HELICES ET PALES DE ROTOR

Le secret d'éléments rotatifs très étonnants.

De façon schématique, une hélice est un objet qui se "visse" dans l'air, ou dans l'eau, dans le cas des bateaux. Lorsque le modèle est à l'arrêt, l'air - ou l'eau - n'est pas propulsé vers l'arrière. Une fois en marche, l'hélice se visse littéralement dans son milieu en déplaçant une quantité limitée d'air ou d'eau.

1) Section d'une pale en fibre de carbone. On aperçoit le foam à l'intérieur et le lest juste derrière le bord d'attaque.

2) Les hélices tripales (de cet autogire ou des aéromodèles) permettent d'obtenir les mêmes rendements avec des diamètres plus petits.

Caractéristiques d'une hélice

Quand un débutant s'adresse à un commerçant en lui demandant "une hélice", iI ne sait généralement pas comment répondre aux questions du vendeur, lesquelles se réfèrent, en réalité, aux mesures de l'hélice et au matériau utilisé. Une hélice présente deux caractéristiques principales: d'une part, le diamètre, qui fait référence au cercle qu'elle décrit en tournant et qui correspond à la distance séparant ses deux pointes. D'autre part, le "pas". Le pas est la distance parcourue par une hélice lorsqu'elle fait un tour complet. II est proportionnel à l'inclinaison de ses pales: plus l'inclinaison est marquée, plus le pas est important.
En ce qui concerne le matériau utilisé, les hélices que l'on trouve habituellement dans le commerce sont en nylon, en nylon renforcé par des fibres, en bois ou, plus rarement, en fibre de carbone ou en carbone. 

Les hélices en nylon sont les moins chères, mais elles sont à déconseiller, car peu fiables. En tout cas, elles ne seront jamais utilisées sur des moteurs de plus de 5-6 cm3. Les hélices renforcées par de la fibre sont beaucoup plus solides et rigides, pour un coût légèrement supérieur. Elles sont les mieux adaptées aux usages standard. Choisissez une marque reconnue (Graupner, Robbe, Top-Flite, Rev-Up ou Master Airscrew). On les trouve dans quasiment toutes les tailles habituelles. Les hélices en bois sont, outre les plus jolies, celles qui donnent les meilleurs rendements et qui coûtent le plus cher, mais leur fragilité limite leur usage aux compétitions ou à des moteurs spéciaux de grosse cylindrée, notamment. Je ne pense pas qu'elles soient à conseiller aux débutants. Les hélices en fibre de verre ou de carbone sont très rigides et offrent de hauts rendements, mais vu leurs prix prohibitifs, elles sont réservées à des applications très spécifiques.

1) Les pales "réelles" à revêtement métallique n'ont pas leur équivalent en aéromodélisme.

2) Les hélices de vitesse sont en fibre ou en bois. Les pales sont plus fines et étroites que la moyenne.

Cas particuliers
En matière d'hélice, les moteurs à quatre temps présentent des caractéristiques assez particulières. Comme vous le savez, ils ne produisent qu'une explosion tous les deux tours de vilebrequin. 

En conséquence, l'hélice subit une accélération très brutale pendant un demi-tour de vilebrequin, puis perd de sa vitesse pendant le tour et demi qui précède l'explosion suivante. Comme une hélice tendance à se déplacer vers l'avant quand elle accélère (elle tend à se visser dans l'air), un quatre temps la soumettra à des contraintes extrêmement violentes. Si nous ajoutons à cela le fait que les quatre temps ont tendance à détoner en cas d'échauffement excessif, il ne faut pas s'étonner qu'une hélice peu résistante puisse casser en plein vol... Sur ce genre de moteur, mieux vaut utiliser des hélices lourdes (nylon renforcé de fibre) ou, si elles sont en bois, les plus résistantes possible. 

Certains fabricants proposent des hélices spéciales pour quatre temps.
On trouve également des hélices "spéciales vitesse". Initialement en bois, ces hélices sont de plus en plus souvent fabriquées en fibre de verre ou de carbone (dans certaines catégories, comme les compétitions F3D, ce type de matériau est d'ailleurs obligatoire). Elles présentent des pas considérables et des pales fines et étroites, très caractéristiques. Essayez d'en monter une sur votre moteur, et vous constaterez qu'elle donne un meilleur régime moteur.

