Boitier "Constant speed" ? Quid ?

[MYR]

Quelqu'un peut-il expliquer au novice que je suis ce qu'est un boitier "constant speed" ? (pour les hélices à pas vaviables).

Vu ici :
http://www.duc-helices.com/catalogue.htm

Quel est son intérêt ? Est-ce très utile ?

[Bob]

Comme la traduction le dit, le principe de l'hélice CS est de conserver le même régime (dans les limites du plein petit pas et du plein grand pas) que l'on soit en descente, en palier ou en montée et quelle que soit la Vp.

Pour cela, le régulateur fait "tourner" les pales sur leur moyeu en temps réel en intégrant la puissance délivrée par le moteur et la Vp.

Donc pratiquement, la commande de pas au tableau de bord te permet d'afficher le régime.

Le boitier Duc semble être une sorte d'intégrateur électrique, alors que les avions en ont un hydraulique.

[asaubesty]

Bon alors moi aussi, comme on me pose souvent la question "comment ça marche", je suis à la recherche d'une belle explication graphique. Il y en a une sur http://www.hariguchi.org/flying/info/prop.html , quelqu'un aurait mieux ?

Sinon J'essaie un résumé, pour pouvoir répondre en simplifiant à l'extrème, genre en 30 secondes, sur le sujet du fonctionnement mécanique (et comme je suis informaticien, c'est pas facile ; les schémas sont pris sur le lien plus haut):

- une hélice à calage variable est composée de 2 éléments, l'hélice et le régulateur (plus un troisième qui indique au régulateur la vitesse de rotation souhaitée : manette bleue, voir ci-dessous)

- l'hélice inclut un piston et un ressort de rappel, en substance on affiche un calage des pales en lui procurant une pression d'huile : le piston agit sur toutes les pales simultanément, et revient en position grâce au ressort. (Pitch = calage ; spring = ressort ; crankshaft = vilebrequin ; engine=moteur ; propeller= hélice ; propeller dome = cone d'hélice ; oil=huile)



- le régulateur contrôle la vitesse de rotation en modifiant le calage de l'hélice. Pour cela il comporte une pompe à huile, et  une pièce en rotation, avec des poids aux extrémités : sa vitesse de rotation produit une force perpendiculaire à la rotation, et fait varier la position verticale du disque des poids en rotation. 'Comme sur un régulateur de machine à vapeur : au plus ça tourne vite, au plus les poids "montent", voir photo ci-dessous et contribution plus bas sur le régulateur de Watt [EDIT]).



La variation de position de ces poids comprime ou tire un ressort qui contrôle des valves  :

                * si le ressort est à la compression prévue pour une vitesse de rotation donnée (donc pour une pression d'huile fournie à l'hélice), la position des valves branchées sur le ressort fait que la pompe à huile renvoie l'huile moteur dans le carter : rien ne change, il n'y a pas d'huile envoyée à l'hélice ou en provenant. (schéma : onspeed=vitesse prévue ; flyweight=poids en rotation entrainant une force et un déplacement perpendiculaire au plan de rotation, suivant leur vitesse ; speeder spring=ressort dont la compression correspond à une vitesse de rotation ; To propeller = vers le piston contrôlant le calage des pales d'hélice ; To sump = vers le carter d'huile moteur)



                * si le ressort est comprimé, c'est que l'hélice tourne trop vite par rapport à la tension du ressort. Les valves sont alors en position "envoyer de l'huile à l'hélice" : cela va augmenter son pas, comme passer à la vitesse supérieure en voiture (les tours/minute chutent), et la vitesse de rotation va chuter jusqu'à retourner à la position où les valves sont à la positon d'équilibre, on revient à la première "*" : pas d'huile sortant ou entrant du piston contrôlant le calage de l'hélice (overspeed=au-dessus de la vitesse prévue).



                * si le ressort est étiré, c'est que la vitesse de rotation est trop faible, le ressort repousse les poids en rotation. Les valves sont alors en position "piquer de l'huile à l'hélice" : l'huile de l'hélice ET l'huile de la pompe du régulateur sont renvoyées dans le carter, diminuant la pression d'huile dans le piston de l'hélice, c'est comme rétrograder en voiture : la vitesse de rotation augmente, jusqu'à ce que les poids en rotation compriment le ressort suffisemment. Alors on revient à la position des valves de la première "*", il n'y plus d'huile venant de l'hélice ou y allant, la vitesse de rotation souhaitée est affichée (underspeed=en-dessous de la vitesse prévue).



