problème d'hélice

Je possède un voilier côtre acier, que je viens de mettre au carénage pour différents travaux. J'ai acheté il y a 2 ans un moteur neuf, Yanmar 3JH 39 ch, et fait faire par Fenwick France une nouvelle hélice.

Je trouvais que mon bateau était lent sous son ancienne motorisation et hélice. Pour cette raison et d'autres (refroidissement direct, âge) j'ai décidé d'acheter un moteur neuf (le Yanmar 3JH5E, 39 chevaux). Mon hélice était une 17', je décidai de la changer. Fenwick et France Hélice, après avoir reçu les différentes côtes nécessaires à la bonne formulation de l'hélice, préconisaient une 18' avec un pas de 12' (rotation horaire). Je choisis Fenwick, meilleur marché.
Je monte la nouvelle hélice, tout va bien. Et là différents amis pro me mettent en garde sur l'espace hélice-coque insuffisant : 2 cm.
Je me renseigne, je lis que l'espace minimum doit être, selon, soit 1,5 fois le diamètre de l'arbre (donc 4,5 cm pour un arbre de 30 mm), soit 10%, ou 15%, ou 18% du diamètre de l'hélice. Bref, mes 2 cm de libres semblent bien insuffisants.
Je lis que le risque est la cavitation, le bruit généré, les vibrations. Je lis aussi que la cavitation se forme proportionnellement à la vitesse de rotation de l'hélice. Or sur un voiler l'hélice ne tourne jamais très rapidement. Je lis également que plus le diamètre est grand plus la poussée est importante (ainsi que la surface des pales).
Comme dans un bateau ne règne que la loi du compromis je me demande ce qui est préférable : une hélice "trop" grande qui risque de caviter, mais qui assure au bateau une bonne poussée. Ou une hélice plus petite qui "gère" convenablement les flux laminaires de l'eau, quitte à avoir une poussée plus faible. Sachant que mon bateau est un biquille, et l'hélice est dans un cadre de rond d'acier, d'où une certaine perturbation des flux laminaires, quoiqu'il arrive.

Pouvez-vous m'aider à voir plus clair, et à me donner votre avis sur le meilleur choix?

Je vous donne quelques détails de mesure:
Il pèse 11 tonnes, acier.
Longueur flottaison : 10,5 mètre
largeur flottaison : 3,60 mètres
TE: 1,50 mètres

Moteur Yanmar 3JH5E
régime max : 3000 tr/min
Inverseur KM35P
Réduction : 2,36

C = 235 mm (Distance axe hélice coque)
N = 170 mm (distance extrémité hélice - bord d'attaque du safran)

Merci d'avance pour m'aider à ce moment important de montage de ma nouvelle hélice...

L'équipage
07 juil. 2014
07 juil. 201407 juil. 2014
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La réponse n'est pas compliquée. Si une hélice de 18" ne laisse pas assez de place entre la coque et le sommet des pales (ou est trop proche du carénage circulaire) on doit prendre une hélice de diamètre moindre (17 " dans ce cas) MAIS AVEC UN PAS PLUS IMPORTANT (par exemple 12,5 ou 13"). Tout hélicier sait faire ce calcul.

Il est curieux qu'un hélicier ait pu faire une recommandation de diamètre et de pas sans prendre en compte la place disponible: ces renseignements sont toujours demandés lors du devis.

PS La poussée d'une hélice dépend à la fois du diamètre et du pas.

Poussée T

Diamètre D

Vitesse d'éjection de l'eau: V

Densité de l'eau: rho

k1 coefficient

T = k1 rho D² V²

or la vitesse d'éjection de l'eau V est proportionnel au pas p et à la vitesse de rotation n de l'hélice

V = k2 p n

d'où

T = k1 rho D² k2² p² n²

= k rho D² p² n²

A vitesse de rotation n égale, la poussée est bien proportionnelle au carré du diamètre et au carré du pas.
On obtient bien la même poussée T avec D plus petit et p plus grand dans les mêmes proportions.
Dans notre cas, il faut donc en théorie (pour une hélice de 17" à la place de 18") un pas de 12,7 à la place d'un pas de 12. L'hélicier devrait conseiller un pas de 12,5 ou de 13.

07 juil. 2014
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Pour compléter cette réponse, EN PRATIQUE (et non en théorie), les héliciers utilisent souvent souvent la règle: 1" de moins en diamètre sera compensée par une augmentation du pas de 2,5", ce qui fait qu'une 18" x 12 sera équivalente à une 17" x 14,5. Il est donc possible que l'hélicier propose une 17"x14" (et non une 17"x13") à la place d'une 18"x12".

07 juil. 201407 juil. 2014
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Je viens de vérifier avec le tableur PropKing pour la conception d'hélice
Pour une vitesse max de 7 noeuds, il propose une TRIPALE de 17,8" x 12,2" (avec un DAR de 33%) ce qui est conforme à ce que tu dis.

