nulle se confond avec le dit intrados.......pour cette première construction c'est le Gottingen 436 qui est retenu (table ci-dessous) et le logiciel adapté fournit une multitude de profils, tous pouvant être imprimé avec différentes cordes > logiciels traceur de profil : http://tracfoil.free.fr/tracfoil/accueil.htm ou http://visuaero.free.fr/ ou http://a190754.free.fr/

sur chaque calque est tracé l'angle de calage pour la définition du pas, la corde de la pale et le dessin du profil après impression sur le logiciel

il est facile ensuite de mesurer le bois excédantaire et de prévoir un gabarit pour les sciages sur cahque nervure tant à l'intrados qu'à l'extrados.

13 "nervures" réprésentent la pale avec sa corde et son calage réparti tous les 5 cm sur la pale (ou tous les 10 cm pour le diamètre de l'hélice).

un exemple: 6= N° de la nervure, 120= la corde de la pale(donc du profil) 90= le diamètre de l'hélice

sciage après le traçage de chaque valeur rélevée sur le calque (sur l'intrados de l'hélice, profil plat pour débuter!)

après les sciages verticaux sur les 13 "nervures", le ciseau à bois poussé par le maillet ôte le bois excédentaire sur l'intrados du profil.

le ciseau à bois est manié avec délicatesse pour éviter l'éclat irréparable....

l' équilibrage sur une pointe à tracer et un pointage sur le plateau de pression de l'hélice

le moyen le plus simple par suspension sur un fil de nylon et un "faux axe".

l' hélice à fière allure sur sa monture avant le verdict du premier essai !

le résultat est imparable, le manque de pas est constaté à la mise des gaz, le régime monte et la poussée traine, retour à la case départ avec comme

première necessité de réviser la définition du pas de l'hélice, toute la littérature mangée depuis des mois ne permet pas d' avoir un résultat satisfaisant

à la première fabrication, enlever du pas reste possible par réduction du diamètre ou plus subtilement par la diminution de la corde de la pale

mais augmenter le pas est plus difficile voire impossible, il peut toutefois être légèrement augmenté par un enlèvement de matière à l'intrados du bord d'attaque mais insuffisant pour le cas présent, décoration tu feras!

CTP	à 0°	à 90°	à 45°
Bouleau	930	540	380
Okoumé	450	270	210

CTP	à 0°	à 90°	à 45°
Bouleau	220	220	450
Okoumé	120	120	230