Lecture - 10 Propeller Geometry Part - I

La présentation débute par une introduction aux propulseurs à vis et à leur géométrie. Un navire est équipé d'un moteur relié à un arbre de propulsion, qui transfère le couple fourni par le moteur au propulseur. Ce dernier, en tournant dans un milieu hydrodynamique (l'eau), génère une force axiale appelée poussée, permettant au navire de se mouvoir en surmontant la résistance à son déplacement.

Le couple, noté Q, en newton-mètre, fait tourner la pale du propulseur à une certaine vitesse comme indiqué par 'rpm' (révolutions par minute). La poussée générée est mesurée en newtons, et la vitesse d'avance du propulseur, VA, dépend de son environnement marin. En eau libre, VA égale la vitesse de l'eau, tandis qu'à l'arrière d'un navire, elle peut être inférieure à la vitesse du navire (VS).

On présente un modèle de propulseur à trois pales, détaillant ses composants : le boss (partie centrale), les pales, le bord d'attaque (leading edge), le bord de fuite (trailing edge), et les extrémités (tip et root). Le sens de rotation du propulseur est défini (sens horaire, propulseur à main droite) et d'autres configurations, comme le propulseur à deux vis, sont discutées.

Les éléments caractéristiques d'un propulseur sont définis : visage, dos, bords, racine et pointe. On aborde les sections et la forme des pales ainsi que leur inclinaison (rake), avec l'idée que la variation d'inclinaison aide à réduire les vibrations causées par les forces pulsantes sur la coque du navire.

Le concept de la torsion (skew) est introduit, la torsion d'un propulseur correspondant à une inclinaison par rapport à l'axe. Différents types de torsion sont expliqués, de la non-torsion à la torsion prononcée, avec des implications dans la réaction du propulseur face à différents champs de vitesse.

La géométrie des propulseurs est décrite comme tridimensionnelle, formant une surface hélicoïdale. Chaque pale de propulseur agit comme une vis à l'intérieur d'un milieu fluide. La procédure de définition des positions à l'aide des coordonnées cylindriques (R, θ, z) est abordée, illustrant comment chaque point sur la surface du propulseur peut être représenté.

L'importance de définir la pression (pitch) et la distance parcourue par rotation est soulignée. Le calcul de l'angle de la vis est obtenu à partir du rapport entre la distance de la vis (P) et le périmètre (2πR), illustré mathématiquement. Cela souligne la relation entre les dimensions physiques et la performance du propulseur. Les bases du calcul des sections d'un propulseur sont données.

Trois types d'outlines de propulseur sont identifiés : expanded, developed, et projected, avec des définitions spécifiques pour chaque type de surface. Ces surfaces sont critiques pour comprendre les performances et la conception des propulseurs. Chaque zone est définie, et les ratios de surface sont calculés pour une approche d'analyse dimensionnelle.

Un aperçu des types de sections de pales est fourni, y compris les sections aérodynamiques, segmentales et lenticulaires. Chacune possède des caractéristiques géométriques spécifiques. La section aérodynamique est traditionnelle dans la plupart des hélices modernes, tandis que des variations peuvent être utilisées en fonction des besoins opérationnels des navires.