Le choix d'une hélice
Avant de choisir une hélice, consultez le manuel de votre moteur. En effet, chaque moteur est conçu pour un usage et un régime donnés; la meilleure hélice sera celle qui donnera le régime moteur le plus élevé et le meilleur comportement en vol. Un moteur très puissant à haut régime aura besoin d'une hélice qui lui permette de tourner vite: soit une grande hélice avec très peu de pas, soit une
petite hélice avec un pas relativement important.
Un moteur à explosion ne peut pas être associé à n'importe quelle hélice. En effet, l'hélice impose au moteur une charge proportionnelle à son diamètre et à son pas. Si vous dépassez certaines limites, l'effet obtenu sera similaire à ce qui se passe avec votre voiture quand vous utilisez un rapport trop grand: le moteur peine, tourne difficilement et finit par s'abîmer ou surchauffer.
Parmi les hélices recommandées par un fabricant pour ses moteurs, vous en trouverez parfois certaines avec plus de diamètre et moins de pas, et d'autres plus petites avec des pas plus importants. Si votre avion est un grand modèle à vol lent (un avion de début avec une aile haute assez grande, par exemple), préférez une hélice avec un diamètre important (dans les limites autorisées, bien sûr): elle fournira davantage de traction et d'accélération en vol lent. 

Si vous montez le même moteur sur un petit acrobatique rapide, mieux vaut opter pour une hélice petite et à pas relativement élevé pour obtenir plus de vitesse. Quoi qu'il en soit, c'est l'expérimentation qui vous fera découvrir l'hélice la mieux adaptée. Vous pourrez même tester des hélices de mêmes dimensions, mais de marques différentes, avec des pales plus larges, ou des formes et des profils variés, avant de prendre votre décision.

Les hélices en plastique sont de loin les plus répandues.

Précautions
Les hélices sont des éléments délicats qui tournent à très haute vitesse. Elles doivent donc être entretenues et révisées. N'utilisez jamais d'hélices fendues, crevassées ou émoussées: le risque est grand de les voir se rompre en vol, avec le danger que cela représente. Dans tous les cas, une hélice déséquilibrée (avec une pale plus lourde que l'autre) constitue une source de vibrations; elle sera peu performante et susceptible d'endommager le moteur ou l'avion.
Les hélices en nylon ont tendance à "se dessécher" avec le temps, ce qui les fragilise. 

Une bonne solution consiste à les plonger dans l'eau bouillante pendant 15-20 minutes avant de les monter sur le modèle, si elles sont restées plusieurs mois sans être utilisées.
II arrive qu'il faille agrandir l'ouverture prévue pour le passage de l'arbre moteur. Si tel est le cas, le moyeu obtenu doit être parfaitement centré. Utilisez de préférence un outil spécialement prévu à cet effet. Procédez délicatement pour ne pas fragiliser l'hélice. Bien entendu, en utilisant un pointeau, vous n'arriverez qu'à déséquilibrer l'hélice, dans le meilleur des cas...
Un dernier conseil: évitez de faire ce que l'on observe souvent sur les terrains de vol, c'est-à-dire arrêter un moteur en jetant un chiffon sur l'hélice en mouvement. J'ignore si c'est la pauvre hélice ou le vilebrequin qui en souffriront le plus, mais un moteur, cela s'arrête en fermant l'alimentation en carburant ou l'arrivée d'air...

Equilibrage d'une hélice
De nos jours, les hélices sortent d'usine parfaitement finies, avec des pales présentant toutes des masses identiques. Mais toute règle connaît des exceptions. Une hélice mal équilibrée se traduit par de fortes vibrations du moteur. II arrive que les vibrations ne soient pas dues à un mauvais équilibrage de l'hélice, mais au fait que l'ancrage de cette dernière sur le moteur n'est pas droit; conséquence: les deux pales ne tournent pas sur le même axe. II suffit de regarder de côté pour constater qu'elles ne tournent pas dans un même plan. 

En pareil cas, la meilleure "solution" consiste à démonter l'hélice.
Vous trouverez dans le commerce plusieurs types d'équilibreur d'hélice, mais tous reposent sur le même principe. L'hélice est tenue en équilibre par des éléments coniques.

La pale la plus lourde tend à descendre.
Pour équilibrer l'hélice, on ponce très soigneusement et de façon homogène la face convexe de la pale (celle qui se déplace vers l'avant quand l'hélice tourne). On utilise pour ce faire une lime moyenne, en vérifiant après quelques passages si l'hélice reste horizontale sur l'équilibreur. Le ponçage doit être fait sur toute la pale, et pas de manière localisée, car vous risqueriez de la fragiliser. Une fois le travail achevé, on prend une lime plus fine pour lisser la surface. Dans le cas des hélices en bois, n'oublions pas d'appliquer une couche de vernis pour éviter qu'elle ne s'imprègne d'huile.

1) Hélice en bois laminé avec époxy. Premier choix, mais à quel prix!

2) Sur la pale du haut, on aperçoit les logements pour le lest de plomb, lequel doit être solidement fixé.

Pales de rotor
Les pales de rotor (sauf indication contraire, nous ne parlerons que des pales du rotor principal) sont à l'hélicoptère ce que l'hélice est à l'avion. L'hélico vole "suspendu" aux pales. 