BILAN : la force du ressort correspond à une vitesse de rotation. En dessous ou au dessus de cette vitesse, le régulateur prend ou envoie de l'huile au piston de l'hélice, ce qui diminue son pas ou l'augmente. La vitesse de rotation de l'hélice est donc REGULEE par l'équilibre résultant de l'opposition entre deux forces : celle du ressort "speeder spring" sur les schémas, et celle résultant de la rotation des masselotes (des poids). Suivant qui pousse plus fort, le ressort ou la force dérivant de la vitesse de rotation, on envoie on en prend de l'huile à l'hélice, conduisant à la position d'équilibre.

CONTROLE : "une position d'équilibre entre le ressort et les masses en mouvement = une vitesse de rotation". Il suffit de comprimer ce ressort pour changer l'équilibre, pour le déplacer vers une autre valeur : la manette bleue va plus ou moins comprimer le ressort, forçant un nouvel équilibre, donc une nouvelle vitesse de rotation.

EN VOL : On affiche une vitesse de rotation avec la manette bleue (sauf FADEC : on affiche une puissance et un ordinateur gère gaz, richesse et régime, comme sur... Thielert).
En croisière, si on pique, la vitesse augmente, mais la régulation assure la même vitesse de rotation, là où un calage fixe monterait dans les tours. Si on monte à gaz constant, la vitesse diminue, en calage fixe la vitesse de rotation diminuerait, mais le régulateur fait son oeuvre.
En voltige, quand on prend de la vitesse en calage fixe, il faut diminuer les gaz rapidement, sinon on passe en survitesse.

[EDIT] Chaque phase du vol est caractérisée (entre autres!) par une puissance, qui est affichée, en calage fixe, par un régime moteur, contrôlé par les gaz. Mais en calage variable, c'est un couple RPM/PA qu'il faut afficher pour une puissance donnée : pour chaque altitude/pression, on va chercher un régime moteur et une Pression d'Admission (pression du mélange, contrôlée par la manette des gaz). La problématique, en calage variable, est la transition d'un état à un autre, car il faut éviter le sur-couple :

          * Si on augmente la puissance (exemple : si on passe de palier à montée), on va d'abord augmenter le régime moteur avec la manette bleue (donc générer un pas plus petit, sachant qu'on n'agit que sur la vitesse de rotation, c'est le régulateur qui adapte pour nous la vitesse de rotation à la vitesse de vol ; pensez aux pilotes des premiers Spits qui contrôlaient un calage en direct, et non une vitesse de rotation!) et ensuite on va augmenter la PA avec la manette noire (gaz).

         * si on diminue la puissance (exemple : si on passe de palier à descente, ou si on arrive en vent arrière), on va d'abord diminuer la PA (manette noire), et ensuite la vitesse de rotation (manette bleue).

         * En fin de vent arrière ou en finale, on va passer en "PPP", soit "plein petit pas", comme ça le moteur est prêt à délivrer la puissance max pour une éventuelle remise de gaz (de plus ça freine mieux). Mais en fait le "plein petit pas" (manette bleue en avant), ce n'est pas forcément le plus petit pas possible, c'est en réalité la vitesse de rotation maximale, et c'est ce bon vieux Watt qui régule, ni vu ni connu.  

        * Quid du sur-couple ? En voiture, si on veut démarrer en 2nd, on sent que ça ratatouille, le moteur "souffre", on est en sur-couple. En avion c'est pareil : si on veut la pleine puissance (PA au max, soit à la pression locale), on ne peut pas l'obtenir à bas régime. Si on met plein gaz à une vitesse de rotation faible, on n'obtiendra pas l'effet souhaité (comme la voiture : démarrage en 2nd, pas d'accélération, problématique sur une piste courte!) et de plus, les efforts sur le moteur seront énormes, et sa durée de vie diminuée. D'où la nécessité de procéder aux changements de puissance dans l'ordre mentionné, et de passer sa qualif "B" (je parle comme à la vieille époque! Nous sommes Européens et pour le calage variable, c'est désormais "VP" ou "Variable Pitch").

Note : Il existe aussi des hélices à calage variable électriques : plus de régulateur, plus d'huile. Cela semble bien marcher en croisière, mais impossible en voltige : les variations demandées sont bien trop rapides, vu les variations de vitesse, pour une hélice électrique qui modifie l'angle de calage à 5°/seconde maximum.

Note 2 [EDIT] : En cas de panne (comme une fuite), le système tend vers le petit pas, celui qu'on affiche pour le décollage, et surtout à l'atterro, pour être prêt à remettre les gaz. C'est pas bien pensé ça ?

