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PLUG'n'FLY : hélices très solides


Les E-PROPS sont des hélices ultra-légères et silencieuses, et elles permettent d'obtenir d'excellentes performances. Elles sont également très solides.

E-PROPS STRONG PROPELLERS


1- Très légères et très solides : comment est-ce possible ?
2- Pourquoi les E-PROPS sont-elles très solides ?
3- Comment une hélice de paramoteur peut casser ?
4- Tests de force centrifuge E-PROPS

1- Très légères et très solides : comment est-ce possible ?


Dans l'inconsient collectif : un produit solide doit être lourd, et un produit lourd est solide.
Mais cette idée est vraiment trop simpliste. Un matériau est défini par plusieurs critères; la solidité en est seulement un, et il y a de nombreux types de "solidité" : en compression, en traction, en flexion, en élasticité...
L'utilisation dépend des critères les plus importants pour le produit.
Pour une application spécifique, un matériau plus léger peut être meilleur qu'un matériau plus lourd.
Par exemple, l'acier n'est pas adapté pour fabriquer des hélices pour les avions légers (aviation générale). Une telle hélice serait beaucoup trop lourde. Donc les fabricants utilisent l'aluminium, 2.8 fois plus léger que l'acier, et qui possède la même valeur de résistance en traction (environ 500 MPa).
L'acier est plus lourd que l'aluminium, mais ce n'est pas du tout le matériau adapté à la fabrication des hélices pour avions.

Pour les paramoteurs, les hélices ne sont pas fabriquées en aluminium. Dans ce cas, l'aluminium n'est pas le meilleur matériau.
Les moteurs ont une valeur maximale de Moment d'Inertie.
Une hélice bipale de diamètre 125 cm en aluminium pèserait plus de 2.5 kg. Pour mémoire, la même hélice E-PROPS PLUG'n'FLY pèse moins de 500 gr... soit 5 fois moins !
Le Moment d'Inertie d'une hélice en aluminium serait beaucoup trop élevé, et ce type d'hélice entraînerait la rupture du réducteur en très peu d'heures.

Le bois et les matériaux composites sont plus légers que l'aluminium, et sont cependant les matériaux les plus adaptés pour fabriquer de très solides hélices de paramoteurs.

Les matériaux composites sont les meilleurs matériaux pour l'aéronautique, particulièrement ceux à base de fibres de carbone, parce qu'ils sont à la fois très légers et très solides.
Aujourd'hui, les structures d'avions certifiés, y compris les avions de ligne, sont fabriquées avec 50 à 70% de matériaux composites : le Boeing 787 Dreamliner est fabriqué avec 50% de matériaux composites, et l'Airbus A350 avec plus de 53%.

composite dans les avions de ligne

Il existe de nombreux types de matériaux composites et de nombreux types de procédés de fabrication.
Exemples de valeurs de résistance à la traction :
- fibres de verre : 2.600 MPa
- fibres de carbone : 4.000 MPa
- résine époxy : 80 MPa

Pour fabriquer de très solides pièces en carbone, le plus important est d'avoir le maximum de fibres et le minimum de résine. Les fibres sont 50 fois plus résistantes que la résine.

Le procédé de fabrication RTM employé par E-PROPS permet d'obtenir le taux de fibres le plus élevé pour des pièces ultra-légères. Le taux de fibres, c'est : les fibres de carbone / résine époxy
Les pièces fabriquées par E-PROPS ont un taux de fibres de carbone extrêmement élevé : 63% (ce qui est exceptionnel).
Par exemple, une pale en deux demi coquilles collées a un taux de fibres de verre d'environ 30%.
L'écart est très important, non seulement en ratio, mais également parce que les fibres de carbone sont bien plus résistantes que les fibres de verre.

Les hélices concurrentes en composites sont plus lourdes, car habituellement fabriquées en fibres de verre, avec beaucoup plus de résine, utilisant des procédés de fabrication différents qui ne permettent qu'un taux de fibres très bas. Elles sont plus lourdes, certes, mais absolument pas plus solides !

Les hélices E-PROPS ultra-légères sont plus solides que toutes les hélices composites concurrentes.

composite in airliners

A noter : certains fabricants d'hélices concurrents ne parviennent pas à élaborer des hélices ultra-légères, ou bien ne souhaitent pas faire les investissements nécessaires pour modifier leurs vieux procédés de fabrication peu performants. Donc ils essaient de trouver de mauvais arguments (comme "un produit solide doit être lourd / un produit lourd est solide"), qui n'ont rien à voir avec la physique, la résistance des matériaux, et les utilisations améliorées.
Quand vous entendez de pareilles affirmations, demandez-vous qui a intérêt à les répandre, et pourquoi...


2- Pourquoi les E-PROPS sont-elles très solides ?


Les E-PROPS sont fabriquées en tresse 100% carbone avec fibres continues entre l'intrados et l'extrados (très haute résistance).
Le carbone est le matériau qui présente le meilleur compromis rigidité / poids pour des pièces longues comme les pales d'hélices.
L'exceptionnel taux de fibres de carbone (63%) permet de réaliser des pièces très légères.
Un longeron interne renforce fortement la pale.

