NAVIRESHydrodynamique navale

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Propulsion

Définition et principe de fonctionnement de l'hélice propulsive

L'hélice, qui fit son apparition sur les navires au milieu du xixe siècle, constitue le moyen de propulsion le plus couramment utilisé.

Une hélice est essentiellement constituée par un certain nombre de pales (entre trois et six pour les navires classiques) qui ont en gros la forme d'ailes portantes hélicoïdales (pas géométrique H), et qui sont montées sur un moyeu généralement cylindrique. Les pales sont en général fixes par rapport au moyeu mais certaines hélices, qui doivent travailler dans des conditions de charge très variables (chalutiers par exemple), ont des pales orientables autour d'un axe normal au moyeu.

Quand l'hélice a une vitesse d'avance V0 parallèle à son axe et une vitesse de rotation ω = 2 π n (n étant le nombre de tours par unité de temps), ses sections cylindriques se comportent comme des profils d'ailes portantes ; il en résulte un effort hydrodynamique qui se réduit au total à une poussée T parallèle à l'axe et à un couple Q autour de cet axe, soit un coefficient de poussée KT = T/ρn2D4 (D est le diamètre), un coefficient de couple KQ = Q/ρnD5 et un rendement η = V0T/2 πnQ. Les valeurs de KT, KQ et η sont essentiellement fonction du « degré de progression » J0 = V0/nD, mais dépendent en revanche relativement peu de la viscosité de l'écoulement.

Hélice : courbe de fonctionnement

Dessin : Hélice : courbe de fonctionnement

Dessin

Courbes caractéristiques de fonctionnement d'une hélice. Au point de fonctionnement nominal, le rendement ?0 est proche du maximum. Quand la charge de l'hélice (représentée par KT) croît – cas d'un chalutier en chalûtage par exemple –, le rendement de l'hélice décroît rapidement.... 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Les courbes caractéristiques de fonctionnement de l'hélice dépendent fortement du pas géométrique réduit H/D : l'augmentation de H/D décale vers la droite les courbes (J0 ; KT) et (J0 ; KQ) ; la valeur de J0 pour laquelle KT = 0 est très voisine de H/D, d'où son nom de « pas effectif ». L'augmentation de H/D entraîne également un accroissement du rendement maximal de l'hélice.

Pour étudier théoriquement le fonctionnement de l'hélice, comme d'ailleurs celui des surfaces portantes en général, on remplace celle-ci par une distribution de tourbillons (ou une distribution mixte de tourbillons et de sources, les sources étant destinées à représenter l'effet d'épaisseur des pales) ; quand l'envergure relative des pales est petite, les tourb [...]

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  • : ingénieur général de l'armement (génie maritime), expert agréé par la Cour de cassation, membre de l'Académie de marine

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Pour citer l’article

Serge BINDEL, « NAVIRES - Hydrodynamique navale », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 22 janvier 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/navires-hydrodynamique-navale/