Hélice contrarotative

Hélices contrarotatives sur un Spitfire Mk. XIX

Une hélice contrarotative ou hélice à contra-rotation désigne un cas particulier d'hélice utilisée sur certains avions, navires et torpilles[1]. Elle comprend deux hélices placées l'une derrière l'autre dans l'axe, et tournant en sens contraire.

Aéronautique

Principe

Animation du fonctionnement de deux hélices contrarotatives.

Les hélices contrarotatives se trouvent par couples ou par doublets. Ce sont deux hélices coaxiales, entraînées par le même moteur, ou par deux moteurs différents (Bristol « Brabazon »), et dont l'une tourne à droite et l'autre à gauche.

Elles sont destinées à transmettre de grandes puissances moteur sans que les extrémités de pales n'atteignent la vitesse du son[2] (dans le cas des avions), ce qui dégraderait considérablement le rendement des pales.

Avantage et inconvénients

  • Possibilité de passer une plus grande puissance avec le même diamètre d'hélice.
  • Suppression du couple de renversement de l'avion autour de son axe de roulis. Ce couple pose problème, spécialement au décollage, pour des monomoteurs à hélice très puissants.
  • Amélioration du rendement propulsif, le flux hélicoïdal de la première hélice étant redressé par la seconde.
  • L'inconvénient majeur des hélices contrarotatives est la complexité de la transmission : réducteurs, arbres, boîtes de transmission ; le coût, le poids et la fragilité de l'ensemble.

Cette formule fut le chant du cygne de la propulsion par moteur à pistons mais des avions à turbopropulseurs, tels le Tupolev Tu-95 « Bear » les utilisent encore pour leur excellent rendement.

Avions à hélices contrarotatives


Italie

Le très sophistiqué hydravion de course AerMacchi MC72 propulsé par un moteur Fiat 24 cylindres (en fait deux V12 couplés en tandem), dû à l'ingénieur Tranquillo Zerbi , qui battit le record mondial de vitesse avec Francesco Agello aux commandes à la fin des années 1930 était ainsi équipé pour éliminer le couple parasite de rotation, potentiellement très dangereux sur ce type d'appareil.

Royaume-Uni 
Ukraine 
Union soviétique 
Russie 
France 
IIIe Reich 

Autre système

Sur le quadrimoteur Airbus A400M Atlas, le sens de rotation des hélices des deux moteurs de chaque demi-aile est inversé. Ce concept est appelé DBE (pour « Down Between Engines »).

Domaine maritime

Applications

Une torpille du sous-marin nucléaire Le Redoutable et ses hélices à contra-rotation

Les hélices contrarotatives (en anglais CRP pour « Contra-Rotating Propeller ») sont principalement utilisées sur les torpilles, bien que quelques essais aient été effectués sur des navires en taille réelle. Le principe est d'utiliser deux hélices montées sur deux arbres coaxiaux ; l'hélice avant se trouve sur l'arbre extérieur et l'hélice arrière sur l'arbre intérieur. En général, les deux hélices n'auront ni le même diamètre ni la même vitesse de rotation[pourquoi ?]. Elles sont quelquefois montées sur des moteurs hors-bord puissants pour vedettes rapides (plaisance).

Le principal promoteur de cette formule (depuis 1982)sur les bateaux de plaisance de plaisance est la firme Volvo Penta (Appellation commerciale dénommée Duo-Prop -pour Propeller , Hélice-) , qui met en exergue les avantages de la formule : Possibilité de passer plus de puissance à travers une transmission type "Z drive" et meilleure stabilité directionnelle par élimination des couples parasites[3].

Toutefois Vovo-Penta n'est pas l'inventeur de cette application [4], les bateaux d'assaut explosifs Italiens MTM de la Seconde Guerre Mondiale étaient déjà équipés de ce genre de transmission car pour donner quelques (minces) chances de survie au pilote, celui ci s'éjectait à une certaine distance de la cible et son embarcation devait continuer en ligne droite vers le navire attaqué.

Les avantages des hélices contrarotatives incluent la possibilité de récupérer une partie de l'énergie de rotation perdue par l'hélice avant, d'où une meilleure efficacité globale ; la possibilité d'utiliser une plus faible vitesse de rotation pour le même diamètre qu'avec une hélice classique (ou la même vitesse de rotation pour un plus faible diamètre) ; une plus faible charge par pale, ce qui permet de réduire la cavitation et le bruit associé. Ceci explique l'application très courante sur les torpilles, qui ont besoin de vitesse élevée. De plus, ces hélices permettent de compenser en partie le moment de roulis qui serait induit par une seule hélice, très fort sur une torpille.

Sur un navire de commerce en revanche, les complications mécaniques et les coûts d'entretien sont trop élevés pour pouvoir adopter ce système. Certains navires de construction offshore utilisent néanmoins cette technologie.

Notes et références

  1. helice contrarotative, sur heliciel.com, consulté le 18 juillet 2016.
  2. La vitesse du son en bout de pale peut être atteinte ou dépassé du fait d'un grand diamètre ou d'une grande vitesse de rotation.
  3. « Duoprop pour Sterndrive | Volvo Penta », sur www.volvopenta.fr (consulté le 23 août 2019)
  4. « MTM Barchino (Venise ) :Maquetland.com:: Le monde de la maquette », sur www.maquetland.com (consulté le 23 août 2019)

Annexes

Source

  • Kenneth Rawson et Eric Tupper, Basic Ship Theory [détail des éditions]

Articles connexes