Le procédé HCF (Helical Continuous Fibers : Fibres Continues Hélicoïdales), développé spécifiquement par E-PROPS, assure une résistance exceptionnelle de la pale 100% carbone + résine époxy, du bord d'attaque au bord de fuite, du pied de pale au saumon.
Contrairement au process traditionnel dit "demi-coquille" (utilisé par de nombreux fabricants d'hélices), les fibres sont continues entre l'intrados et l'extrados (tresse de carbone, fabriquée comme une chaussette).
La résistance mécanique de l'ensemble est accrue et devient très élévée : pas de risque d'explosion de la pale par délaminage de bord d'attaque, pas de criques sur la pale ou le moyeu.
Le bord d'attaque de toutes les hélices E-PROPS est blindé : E-PROPS injecte tout le long du bord d'attaque de la résine époxy avec un additif choc Nanostrength® (produit ARKEMA : additif nanostructuré à haute capacité d'absorption d'énergie cinétique).
Cette protection, plus résistante qu'un blindage métallique, n'induit aucun décollement et aucun couple électrolytique. Elle est extrêmement résistante.
Dans ces cas très spécifiques (et peu recommandés...) d'utilisation des hélices en barefoot (vols au ras de l'eau), il est indispensable de protéger les bords d'attaque avec du ruban de protection utilisé pour les pales d'hélicoptère, à changer régulièrement (en vente sur cette boutique).

Les E-PROPS sont extrêmement légères. Quand elles sont conçues et fabriquées avec des fibres continues, et pas en deux demi-coquilles collées (comme beaucoup d'hélices concurrentes), avec un très haut taux de fibres de carbone, les hélices ultra-légères sont plus résistantes que les hélices plus lourdes.

E-PROPS CARBON PROPELLERS


3- Comment une hélice de paramoteur peut casser ?


Une hélice en bon état ne se casse jamais toute seule.

Un paramoteur est en configuration propulsive. L'hélice est à l'arrière, derrière la cage et le moteur. Cette position rend l'hélice plus vulnérable aux impacts.
Une hélice tourne très vite : max 3.000 tr/min pour une PLUG'n'FLY. Cela représente une vitesse de 715 km/h aux bouts de pale pour une hélice de diamètre 125 cm.
Une petite vis, par exemple une M6x40, fera le même impact sur une hélice en rotation qu'une balle de Colt 45 : même masse, même vitesse.

De nombreux objets peuvent provoquer des impacts sur une hélice de paramoteur :
- vis du moteur ou de la cage
- ressorts d'échappement
- cailloux sous les chaussures (très courant !)
- parties des montants de la cage
- sangles, câbles
- parties du fitre à air
- cache appareil photo, lunettes
- ...

Les hélices peuvent avoir été fragilisées auparavant, par exemple lors de vols dits "barefoot" (survol de l'eau à très basse altitude) sans protection de bord d'attaque.

Il est important de vérifier l'état de l'hélice avant tout vol.

L'équipe du bureau d'études a réalisé de très nombreux tests sur les modèles E-PROPS : sur-vitesse, comportement lors de vols dissymétriques et en voltige. Les E-PROPS ne peuvent pas se casser toutes seules.

Et souvenez-vous : une hélice est faite pour fonctionner dans l'air, pas dans le sol, ou dans d'autres matériaux !


4- Tests de force centrifuge E-PROPS


Toutes les hélices E-PROPS sont testées pour voir comment elles résistent à la force centrifuge.
Les tests de tenue à la force centrifuge sont des essais très importants pour définir la tenue mécanique des hélices.
En aviation certifiée (en Europe), ces essais sont définis par la norme aéronautique EASA CS-P, qui demande d'appliquer sur une hélice une force égale à deux fois la force centrifuge maximale calculée pendant une heure.
A l'issue, l'hélice ne doit pas présenter de déformations permanentes.
E-Props a mis au point un banc de traction hydraulique permettant de tirer jusqu'à 40 tonnes pour réaliser ce type d'essais. Ce banc instrumenté mesure 3,5 m de haut et pèse 300 kg.

Exemple :
La force centrifuge maximum subie par une hélice PLUG'n'FLY à 3.000 tr/min a été calculée par le logiciel interne d'E-PROPS LmPTR©.
Elle est de 7.000 N (714 kg).
Dans ce cas, la norme EASA CS-P pour hélices certifiées exige l'application d'une traction de 2 x 7.000 N = 14.000 N (1,4 tonnes).
1/ Application d'une charge de 28.000 N (2,9 tonnes) pendant 1 heure. A l'issue, contrôle de l'hélice : RAS
2/ Augmentation de la traction à raison de 4.000 N par minute
=> Rupture d'une des pales carbone à la charge de 32.500 N (3,3 tonnes)
La force centrifuge maximum à 3.000 tr/min étant de 7.000 N, le coefficient de sécurité à la force centrifuge est de 4,6.
L'hélice a cassé lorsque la charge appliquée a atteint 4,6 fois la force centrifuge maximum.

L'hélice est capable de supporter 4 fois la charge maximale pendant 1 heure sans subir de dommages.

L'hélice E-Props PLUG'n'FLY a subi une traction de 28.000 N pendant 1 heure, soit le double de ce que demande la norme EASA CS-P pour les hélices certifiées.

E-PROPS STRONG PROPELLERS




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E-PROPS photo helice paramoteur
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