« 8-10 Cellule moteur hélice (motoplaneurs) » : différence entre les versions
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== Moteur, circuits et hélice == | == Moteur, circuits et hélice == | ||
=== Moteurs à combustion interne === | === Moteurs à combustion interne === | ||
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Dans ce paragraphe sera détaillé le [[wikipedia:Moteur_à_quatre_temps|'''moteurs essence à 4 temps''']]. Les principaux modèles de moteurs utilisé sur les motoplaneurs actuels sont : | Dans ce paragraphe sera détaillé le [[wikipedia:Moteur_à_quatre_temps|'''moteurs essence à 4 temps''']]. Les principaux modèles de moteurs utilisé sur les motoplaneurs actuels sont : | ||
<gallery mode="packed" heights=150px> | <gallery mode="packed" heights="150px"> | ||
File:Rotax 912.jpg|Les moteurs Rotax comme les modèles 912 (80ch), 912S (100ch), 914 (115ch)...etc | File:Rotax 912.jpg|Les moteurs Rotax comme les modèles 912 (80ch), 912S (100ch), 914 (115ch)...etc | ||
Fichier:Motor_Limbach_1.jpg|Les moteurs Limbach comme les modèles 1700 et 2000. | Fichier:Motor_Limbach_1.jpg|Les moteurs Limbach comme les modèles 1700 et 2000. | ||
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*'''La commande des gaz''' : Une commande réglable entre 0 et 100%, permettant d'ajuster la puissance fournie par le moteur. | *'''La commande des gaz''' : Une commande réglable entre 0 et 100%, permettant d'ajuster la puissance fournie par le moteur. | ||
*'''La commande de réchauffage carburateur''' : envoi de l'air chaud dans le carburateur pour éviter la formation de glace. | *'''La commande de réchauffage carburateur''' : envoi de l'air chaud dans le carburateur pour éviter la formation de glace. | ||
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*'''Moteur''' : Système capable de fournir une force mécanique. Pour le vol en planeur, cette force sera transmise à l'hélice. | *'''Moteur''' : Système capable de fournir une force mécanique. Pour le vol en planeur, cette force sera transmise à l'hélice. | ||
*'''Combustion''' : La force mécanique provient de la combustion. Pour les motoplaneurs, il s'agit de de combustion de l'essence avec de l'oxygène prélevée dans l'air. | *'''Combustion''' : La force mécanique provient de la combustion. Pour les motoplaneurs, il s'agit de de combustion de l'essence avec de l'oxygène prélevée dans l'air. | ||
* '''Interne''' : La combustion à lieu dans le moteur lui-même. Par opposition aux anciens moteurs à vapeur où la combustion avait lieu dans une chaudière externe. | * '''Interne''' : La combustion à lieu dans le moteur lui-même. Par opposition aux anciens moteurs à vapeur où la combustion avait lieu dans une chaudière externe. | ||
Un moteur de motoplaneur possède généralement 4 cylindre, disposés à plat : On parle d'une [[wikipedia:Moteur_avec_quatre_cylindres_à_plat|disposition 4 cylindres à plat]]. Pour le bon fonctionnement des cylindres, plusieurs circuits ou équipement sont nécessaires : '''l'ensemble des cylindres et des circuits constitue le moteur à combustion interne.''' | Un moteur de motoplaneur possède généralement 4 cylindre, disposés à plat : On parle d'une [[wikipedia:Moteur_avec_quatre_cylindres_à_plat|disposition 4 cylindres à plat]]. Pour le bon fonctionnement des cylindres, plusieurs circuits ou équipement sont nécessaires : '''l'ensemble des cylindres et des circuits constitue le moteur à combustion interne.''' | ||
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Fichier:Cshaft.gif|vignette|Le mouvement des pistons (gris) dans les cylindres (bleus) fait tourner le vilebrequin (rouge) par l'intermédiaire des bielles reliant les pistons au vilebrequin. | |||
Fichier:4StrokeEngine Ortho 3D Small.gif|thumb|Cycle 4-temps à allumage commandé : <br />1) admission, <br />2) compression, <br />3) combustion, <br />4) échappement. | |||
File:Four stroke engine diagram.jpg|left|250px|Schéma d'un cylindre d'un moteur à 4 temps | |||