Un rotor d'hélicoptère, c'est en réalité une grande hélice à pas variable dont les pales peuvent être enlevées avec un simple tournevis. Les pales sont profilées aérodynamiquement sur la quasi-totalité de leur longueur. Sur les pales de qualité, le bord d'attaque est profilé pour réduire la résistance aérodynamique.
À chaque hélicoptère correspond des pales de rotor dont les dimensions doivent être strictement respectées. Dans le cas contraire, elles risquent d'aller heurter les pales du rotor anticouple, avec les dégâts que l'on peut facilement imaginer.

Structure d'une pale
A de rares exceptions près, une pale de rotor ne présente pas de structure homogène. Les pales sont construites en bois, ou en fibre de verre ou de carbone. Le fait qu'une pale soit en bois ne signifie pas qu'elle est de mauvaise qualité. II existe d'excellentes pales en bois, même si la grande majorité des hélices haut de gamme sont en matériaux composites.
Pour des raisons aérodynamiques complexes, il vaut mieux que le poids d'une pale se concentre relativement près de son bord d'attaque. Raison pour laquelle le bord d'attaque des pales en bois est généralement en bois dur (hêtre ou équivalent), alors que le bord de fuite est en balsa, beaucoup plus léger. Sur les pales en fibre (verre ou carbone), le noyau de la pale est souvent fait d'un foam spécial, beaucoup plus rigide que le foam habituel. 

La fibre, quant à elle, entoure l'ensemble sous la forme d'une fine couche (moins d'1 millimètre d'épaisseur). Sur ces pales, le poids est généralement constitué d'une barrette de plomb qui est intégrée dans le bord d'attaque et qui positionne le centre de gravité très en avant.
Le poids des pales de rotor joue un rôle capital dans le comportement du modèle, surtout en matière de stabilité. La règle est que plus la pale est lourde, plus l'hélicoptère est stable. Les pales en fibre peuvent être facilement lestées en cours de montage, comme nous l'avons vu. En ce qui concerne les pales en bois, le poids est généralement intégré dans des logements fraisés, près du bord d'attaque, sous forme de barrettes de plomb. Cette intervention incombe généralement au modéliste. 

Compte tenu du fait que les pales tournent à près de 1800 tpm, la force centrifuge est énorme; le plomb doit donc être solidement fixé. Les seules colles adaptées sont l'époxy lent et le cyanoacrylate.
Ce dernier étant plus difficile à appliquer, le débutant utilisera, de préférence, de l'époxy lent. Le plomb doit absolument être placé à l'endroit prévu, et comme le recommande le fabricant! Imaginez les dégâts causés par une barrette de plomb qui se détacherait ...à près de 300 km/h!

1) Hélice haut de gamme en plastique. Seuls les moteurs de petite cylindrée autorisent l'emploi d'hélices de moindre qualité.

2) Éventails de pales de rotor. Celle du haut est en bois: on aperçoit les différentes couches qui la constituent.

Choix des pales
Contrairement aux hélices, le diamètre des pales ne peut être modifié pour un modèle donné (le pas, quant à lui, est évidemment variable). Le choix se portera cette fois sur le profil de la pale et le matériau utilisé. En principe, et tant que vous ne maîtriserez pas les techniques de vol, mieux vaut utiliser des pales en bois de qualité. Sur les petits modèles, elles sont généralement symétriques. 

Le sens de rotation des rotors peut être à droite ou à gauche (Vario, certains modèles de Robbe,...). 

Si vous utilisez des pales asymétriques, vérifiez qu'elles soient adaptées audit sens de rotation du rotor, faute de quoi le profil sera orienté à l'envers et le rendement obtenu sera franchement mauvais.
Les pales à profil symétrique conviennent quasiment dans tous les cas, y compris le vol acrobatique. Les pales à profil asymétrique sont plus performantes en autorotation et se traduisent parfois par des vitesses de vol plus élevées. En ce qui concerne les matériaux utilisés, les pales en fibre de verre sont un peu plus souples, avec pour conséquence des réponses aux commandes plus lentes. Les pales en carbone ou en bois sont plus rigides, ce qui donne des commandes plus directes.

Entretien des pales
Une pale de rotor de bonne qualité peut servir de nombreuses années. Les pales en fibre sont, en règle générale, parfaitement équilibrées d'origine. L'équilibrage des pales en bois doit être contrôlé; cette opération peut être réalisée par le modéliste lui-même. Nous reviendrons en détail sur ce point dans un prochain article. L'entretien se limite à un nettoyage périodique des pales, lesquelles sont souvent couvertes de restes de feuilles ou d'insectes après utilisation.
Des pales de rotor en mauvais état représentent un danger réel, car en cas de crash, elles sont les premières à accuser le coup: elles éclatent alors en plusieurs morceaux, et la réparation n'est pas envisageable. Parfois, la pale semble être en parfait état, si ce n'est la présence d'une petite fente. La règle absolue consiste alors à LA JETER À LA POUBELLE APRÈS L'AVOIR CASSÉE. Une fente ne peut pas être réparée, aussi minime soit-elle. Elle peut traduire une faiblesse structurelle et risquerait de se briser en vol, avec le danger que cela implique!