Types d'hélices

Updated at: 2025-12-01 10:41
propulsion
Les types d'hélices d'aéronefs diffèrent par la manière dont l'angle des pales est réglé et contrôlé, ce qui affecte directement la poussée, l'efficacité du moteur et la charge de travail du pilote. Comprendre les principaux modèles d'hélices utilisés dans l'aviation générale aide les pilotes en formation à faire fonctionner correctement les moteurs et à éviter les problèmes courants de performance et de sécurité.<\/b>

1. Définition des types d'hélices

En aviation, une hélice est une aile tournante qui convertit la puissance du moteur en poussée en accélérant une masse d'air vers l'arrière. « Types d'hélices » fait référence aux différents designs et systèmes de contrôle utilisés pour régler l'angle des pales de l'hélice (pas) et, dans certains cas, le nombre de pales et les matériaux de construction.
Pour les pilotes débutants, la distinction la plus importante est la gestion du pas de l'hélice :
  • Hélice à pas fixe : l'angle des pales ne peut pas être modifié en vol.
  • Hélice réglable au sol : l'angle des pales ne peut être ajusté qu'au sol.
  • Hélice à pas variable : l'angle des pales peut être modifié en vol.
  • Hélice à vitesse constante : un type d'hélice à pas variable qui maintient automatiquement une vitesse de rotation sélectionnée (tours par minute, RPM).

2. Objectif des différents types d'hélices

Le principal objectif de l'utilisation de différents types d'hélices est d'adapter les performances du moteur et de l'hélice aux besoins opérationnels de l'aéronef. Différentes missions (entraînement, vol en brousse, croisière à grande vitesse, voltige) bénéficient de compromis différents entre simplicité, performance en montée, vitesse de croisière, efficacité énergétique et coût.
Le pas de l'hélice affecte la quantité d'air déplacée par chaque section de pale à chaque révolution. Un pas fin (faible angle de pale) permet au moteur d'atteindre rapidement un régime élevé, améliorant le décollage et la montée mais limitant la vitesse de croisière et l'efficacité. Un pas gros (grand angle de pale) réduit le régime pour une vitesse donnée, ce qui peut améliorer les performances en croisière et la consommation de carburant, mais peut allonger la distance de décollage et réduire le taux de montée.
Différents types d'hélices permettent au pilote ou à un système de régulation de choisir ou de gérer automatiquement ce compromis :
  • Pas fixe : simple, peu coûteux, pas de contrôle du pas par le pilote ; les performances sont optimisées soit pour la montée, soit pour la croisière, mais pas les deux.
  • Réglable au sol : permet au personnel de maintenance d'optimiser le pas pour un profil de mission typique sans réglage en vol.
  • Pas variable (contrôlé par le pilote) : le pilote peut sélectionner l'angle des pales en vol pour différentes phases (décollage, montée, croisière, descente).
  • Vitesse constante : maintient automatiquement le régime sélectionné en ajustant l'angle des pales, offrant des performances quasi optimales sur une large plage de vitesses et de réglages de puissance.

3. Utilisation des types d'hélices en aviation

3.1 Hélices à pas fixe

Une hélice à pas fixe a des pales réglées à un angle unique non ajustable. L'hélice est généralement fabriquée en bois ou en métal, et le pas est choisi par le fabricant pour correspondre à l'utilisation typique de l'aéronef. Les pilotes débutants s'entraînent souvent sur des avions à hélice à pas fixe en raison de leur simplicité et de leur faible coût d'exploitation.
Deux grandes catégories d'hélices à pas fixe sont souvent mentionnées :
  • Hélice de montée : pas relativement fin, offrant un régime statique plus élevé et de meilleures performances au décollage et en montée au détriment de la vitesse de croisière.
  • Hélice de croisière : pas relativement grossier, offrant un régime de croisière plus bas et une vitesse de croisière plus élevée, mais une course au décollage plus longue et une montée réduite.
Dans une installation à pas fixe, le pilote ne contrôle que la manette des gaz, qui modifie simultanément la puissance du moteur et le régime (RPM). Il n’y a pas de levier de commande de l’hélice. Le régime moteur est une indication directe de la puissance (sous réserve de la vitesse de l’air et de l’altitude de densité), donc les réglages de puissance sont généralement décrits uniquement en termes de RPM, par exemple « 2400 RPM en croisière ».