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Les composants mobiles qui compose un cylindre sont décrits dans l'image ci-dessus. La connaissance de ce vocabulaire n'est pas obligatoire, c'est un plus | |||
*'''C''' - [[wikipedia:Vilebrequin_(moteur)|Vilebrequin]], | *'''C''' - [[wikipedia:Vilebrequin_(moteur)|Vilebrequin]], | ||
*'''E''' - [[wikipedia:Arbre_à_cames|Arbre à cames]] d’échappement, | *'''E''' - [[wikipedia:Arbre_à_cames|Arbre à cames]] d’échappement, | ||
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*'''W''' - Circuit de refroidissement à eau, | *'''W''' - Circuit de refroidissement à eau, | ||
*'''Structure grise''' - [[wikipedia:Bloc-cylindres|Bloc moteur]] | *'''Structure grise''' - [[wikipedia:Bloc-cylindres|Bloc moteur]] | ||
Durant son fonctionnement, le moteur à 4 temps répète '''un cycle de quatre étapes''' que nous appellerons "quatre temps" : | Durant son fonctionnement, le moteur à 4 temps répète '''un cycle de quatre étapes''' que nous appellerons "quatre temps" : | ||
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===Système de mélange Air / Essence=== | ===Système de mélange Air / Essence=== | ||
Deux technologies différentes existent aujourd'hui pour réaliser le mélange parfait d'[[wikipedia:air|air]] et d'[[wikipedia:Essence_(hydrocarbure)|essence]]: le [[wikipedia:Carburateur|'''carburateur''']] et l'[[wikipedia:Injection_(moteur)|injection]]. L'objectif du système est de créer un mélange dont le rapport air/essence est de '''1 gramme d'essence pour 14,7 grammes d'air'''. Ce rapport idéal est appelé mélange [[wikipedia:Stœchiométrie|'''stœchiométrique''']]. Lorsque le mélange n'est pas stœchiométrique, il est soit trop pauvre en essence, soit trop riche en essence : | Deux technologies différentes existent aujourd'hui pour réaliser le mélange parfait d'[[wikipedia:air|air]] et d'[[wikipedia:Essence_(hydrocarbure)|essence]]: le [[wikipedia:Carburateur|'''carburateur''']] et l'[[wikipedia:Injection_(moteur)|injection]]. L'objectif du système est de créer un mélange dont le rapport air/essence est de '''1 gramme d'essence pour 14,7 grammes d'air'''. Ce rapport idéal est appelé mélange [[wikipedia:Stœchiométrie|'''stœchiométrique''']]. Lorsque le mélange n'est pas stœchiométrique, il est soit trop pauvre en essence, soit trop riche en essence : | ||
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<gallery mode="packed" heights=200px> | <gallery mode="packed" heights="200px"> | ||
File:Air-cooled monobloc cylinder, section (Manual of Driving and Maintenance).jpg|'''Cylindre refroidi par air'''. présence de nombreuses ailettes. | File:Air-cooled monobloc cylinder, section (Manual of Driving and Maintenance).jpg|'''Cylindre refroidi par air'''. présence de nombreuses ailettes. | ||
Fichier:Air_cooled_motor.jpg|Moteur refroidi par air, installé sur un motoplaneur SF28. | Fichier:Air_cooled_motor.jpg|Moteur refroidi par air, installé sur un motoplaneur SF28. | ||
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Fichier:Water cooled motor.png|Schéma du circuit de refroidissement par eau ([https://www.flyrotax.com/fr/p/services/documentation-techniques Installation Manual rotax 912]). | Fichier:Water cooled motor.png|Schéma du circuit de refroidissement par eau ([https://www.flyrotax.com/fr/p/services/documentation-techniques Installation Manual rotax 912]). | ||
Fichier:Water cooled radiator.jpg|[[wikipedia:Radiateur_(moteur_thermique)|radiateur eau/air]] destiné à refroidir l'eau du circuit de refroidissement. | Fichier:Water cooled radiator.jpg|[[wikipedia:Radiateur_(moteur_thermique)|radiateur eau/air]] destiné à refroidir l'eau du circuit de refroidissement. | ||
File:Water Temperature degCelcius.jpg|Mesure de la '''température d'eau''' (moteur rotax 912) | |||
