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).
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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!!