3.2 Hélices réglables au sol

Une hélice à pas réglable au sol permet au personnel de maintenance de modifier le pas des pales au sol, mais pas en vol. Le réglage se fait généralement en desserrant les colliers de pales, en faisant pivoter les pales à un angle mesuré, puis en resserrant selon les instructions du fabricant.
Ce type est courant dans les avions légers de sport et certains avions expérimentaux. Il offre une flexibilité pour optimiser les performances en fonction des conditions locales ou des profils de mission, sans la complexité et le coût d'un système réglable en vol ou à vitesse constante. Pour le pilote, l'utilisation quotidienne est similaire à celle d'une hélice à pas fixe : il n'y a en vol qu'une commande des gaz.

3.3 Hélices à pas variable et à vitesse constante

Une hélice à pas variable permet de modifier l'angle des pales en vol. Dans la plupart des avions certifiés de l'aviation générale, cela est mis en œuvre sous la forme d'une hélice à vitesse constante. Le système à vitesse constante utilise un régulateur d'hélice, un dispositif hydraulique qui ajuste automatiquement l'angle des pales pour maintenir un régime sélectionné par le pilote à l'aide du levier de commande de l'hélice.
Le pilote dispose de deux commandes moteur distinctes :
  • Manette des gaz (contrôle de la pression du collecteur) : règle la puissance du moteur (mesurée en pression du collecteur en pouces de mercure sur les moteurs à pistons avec hélices à vitesse constante).
  • Commande d’hélice : règle le régime moteur souhaité ; le régulateur ajuste le pas des pales pour maintenir ce régime en fonction des conditions de vol.
Les utilisations typiques incluent :
  • Décollage et montée : hélice réglée à un régime élevé (pas fin) pour une puissance maximale et une meilleure accélération.
  • Croisière : hélice réglée à un régime plus bas (pas plus gros) pour l'efficacité, la réduction du bruit et une usure moindre du moteur tout en maintenant la puissance requise avec la manette des gaz.
  • Descente : le régime de l'hélice peut être ajusté pour gérer le refroidissement du moteur et la traînée.

3.4 Hélices à pas variable en drapeau et à pas inverse

Certains avions multimoteurs et turbopropulseurs utilisent des hélices à pas variable (feathering). Le feathering consiste à orienter les pales de manière à ce qu'elles soient presque alignées avec le flux d'air, minimisant ainsi la traînée en cas de panne moteur. Cela aide à maintenir le contrôle et les performances après l'arrêt d'un moteur.
Les turbopropulseurs et certains avions à piston spécialisés peuvent également utiliser des réglages de pas inversé ou de plage bêta. En marche arrière, l'angle des pales est réglé de manière à ce que la poussée soit dirigée vers l'avant, ce qui aide à raccourcir la distance de roulage à l'atterrissage et à améliorer la manœuvrabilité au sol. Ces fonctions ne se trouvent normalement pas sur les avions d'entraînement de base, mais sont importantes dans les opérations commerciales et avancées.

4. Considérations opérationnelles pour les pilotes étudiants

4.1 Gestion de la puissance avec des hélices à pas fixe

Avec une hélice à pas fixe, le pilote contrôle la puissance en utilisant la position de la manette des gaz et surveille le régime moteur (RPM). Comme l'angle des pales est fixe, le régime réagit à la fois à la manette des gaz et à la vitesse de l'air. Par exemple, à une position donnée de la manette, le régime augmente en descente et diminue en montée en raison de la charge variable sur l'hélice.
Les pratiques opérationnelles typiques comprennent :
  1. Utiliser la pleine puissance pour le décollage, sauf si les calculs de performance ou les procédures de réduction du bruit spécifient autrement.
  2. Surveiller le régime moteur (RPM) pendant la course au décollage pour confirmer qu'il atteint la valeur attendue selon le manuel de vol de l'aéronef (AFM) ou le manuel d'exploitation du pilote (POH).
  3. Réduire la puissance à la puissance de montée recommandée une fois qu'une altitude sûre est atteinte, si spécifié.
  4. Régler la puissance de croisière en utilisant une combinaison de RPM et de mélange selon les tableaux de performance.
  5. Éviter une utilisation prolongée dans les plages de RPM marquées comme restreintes sur le compte-tours.