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'''Au sol''' et lors de la visite prévol, le pilote s'assure de l'absence d’objets étrangers pouvant perturber le bon refroidissement du moteur. '''En vol''', Le bon refroidissement du moteur est surveillé grâce à des indicateurs de températures (températures d'une ou plusieurs culasses, ou température du liquide de refroidissement). Sur certains aéronefs, il existe des recommandations pour prévenir la chauffe des moteurs, comme par exemple éviter les vols prolongés à basses vitesses où la ventilation du moteur serait insuffisante. | '''Au sol''' et lors de la visite prévol, le pilote s'assure de l'absence d’objets étrangers pouvant perturber le bon refroidissement du moteur. '''En vol''', Le bon refroidissement du moteur est surveillé grâce à des indicateurs de températures (températures d'une ou plusieurs culasses, ou température du liquide de refroidissement). Sur certains aéronefs, il existe des recommandations pour prévenir la chauffe des moteurs, comme par exemple éviter les vols prolongés à basses vitesses où la ventilation du moteur serait insuffisante. | ||
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===Le circuit d'huile - lubrification=== | ===Le circuit d'huile - lubrification=== | ||
La [[wikipedia:Lubrification|'''lubrification''']] est une technique utilisant de l'huile, permettant de réduire le [[wikipedia:frottement|frottement]], l'[[wikipedia:usure_des_surfaces|usure]] entre deux éléments en contact et en mouvement dans le moteur. Elle permet aussi d'évacuer une partie de la chaleur engendrée par ce frottement, ainsi que d'éviter la corrosion. L'huile est injectée par la pompe à huile dans divers petits conduits présents à l'intérieur des pièces métalliques du moteur. Chaque zone de frottement est donc lubrifiée par un apport continu d'huile. L'huile s'écoule ensuite au fond du [[wikipedia:Carter_d'huile|carter moteur]] pour recommencer le cycle. | La [[wikipedia:Lubrification|'''lubrification''']] est une technique utilisant de l'huile, permettant de réduire le [[wikipedia:frottement|frottement]], l'[[wikipedia:usure_des_surfaces|usure]] entre deux éléments en contact et en mouvement dans le moteur. Elle permet aussi d'évacuer une partie de la chaleur engendrée par ce frottement, ainsi que d'éviter la corrosion. L'huile est injectée par la pompe à huile dans divers petits conduits présents à l'intérieur des pièces métalliques du moteur. Chaque zone de frottement est donc lubrifiée par un apport continu d'huile. L'huile s'écoule ensuite au fond du [[wikipedia:Carter_d'huile|carter moteur]] pour recommencer le cycle. | ||
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Le '''circuit de lubrification''' d'un moteur est constitué d'une [[wikipedia:Pompe_à_huile|'''pompe à huile''']] (entrainé mécaniquement pas le moteur), d'un [[wikipedia:Filtre_à_huile|'''filtre à huile''']], d'un [[wikipedia:Radiateur_(échangeur_de_chaleur)#Huile_de_lubrification|'''échangeur de chaleur''']] et bien-sûr de l'[[wikipedia:Huile_moteur|'''huile''']] elle-même. '''Une jauge à huile manuelle''' permet de relever manuellement le niveau d'huile lors de la visite prévol tandis qu'un '''capteurs de pression''' et un '''capteur de température''' permettent de surveiller le fonctionnement du circuit d'huile tout au long du vol. | Le '''circuit de lubrification''' d'un moteur est constitué d'une [[wikipedia:Pompe_à_huile|'''pompe à huile''']] (entrainé mécaniquement pas le moteur), d'un [[wikipedia:Filtre_à_huile|'''filtre à huile''']], d'un [[wikipedia:Radiateur_(échangeur_de_chaleur)#Huile_de_lubrification|'''échangeur de chaleur''']] et bien-sûr de l'[[wikipedia:Huile_moteur|'''huile''']] elle-même. '''Une jauge à huile manuelle''' permet de relever manuellement le niveau d'huile lors de la visite prévol tandis qu'un '''capteurs de pression''' et un '''capteur de température''' permettent de surveiller le fonctionnement du circuit d'huile tout au long du vol. | ||
