Les hélices

Les hélices

helice-pas-variable.jpgLA PROPULSION A HELICE

L'introduction des premières hélices à bord des navires de la fin du XVIIIe siècle bouleverse les techniques de propulsion marine et  à terme - aérienne.

À son origine, l'hélice n'a pas de fonction propulsive : elle sert de « roue à air » dans les moulins à vent apparus sur les hauts plateaux iraniens au Xe siècle de notre ère.

La diffusion de ces moulins en Occident et la transmission d'autres techniques associées à l'hélice s'opèrent à la fin du Moyen Âge et au début de la Renaissance. Il faut cependant attendre la Révolution industrielle pour qu'ait lieu le premier emploi d'hélices propulsives, mais ce fait ne doit pas surprendre : l'efficacité de la propulsion à hélice dépend d'un moteur puissant, une machine à vapeur par exemple, et elle ne présente pas d'intérêt particulier si l'on ne dispose que d'une force motrice médiocre, comme celle transmise par l'effort musculaire ou le vent.

Le sinologue Joseph Needham ramène l’origine de l'hélice propulsive à la Chine -du IVe siècle de notre ère. On trouve en effet une préfiguration très nette des principes du rotor d'hélicoptère dans le Phao Phu Tzu de l'alchimiste taoïste Ko Hung, qui propose l'emploi de pales tournantes pour « voyager dans le vaste vide ».

 

La diffusion du principe de l'hélice

L’objet - ou plutôt le jouet - se diffuse plus tard en Occident, et, il est connu en particulier de Launoy et Bienvenu, qui sont tous deux à l'origine des premiers modèles réduits d'hélicoptère en 1784, et qui mettent au point une variante du rotor chinois. Needham note, par ailleurs, l'existence de roues à ailettes en Chine, qui sont mises en mouvement par de l'air chaud et que l'on utilise comme tournebroches, de moulinets à prières mongols, que l'on fait tourner en les plaçant sous le tirant de cheminées, et de ventilateurs à pales.

 

Plusieurs historiens se posent la question de la diffusion ou de la non-diffusion de ces dernières inventions à l'Occident. Le grand médiéviste Lynn White voit ce mode de transmission possible depuis l'aire sino-tibétaine, par l'intermédiaire du trafic d'esclaves qui mène nombre de Tartares en Italie et dont l'apogée se situe au XVe siècle. Il est vrai que, dès lors, les références à l'hélice sont nombreuses : hélices de Paolo Uccello; hélicoptère et moulin à vent de Léonard de Vinci; «  turbine » de Branca, etc.

 

Hélice propulsive

L'hélice propulsive apparaît véritablement   dans la seconde moitié du XVIIIe siècle. Daniel Bemouilli, en 1753, et James Watt, en 1770, en théorisent les premiers le principe. L’Hélice marine s'inspire des, vis d'Archimède» de l'Antiquité, qui avaient pour but d'élever verticalement l'eau : elle réalise le même effet, mais sur un plan horizontal et en tirant l'eau vers l'arrière pour permettre la propulsion. La langue anglaise a d'ailleurs conservé ce           sens de dispositif qui se visse dans l'air ou dans l'eau pour réaliser une propulsion vers l'avant,  puisqu'elle parle de screw-propulsion,  « propulsion par vissage ». Les premières tentatives de propulsion marine remontent à 1775, avec l'adaptation d'une hélice sur le sous-marin la Tortue de Bushnell. Au cours de la même année, l'Anglais Samuel Miller brevette la propulsion à hélice en Grande-Bretagne. En 1796, l'Américain John Fitch réalise des essais de propulsion, tout comme son compatriote John Stevens en 1802, mais sans grand succès. En 1837, un accident survenu lors des essais de la vedette à vapeur de l’anglais Francis Pettit Smith démontre la supériorité d’une hélice comportant un nombre restreint de pales. Elle supplante rapidement la roue à aubes, qui est le propulseur des premiers bateaux à vapeur, car celles-ci sont volumineuses, fragiles et vulnérables.