Tous commentaires bienvenus, cela fait plusieurs fois qu'on évoque le sujet, on pourrait faire une explication compréhensible, je suis preneur de schémas, et si les modos veulent bien, un sujet bloqué "calage variable" pourrait répondre enfin à cette question récurrente!!

[Bob]

Tous commentaires bienvenus, cela fait plusieurs fois qu'on évoque le sujet, on pourrait faire une explication compréhensible, je suis preneur de schémas, et si les modos veulent bien, un sujet bloqué "calage variable" pourrait répondre enfin à cette question récurrente!!

Tu ne trouves pas que tu exagères en demandant des explications supplémentaires ???

J'ai rarement lu une explication si bien documentée !

J'avais voulu faire court, mais même en connaissant le principe un peu dans le détail, j'ai appris des choses dans ton explication. Chapeau.

[pfiquet]

Sans vouloir jouer les trouble-fête, l'origine de ce système est bel et bien là :

http://visite.artsetmetiers.free.fr/watt.html

Pas grand chose de nouveau sous le ciel bleu !

[asaubesty]

Oui, la régulation mentionnée dans mon texte, qui date du 18eme.

[dob]

Merci Alain, j'ai tout compris ! et en plus je pourrai utiliser ton explication pour expliquer si besoin

[asaubesty]

Merci Bob, voilà des encouragements qui font plaisir!! (Je te réponds en décalé, désolé).

Si, comme "Pfiquet" le soulignait, j'ai utilisé le "bon vieux" régulateur de Watt pour illustrer le fonctionnement de cette pièce essentielle qui converti une vitesse de rotation en pression, c'est que mon frère est un passionné de vapeur ;  s'il travaillait autrefois sur l'électronique de programmes aéronautiques mineurs comme le tigre ou le rafale, il a surtout une passion incensée, puisqu'il est vaporiste, et son dernier méfait est en ligne : http://pagesperso-orange.fr/eric.saubesty/

Et quand j'étais gamin, il me trainait aux rassemblements de vaporistes, alors des régulateurs de Watt j'en ai vus! Il m'était familier avant "U=RI" (pourtant je suis ingénieur en électronique de formation, cherchez l'erreur!)

Moi qui n'entends absolument rien en mécanique, je continue à m'émerveiller devant la ré-utilisation d'un si vieux concept : Watt (un nom qui a marqué les... factures entre autres!) contribue toujours à l'aviation!

Bon plus concrètement, quand les critiques auront corrigé les nombreuses erreurs (mais ce n'est que de la vulgarisation, pas taper sur la tête!), on essaie de se le garder en lien fixe, si les modos veulent bien ? Ensuite on tente d'autres sujets récurrents, comme le décrochage, la vrille etc ?
Bon mais c'est les modos qui décident, moi je suggère, c'est tout, ils font déjà tellement de boulot, je voudrais pas leur en rajouter trop! Juste dans les "FAQ", celui-là, on me l'a servi si souvent... Enfin le fonctonnement standard "forum" c'est peut-être mieux, je ne puis juger, à vous de dire!

[asaubesty]

Quelques modifs et ajouts dans le texte plus haut, entre autres sur ce qui se passe en vol, suite à des demandes par mail.

[ALeroy]

Moi qui n'entends absolument rien en mécanique, je continue à m'émerveiller devant la ré-utilisation d'un si vieux concept : Watt (un nom qui a marqué les... factures entre autres!) contribue toujours à l'aviation!

Bon plus concrètement, quand les critiques auront corrigé les nombreuses erreurs (mais ce n'est que de la vulgarisation, pas taper sur la tête!), on essaie de se le garder en lien fixe, si les modos veulent bien ? Ensuite on tente d'autres sujets récurrents, comme le décrochage, la vrille etc ?
Bon mais c'est les modos qui décident, moi je suggère, c'est tout, ils font déjà tellement de boulot, je voudrais pas leur en rajouter trop! Juste dans les "FAQ", celui-là, on me l'a servi si souvent... Enfin le fonctonnement standard "forum" c'est peut-être mieux, je ne puis juger, à vous de dire!

moi même novice aussi, j'aimerais avoir des explications techniques sur la necessité de fuel flow et/ou EGT avec une constant-speed par rapport à son utilisation plus facultative en cas d'hélice à  pas fixe.Merci d'avance.

[Bob]

moi même novice aussi, j'aimerais avoir des explications techniques sur la necessité de fuel flow et/ou EGT avec une constant-speed par rapport à son utilisation plus facultative en cas d'hélice à  pas fixe.Merci d'avance.

Le FF ou l'EGT permettent d'avoir un réglage optimal de la combustion compte tenu de l'optimisation de la conso.