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File:Oil-circuit V1-blank.png|1-Bouchon de remplissage d'huile ; 2-Jauge de niveau d'huile ; 3-Réservoir d'huile externe avec huile ; 4-échangeur de chaleur pour refroidir l'huile ; 5-capteurs de pression / température ; 6-Pompe à huile entrainé par le moteur ; 7-filtre à huile ; 8-mise à l'air libre du réservoir d'huile. | File:Oil-circuit V1-blank.png|1-Bouchon de remplissage d'huile ; 2-Jauge de niveau d'huile ; 3-Réservoir d'huile externe avec huile ; 4-échangeur de chaleur pour refroidir l'huile ; 5-capteurs de pression / température ; 6-Pompe à huile entrainé par le moteur ; 7-filtre à huile ; 8-mise à l'air libre du réservoir d'huile. | ||
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A noter que l'huile est régulièrement remplacée (la [[wikipedia:Vidange|vidange]]), lors de la visite d'entretien (généralement tous les 50 à 100h de fonctionnement moteur). | A noter que l'huile est régulièrement remplacée (la [[wikipedia:Vidange|vidange]]), lors de la visite d'entretien (généralement tous les 50 à 100h de fonctionnement moteur). | ||
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File:Motor oil bottles variousbrands.jpg|Différentes huiles moteur | File:Motor oil bottles variousbrands.jpg|Différentes huiles moteur | ||
File:Oil temp pressure gauge.JPG|'''Indicateur''' de pression et température d'huile | File:Oil temp pressure gauge.JPG|'''Indicateur''' de pression et température d'huile | ||
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Fichier:Circuit allumage V1-blank.png|Schéma de principe d'un circuit d'allumage. 1-contact magnéto ON/OFF géré par le pilote ; 2-câbles haute tension ; 3-bougies d'allumage (1 par cylindre) ; 4-étincelle créée pour enflammer le mélange air/essence ; 5-entrainement en rotation par le moteur ; 6-magnéto mécanique. | Fichier:Circuit allumage V1-blank.png|Schéma de principe d'un circuit d'allumage. 1-contact magnéto ON/OFF géré par le pilote ; 2-câbles haute tension ; 3-bougies d'allumage (1 par cylindre) ; 4-étincelle créée pour enflammer le mélange air/essence ; 5-entrainement en rotation par le moteur ; 6-magnéto mécanique. | ||
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File:Spark plug.jpg|Photo de '''4 bougies d'allumages'''. | |||
File:Spark-plug01.jpeg|Vue d'une '''étincelle''' créée par une bougie d'allumage. | |||
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Il existe deux grands types de circuits d'allumages, ils diffèrent par les méthodes permettant de créer l'impulsion électrique : | Il existe deux grands types de circuits d'allumages, ils diffèrent par les méthodes permettant de créer l'impulsion électrique : | ||
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*'''température des culasses maximum''' (pour éviter la détérioration de ces pièces faites en aluminium) | *'''température des culasses maximum''' (pour éviter la détérioration de ces pièces faites en aluminium) | ||
*'''pression d'admission maximum''' (pour éviter les surcharges moteurs) | *'''pression d'admission maximum''' (pour éviter les surcharges moteurs) | ||
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=== Moteurs électrique === | === Moteurs électrique === | ||
Les moteurs électriques sont de plus en plus présent dans le vol en planeur. Ils permettent notamment une mise en œuvre quasi immédiate à la demande du pilote et demandent moins d'entretien. Pour certains aspects, son utilisation relève d'un choix selon les gouts du propriétaire (pas d'odeur d'essence, bruit différent...etc). | Les moteurs électriques sont de plus en plus présent dans le vol en planeur. Ils permettent notamment une mise en œuvre quasi immédiate à la demande du pilote et demandent moins d'entretien. Pour certains aspects, son utilisation relève d'un choix selon les gouts du propriétaire (pas d'odeur d'essence, bruit différent...etc). | ||
Une motorisation électrique se compose d'une hélice, d'un moteur électrique, d'un convertisseur de tension de forte puissance, de câbles électriques et d'une batterie de forte puissance. L'énergie contenue dans les batteries y est insérée au sol par un chargeur externe qui n'est généralement pas à bord. | Une motorisation électrique se compose d'une '''hélice''', d'un '''moteur électrique''', d'un '''convertisseur de tension''' de forte puissance, de '''câbles électriques''' et d'une '''batterie de forte puissance'''. L'énergie contenue dans les batteries y est insérée au sol par un '''chargeur externe''' qui n'est généralement pas à bord. | ||