La première mention d'une hélice

Le Phao Phu Tzu de l'alchimiste Ko Hung, d'où est tiré ce texte, date de l'an 320 de notre ère. Il constitue un témoignage très intéressant des concepts aérodynamiques en Chine ancienne. «  Quelqu'un questionna le Maître sur les principes (tao) de l'ascension à des hauteurs redoutables et du voyage dans le vaste vide. Le Maître répondit… «  Quelques-uns ont construit des chariots volants (fei chhê) avec le bois de l'intérieur du jujubier, et ils ont utilisé des lanières de cuir de veau enroulées autour de pales tournantes afin de mettre la machine en marche. D'autres ont eu l'idée de faire rencontrer le 'vent violent' à cinq serpents, six dragons et trois veaux, et de les chevaucher, sans s'arrêter avant d'avoir atteint la hauteur de quarante lis (l’équivalent de 20 000 m).  Cette région est appelée Thau Chhing (le plus pur des espaces vides). Le vent y est très violent, à tel point qu'il peut avoir raison des êtres humains. Ainsi que le dit Celui qui enseigne (le philosophe Chuang Tzu) : l'oiseau vole de plus en plus en haut en spirale, puis il n'a qu'à écarter ses deux ailes, en cessant de battre l'air, afin d'aller de lui-même de l'avant. C'est parce qu'il plane sur le vent violent. Prenez les dragons par exemple; quand ils montent, ils utilisent les nuages comme marches, puis, lorsqu'ils ont atteint l'altitude de quarante lis, ils se jettent sans effort en avant [en planant]

L'« hélice » décrite au début du texte par Ko Hung est un simple axe de bois à l'extrémité duquel se trouvent les pales, et autour duquel est enroulée une lanière de cuir que l'on tire brusquement pour leur imprimer une rotation. En 1784, Launoy et Bienvenu imaginent  d'utiliser un archet pour faire tourner les pales. L'objet qu'ils obtiennent sera dessiné en 1809 par George Cayley.

  

Arthur Krebs : l'hélice à pas variable

1902

 helice-pas-variable.jpg

L'hélice à pas variable système Krebs

MACHINERIE ET HÉLICE


"Moteur Panhard-Levassor, de type B.S²41, donnant 28 chevaux à 980 tours ; quatre cylindres en acier de 110mm. d'alésage sur 110mm. de course, carburateur automatique Krebs, allumage par magnéto et bougies. Ligne d'arbre articulée avec butée à billes.


Le changement de marche habituel est remplacé par une hélice réversible très ingénieuse, due à M. le commandant Krebs.

 
La manœuvre du bateau se fait au moyen de deux leviers.
Le premier de ces leviers, articulé sur le châssis moteur, permet d'isoler à volonté le moteur de toute la ligne d'arbre au moyen d'un embrayage intérieur à son volant.
Le deuxième, situé près du pilote, commande par une tige intérieure à l'arbre en bronze le mécanisme de l'hélice et permet de réaliser ainsi la marche avant le stop, et la marche arrière, sans aucun à-coup et instantanément.

« Voici, en quelques mots, le fonctionnement de cette hélice, qui ne se fait qu'à deux ailes ; ces ailes sont désaxées l'une de l'autre et perpendiculaires à l'axe du moyeu : elles le traversent de part en part par leur extrémité en forme de tourillon. Ces tourillons tournent chacun sur deux rangées de rouleaux en bronze phosphoreux, disposés dans des cuvettes. Un écrou encastré dans la surface extrême du moyeu et épousant sa forme, retient l'aile par l'extrémité de son tourillon.
Une fraction de pignon denté est clavetée sur chacun des axes des ailes, au centre du moyeu. Les dentures des deux pignons sont opposées et engrènent sur deux crémaillères. Celles-ci sont taillées à l'intérieur d'une même couronne disposée longitudinalement et commandée par la tige qu'actionne le deuxième levier.
Le fonctionnement de cette hélice est parfait, et la commande en est très douce, puisque le frottement se fait sur des rouleaux ; l'usure étant nulle, les ailes ne prennent pas de jeu. Un autre avantage, c'est que l'aile est disposée de telle sorte que, soit en marche avant, soit en marche arrière, la poussée qu'elle reçoit tend à la bloquer à fond dans la position qu'elle occupe ; ceci évite les retour du levier de commande, qui seraient dangereux.

 

 

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Date de dernière mise à jour : 30/04/2016