4.2 Gestion de la puissance avec hélices à vitesse constante

Avec une hélice à vitesse constante, la gestion de la puissance implique à la fois la pression du collecteur et le régime moteur (RPM). La manette des gaz modifie principalement la pression du collecteur (couple moteur), et la commande de l’hélice règle le régime désiré. Le régulateur ajuste automatiquement le pas des pales afin que le régime reste constant lorsque les conditions de vol changent.
Une règle courante enseignée aux pilotes débutants est que, lors de l'augmentation de la puissance, il faut d'abord augmenter le régime moteur (RPM) puis la pression du collecteur ; lors de la réduction de la puissance, il faut d'abord réduire la pression du collecteur puis le régime. Cela aide à éviter des combinaisons qui peuvent surmener le moteur, en particulier une pression élevée du collecteur avec un régime très bas.
Une séquence typique pour la montée et la croisière dans un avion d'entraînement avec une hélice à vitesse constante pourrait être :
  1. Décollage : positionner la commande de l'hélice complètement en avant (régime maximal) et avancer la manette des gaz à la pression de collecteur de décollage.
  2. Montée initiale : maintenir la puissance de décollage jusqu'à une altitude sûre recommandée dans l'AFM/POH.
  3. Puissance de montée : réduire la pression de collecteur à la valeur de montée, puis réduire le régime moteur à la valeur de montée si spécifié.
  4. Puissance de croisière : stabiliser l'assiette, laisser augmenter la vitesse, puis réduire la pression de collecteur à la valeur de croisière et ajuster le régime moteur à la valeur recommandée.
  5. Descente : réduire la pression de collecteur pour la descente, en ajustant le régime moteur selon les besoins pour rester dans les limites et gérer le refroidissement du moteur.

4.3 Limitations et surveillance du moteur

Quel que soit le type d'hélice, le pilote doit respecter les limitations moteur indiquées dans l'AFM/POH. Celles-ci incluent le régime maximal continu, les limites de pression du collecteur (le cas échéant), la température de la culasse (CHT) et la température des gaz d'échappement (EGT). Certains moteurs spécifient des plages de régime restreintes pour éviter la résonance et les vibrations ; celles-ci sont généralement indiquées sur le compte-tours par des arcs jaunes ou des bandes rouges.
Les points clés pour les pilotes étudiants incluent :
  • Vérifiez le régime maximal statique au décollage avec des hélices à pas fixe ; des écarts importants peuvent indiquer des problèmes de moteur ou d’hélice.
  • Évitez les mouvements brusques des gaz, surtout dans les installations à vitesse constante, pour réduire la contrainte sur le moteur et la boîte de transmission ou le régulateur d’hélice.
  • Surveillez attentivement les instruments moteur après tout changement de puissance ou de réglage de l’hélice.
  • Suivez les procédures du fabricant pour l’appauvrissement du mélange en montée et en croisière afin d’éviter des températures excessives et d’améliorer l’efficacité.

4.4 Progression de la formation

La plupart des pilotes commencent leur formation sur des avions équipés d'hélices à pas fixe. Une fois les compétences de base en pilotage, décollage, atterrissage et navigation acquises, la formation peut progresser vers des avions équipés d'hélices à pas variable, notamment pour les licences de pilote commercial ou d'instrument. Cela introduit une charge de travail supplémentaire dans le cockpit et nécessite une gestion plus détaillée de la puissance, mais les principes aérodynamiques sous-jacents restent les mêmes.

5. Exemples de types d'hélices dans les avions d'entraînement courants

Les exemples suivants illustrent comment différents types d'hélices apparaissent dans les flottes typiques de formation en aviation générale. Référez-vous toujours au AFM/POH spécifique pour des détails exacts, car les configurations varient selon le modèle et l'année.
  • Cessna 152 / Cessna 172 (de nombreux modèles) : moteurs à pistons normalement aspirés avec hélices à pas fixe ; puissance contrôlée uniquement par la manette des gaz.
  • Piper PA-28-161 Warrior : hélice à pas fixe ; gestion simple de la puissance adaptée à la formation initiale.
  • Piper PA-28R Arrow : train rentrant et hélice à vitesse constante ; introduit le contrôle de l'hélice et la gestion de la pression du collecteur pour les étudiants avancés.
  • Beechcraft Bonanza (divers modèles) : hélice à vitesse constante, souvent avec des moteurs plus performants ; utilisé dans la formation complexe et à haute performance.
  • Avions légers de sport typiques : peuvent utiliser des hélices réglables au sol, notamment avec des moteurs Rotax, permettant aux opérateurs d'adapter les performances aux besoins locaux.
  • Formateurs multi-moteurs (ex. Piper Seminole, Beechcraft Duchess) : hélices à vitesse constante avec fonction feathering ; utilisés pour enseigner le vol asymétrique et les procédures en cas de panne moteur.

Résumé

Pour les pilotes étudiants, comprendre les types d'hélices signifie principalement reconnaître comment le pas des pales est contrôlé et comment cela affecte la gestion de la puissance. Les hélices à pas fixe et réglables au sol sont simples et courantes sur les avions d'entraînement de base, tandis que les hélices à vitesse constante et à calage automatique apparaissent sur des avions complexes, multimoteurs et turbopropulseurs. Une utilisation correcte de la manette des gaz, des commandes d'hélice et de la surveillance du moteur, conformément au AFM/POH, garantit une opération sûre et efficace pour tous les types d'hélices.