Je ne vois pas le lien avec l'hélice PF ou CS...

[asaubesty]

C'est dans le manuel du pilote privé, mais en gros:

- En calage fixe, on peut règler la mixture au régime moteur (on appauvrit en cherchant un pic de régime, puis on enrichit suivant les indications du manuel de vol, et il est bien règlé pour ce régime, cette altitude, en palier). [edit] on peut aussi le faire à l'EGT évidemment, mais si on n'a pas d'EGT on peut se servir du régime.

- En calage variable, c'est à dire en "constant speed", on fixe la vitesse de rotation, et un régulateur la conserve. Alors pour bien régler la richesse, il faut d'autres moyens que le régime moteur. Typiquement on se sert de l'EGT pour voir le pic de température, puis on enrichit. Mais ça prend du temps (inertie thermique), alors que le fuel flow est plus rapide, donc pour un trajet très court certains font un raccourcis en se servant du fuel flow, connaissant la valeur attendue au bon réglage, à cette altitude-pression et à ce régime, et en enrichissant davantage pour compenser l'erreur possible. Enfin c'est surtout un moyen de vérifier qu'il suce comme prévu, ça peut servir pour l'autonomie!

[Bob]

C'est dans le manuel du pilote privé, mais en gros:

- En calage fixe, on peut règler la mixture au régime moteur (on appauvrit en cherchant un pic de régime, puis on enrichit suivant les indications du manuel de vol, et il est bien règlé pour ce régime, cette altitude, en palier).  [edit] on peut aussi le faire à l'EGT évidemment, mais si on n'a pas d'EGT on peut se servir du régime.

- En calage variable, c'est à dire en "constant speed", on fixe la vitesse de rotation, et un régulateur la conserve. Alors pour bien régler la richesse, il faut d'autres moyens que le régime moteur. Typiquement on se sert de l'EGT pour voir le pic de température, puis on enrichit. Mais ça prend du temps (inertie thermique), alors que le fuel flow est plus rapide, donc pour un trajet très court certains font un raccourcis en se servant du fuel flow, connaissant la valeur attendue au bon réglage, à cette altitude-pression et à ce régime, et en enrichissant davantage pour compenser l'erreur possible. Enfin c'est surtout un moyen de vérifier qu'il suce comme prévu, ça peut servir pour l'autonomie!

J'avais oublié ce détail...

Tu as raison : on n'a que l'EGT ou le FF avec une hélice CS !

[ALeroy]

C'est dans le manuel du pilote privé, mais en gros:

- En calage fixe, on peut règler la mixture au régime moteur (on appauvrit en cherchant un pic de régime, puis on enrichit suivant les indications du manuel de vol, et il est bien règlé pour ce régime, cette altitude, en palier).  [edit] on peut aussi le faire à l'EGT évidemment, mais si on n'a pas d'EGT on peut se servir du régime.

- En calage variable, c'est à dire en "constant speed", on fixe la vitesse de rotation, et un régulateur la conserve. Alors pour bien régler la richesse, il faut d'autres moyens que le régime moteur. Typiquement on se sert de l'EGT pour voir le pic de température, puis on enrichit. Mais ça prend du temps (inertie thermique), alors que le fuel flow est plus rapide, donc pour un trajet très court certains font un raccourcis en se servant du fuel flow, connaissant la valeur attendue au bon réglage, à cette altitude-pression et à ce régime, et en enrichissant davantage pour compenser l'erreur possible. Enfin c'est surtout un moyen de vérifier qu'il suce comme prévu, ça peut servir pour l'autonomie!

merci de ces explications . bon, du coup je me suis replongé dans le manuel du ppl ! et là je ne vois plus que mes  lacunes ! il est vraiment necessaire de revoir régulièrement toute la theorie, mécanique ,instruments,etc..

[asaubesty]

Moi c'est en réglementation que j'oublie tout, les espacements suivant les classes d'espace par exemple!

C'est fou comme la mémoire n'est pas fiable! (D'autant que la réglementation a changé depuis le théorique ppl, où j'avais fait seulement 3 fautes!)
Comme quoi les check-lists, les briefings décollage etc, c'est utile.

Et puis quand on n'a pas passé la qualif constant speed, c'est normal de pas saisir les différences d'utilisation avec le calage fixe, et c'est très sain de se poser des questions, et encore plus sain de les poser sur ce forum! Et je n'hésite pas à répondre sur un truc mécanique (où je suis nul) parce qu'au moins ici, si je dis une conne*ie, il y aura plein de clédedouze pour corriger le tir!