PS Inutile que je réponde aussi sur STW, n'est-ce pas ?
:mdr:

07 juil. 2014
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La poussée de l’hélice est proportionnelle à la puissance 4ème de son diamètre : T = K rho n² D4

07 juil. 201416 juin 2020
2

C'est la même chose. Le pas étant dimensionnellement proportionnel au diamètre de l'hélice (p = k D), on peut écrire
T = K rho D^4 n²
Ma formule permet de préciser le rôle respectif du diamètre et du diamètre
Pour ceux qui veulent approfondir, voici le début d'un chapitre que j'ai écrit pour le plaisir sur la théorie de l'hélice qui démontre ces formules
Sur l'image, tirée du document, une illustration de la proportionnalité entre pas et diamètre
(le reste du chapitre, non joint, concerne l'emploi des diagrammes de Taylor Bp - ? et Bu - ?, moins utile pour la plaisance)
PS ces fondements théoriques sont connus depuis presque un siècle...

07 juil. 2014
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Merci Pytheas pour cette clarification et pour les documents joints.
Je comprends mieux l’intérêt de la formulation T= k rho D² p² n² mettant en évidence les rôles respectifs du diamètre et du pas.
C’est toujours un plaisir de lire vos interventions sur le forum…

07 juil. 2014
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"Ma formule permet de préciser le rôle respectif du diamètre et du diamètre "
Lire
Ma formule permet de préciser le rôle respectif du diamètre et du PAS
désolé

07 juil. 2014
0

le diamètre de l'arbre d'hélice n'a rien a voir sur l'écart entre la coque et la pale supérieure ,c'est le diamétre de l'hélice ,
qui doit être pris en compte , mais comme il y a une cage
c'est plus difficile .
la cavitation c'est la création de vide sur l'extrados provoqué par la surpression en bout de pale du à une trop forte charge
alain

07 juil. 2014
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Une hélice réputée miraculeuse qui va ètre placée de façon à travailler dans de mauvaises conditions va nécessairement avoir un rendement dégradé avec perte d'une partie du bénéfice qu'on recherchait. En outre est-il logique de faire en sorte de favoriser une cavitation capable d'alterer les pales et de creer des vibrations.
De toutes façons la vitesse limite d'une coque à déplacement est presque strictement fonction de la longueur à la flottaison (avec un peu plus de poussée on va accélerer un peu plus vite, ou mieux chasser sur l'hélice ou pouvoir remorquer plus lourd, c'est tout).

08 juil. 2014
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Bonjour à tous et merci pour votre aide. pour compléter mon post je joins quelques photos.

08 juil. 201416 juin 2020
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D'après Yanmar, les valeurs minimales pour un bon rendement d'une hélice

08 juil. 201416 juin 2020
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Salut Floreal13,
Avec tes photos, manifestement ton diamétre d'hélice est trop grand, et on voit bien que l'hélice a été reculée pour passer juste sous la coque...
En effet comme déjà écrit par Pytheas, la distance maxi de "a" (voir photo ci jointe) doit être de 1,5 x 30= cad 4,5 cms .
Or de visu, il semble que tu sois bien au delà; c'est à cette distance de 4,5cms qu'il faut mesurer la cage d'hélice; ce qui te donnera ensuite le diamètre maxi de l'hélice que tu peux monter, en tenant compte des 10% de jeu mini anti bruits cavitation.
Souvent, les constructeurs de moteurs (montés sur plusieurs types de bateau) donnent des valeurs d’hélice dites "valeurs préconisées ou théoriques", mais qui ne tiennent pas compte des dimensions des cages d'hélice qui peuvent être très différentes les unes des autres.
Mamita

09 juil. 2014
0

la position de l'hélice ne peut pas être plus mauvaise
le tube n'est pas un tunnel ,je ne pense pas qu'il influe sur l'hélice .
la forme des pales c'est celle d'une hélice de bato à moteur
le coef de surface est trop important ,son diamètre aussi et sa position juste devant l'aileron de safran est la plus mauvaise qu'il soit
la marches arrière ça doit pas être du gateau
pour un voilier il faut un coef de 0.560 maxi sur une trois pales ,il faut diminuer le diamètre d'au moins un " et augmenter d'autant le pas ,le rendement en souffrira mais je ne vois pas d'autre solution .
alain

09 juil. 2014
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Ou les photos sont prises en oblique et donne une fausse impression ou c'est la réalité et alors ne se voit pas cela tous les jours, dans la marine.
Le montage ne peut ètre comparé à une hélice vraiment encagée. Mais bon, on peut marcher à la mode des propulseurs de péniche. Et à la voile elle va certainement freiné pas mal.

18 juil. 2014
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Merci à tous pour vos conseils. Avant toute action je vais commencer par faire des essais.

18 juil. 2014
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Une idée en passant, s'il y a de la place entre le safran et l'hélice mettre un accouplement souple entre l'inverseur et l'arbre, cela fera reculer l'hélice et comme ceci il y aura de la place au dessus

18 juil. 2014
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la on entre dans un autre problème ,il vaut mieux mettre une entretoise métallique ,ton accouplement souple risque de générer des vibrations ou d'amplifier celles de l'hélice
alain

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