Ce type de motorisation amène un lot de nouveauté dont certains risques que le pilote doit appréhender avant de la mettre en œuvre : | Ce type de motorisation amène un lot de nouveauté dont certains risques que le pilote doit appréhender avant de la mettre en œuvre : | ||
* L'énergie contenue dans les batteries est très importante. Si cette énergie est relâché accidentellement en un cours moment, cela mène à l'incendie (cours-circuit, choc ou perforation des batteries, dépassement de la température de service des composants...). | * L'énergie contenue dans les batteries est très importante. Si cette énergie est relâché accidentellement en un cours moment, cela mène à l'incendie (cours-circuit, choc ou perforation des batteries, dépassement de la température de service des composants...). Les risques analogues du moteur à essence serait les risques liés au stockage de l'essence (température max, électricité statique, proximité d'une flamme...) | ||
* La disponibilité immédiate et plutôt fiable d'un moteur électrique pourrait | * La disponibilité immédiate et plutôt fiable d'un moteur électrique pourrait à long terme amoindrir les précautions prises par le pilote lors d'une remise de gaz ou lors d'une manœuvre anti-vache. | ||
* Au sol, la mise en route peut se faire plus simplement. Le danger que représente l'hélice pour les personnes autour de l'aéronef | * Au sol, la mise en route peut se faire plus simplement. Le danger que représente l'hélice pour les personnes autour de l'aéronef est important lorsque la mise en route du moteur ne réside que dans la rotation d'un bouton du tableau de bord. | ||
De part son faible encombrement, le moteur électrique peut être placé à différentes positions : | De part son faible encombrement, le moteur électrique peut être placé à différentes positions : | ||
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Fichier:Pipistrel Velis Electro sn003 LJAJ left.jpg|Montage du moteur à l'avant, type TMG. Ici sur [[wikipedia:Pipistrel_Velis_Electro|Velis Electro]] | |||
Fichier:Lange_Flugzeugbau_Antares_20E.jpg|Montage du moteur en pylone. Ici sur [[wikipedia:Lange_Antares_20E|Antares 20E]] | |||
Fichier:Glider_(sailplane)_with_front-end_electric_sustainer_(FES).jpg|Montage du moteur dans le nez, type FES - [[wikipedia:Front_Electric_Sustainer|Front Electric Sustainer]] | |||
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=== Hélices === | === Hélices === | ||
[https://fr.wikipedia.org/wiki/H%C3%A9lice_(a%C3%A9ronautique) L'hélice] tourne grâce au mouvement rotatif imprimé par le moteur. Elle | [[Fichier:Schéma hélice tripale-fr.png|thumb|schéma d'une hélice]] | ||
[https://fr.wikipedia.org/wiki/H%C3%A9lice_(a%C3%A9ronautique) '''L'hélice'''] tourne grâce au mouvement rotatif imprimé par le moteur. Elle aspire l'air situé devant l'aéronef pour le propulser vers l'arrière. Ceci génère une force qui assure la propulsion de l'aéronef. Une hélice comporte souvent plusieurs [[wikipedia:Pale|'''pales''']] (ayant la forme d'une aile) tenues au centre par un [[wikipedia:Moyeu|'''moyeu''']] qui permet d'attacher l'hélice au moteur. Un '''cône d'hélice''' peut être installé pour améliorer aérodynamisme de l'ensemble. | |||
Les | Les pales, peuvent être faite de métal, de bois, ou de stratifiés en fibres de verre ou de fibres de carbone. Sauf dans le cas du métal, elles sont renforcées au niveau du bord d'attaque par une pièce de métal (appelée '''blindage''') pour améliorer la robustesse en cas de choc avec un objet étranger. Le vocabulaire pour définir une pale d'hélice est le même que pour une aile : bord d'attaque ou de fuite, emplanture, calage...etc. | ||
Le calage d'une pale d'hélice est l'angle entre la corde du profil de la pâle et le plan vertical formé par l'hélice. On peut noter que l'angle de calage | Le '''calage''' d'une pale d'hélice est l'angle entre la corde du profil de la pâle et le plan vertical formé par l'hélice. On peut noter que l'angle de calage diminue lorsqu'on s'éloigne du centre de l'hélice pour tenir compte de la vitesse plus importante en bout de pâle. Le calage impacte directement l'incidence de la pâle et donc le comportement aérodynamique de l'hélice. Le calage définie aussi le pas de l'hélice. | ||
Le pas de l'hélice est la distance théorique que l'hélice parcourt vers l'avant (ou l'air vers l'arrière) en faisant un tour complet. Selon son application, le pas d'une hélice fixe est choisi pour un fonctionnement optimal à une vitesse donnée : | Le '''pas de l'hélice''' est la distance théorique que l'hélice parcourt vers l'avant (ou l'air vers l'arrière) en faisant un tour complet. Selon son application, le pas d'une hélice fixe est choisi pour un fonctionnement optimal à une vitesse donnée : | ||
* petit pas : | * '''petit pas''' : meilleur traction au décollage et en montée (faibles vitesses) | ||
* | * '''grand pas''' : meilleur performance en croisière (vitesses plus fortes) | ||
[[file:Helice ULM02.jpg|thumb|Hélice carbone à pas réglable au sol pour ULM]] | |||
Sur certaines hélices, le calage des pales est '''réglable au sol''' (par un mécanicien) pour obtenir un pas plus petit ou plus grand selon l'utilisation souhaitée. C'est le cas sur la plupart des [[wikipedia:Aérodyne ultra-léger motorisé|ULM]]. Un autre type d''''hélice à pas variable''' (''variable pitch'' en anglais) est doté d'un mécanisme pour ajuster le pas en vol en modifiant l'angle de calage des pales. Le pas variable en vol permet d'optimiser durant les différentes phases de vol la traction à vitesse faible (petit pas, pour le décollage), et les performances à vitesse élevée (grand pas, pour le vol en croisière). Le pilote dispose d'une '''commande pour ajuster le pas de l'hélice''' suivant la situation et ajuste la puissance avec la manette des gaz. Un dernier type d''''hélice à vitesse constante''' (''constant speed'' en anglais) réalise en permanence l'ajustement automatique du pas de l'hélice (le système détecte les variations du régime moteur induites par les variations de vitesse de l'aéronef, et change le pas de l'hélice pour maintenir le régime moteur constant). Dans ce cas, le pilote règle un régime moteur cible et ajuste la puissance avec la manette des gaz. | |||
Certaines hélices à pas variable peuvent être mises : | Certaines hélices à pas variable peuvent être mises : | ||
* en | * '''en drapeau''', avec un calage de 90° environ, de manière à offrir la moindre [[wikipedia:traînée|trainée]] pendant le vol moteur coupé sur un motoplaneur | ||
* en | * '''en ''reverse'' ''' » avec un calage négatif, ce qui permet d'utiliser la puissance moteur pour réaliser une contre poussée (inexistant pour le vol en planeur). | ||
Une partie de l'énergie fournie par le moteur est perdue en trainée, le '''rendement de propulsion''' d'une hélice est de l'ordre de 75 à 85 % de la puissance fournie par le moteur. | Une partie de l'énergie fournie par le moteur est perdue en trainée, le '''rendement de propulsion''' d'une hélice est de l'ordre de 75 à 85 % de la puissance fournie par le moteur. | ||
Certaines hélices incorporent des fonctionnalités pour dégivrer le bord d'attaque. Ce n'est pas le cas des motoplaneurs. | |||
Il existe des effets secondaires dues à l'hélice qui sont généralement considérés comme négligeable sur les motoplaneurs : La [[wikipedia:Hélice_(aéronautique)#Effets_secondaires|réaction au couple]], l'[[wikipedia:Hélice_(aéronautique)#Effets_secondaires|effet asymétrique de sillage]] et l'[[wikipedia:Hélice_(aéronautique)#Effets_secondaires|effet asymétrique de la pale]]. | |||
# | |||
Dans le cas d'un arrêt du moteur, la trainée occasionné par l'hélice sera plus importante lorsque l'hélice tourne (surface du disque d'hélice) qu'a l'arrêt. Le pilote qui débute une phase de vol à voile devrait faire en sorte d'arrêter l'hélice pour optimiser les performances. | |||