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E-PROPS : les hélices les plus silencieuses

 

 

 

Les E-PROPS sont les hélices les plus LEGERES et les plus SOLIDES au monde, elles offrent le meilleur RENDEMENT, et ce sont également les plus SILENCIEUSES.

 

 

 

1. Le BRUIT des HELICES

 

Les nuisances sonores d’une hélice sont en grande partie constituées par ce que l'on appelle "un bruit de raie" dépendant de la fréquence de passage des pales, elle-même liée au régime de rotation et au nombre de pales. Ce bruit de raie domine largement le spectre sonore d’une hélice. Les sources de bruit de raie d’hélice sont décomposées en trois :

- le bruit d’épaisseur (dû à la masse du fluide déplacée par les pales)

- le bruit de charge (produit par les forces exercées sur le fluide par les pales)

- le bruit de cisaillement (négligeable)

 

spectre acoustique d'une helice

 

 

Les appareils tractifs à moteurs réductés dont la vitesse hélice périphérique (en bout de pales) ne dépasse pas 0,65 Mach et qui utilisent des hélices modernes et à haut rendement ne génèrent que très peu de nuisances sonores. Dans ce cas, le bruit perçu provient à 75% du moteur.

 

La problématique de bruit d'hélice se pose essentiellement pour les aéronefs propulsifs (pendulaires, autogires, drones, paramoteurs). En configuration propulsive, 80% du bruit provient des interactions entre l'hélice et le sillage de l'appareil. C'est pourquoi la même hélice, montée sur le même moteur mais sur un ULM différent peut générer des signatures sonores très différentes.

 

Réduire le bruit de l'hélice propulsive commence en priorité par soigner l'aérodynamique de l'aéronef, afin que l'hélice travaille dans un air le moins perturbé possible.

 

eprops noise bruit               eprops quietest propellers

 

 

 

 

 

 

2. Les SOLUTIONS E-PROPS pour ABAISSER le BRUIT des HELICES

 

 

CONCEPTS E-PROPS

Si l'on conserve des concepts d'hélices standards (profils Clark Y, positionnement classique des pales, etc), la diminution des nuisances sonores reste assujettie au difficile compromis entre performances acoustiques et performances aérodynamiques. Il est donc indispensable de passer à d'autres concepts, comme ceux que l'équipe E-PROPS a mis au point : QD2, H2D, SCIMITAR... Ces concepts ainsi que de nouveaux profils de pales permettent d'abaisser le bruit sans diminuer le rendement des hélices concernées.

 

angles_EXC6

hélice EXCALIBUR-6 : léger déphasage des pales (angles différents entre les pales)

comme sur certains rotors anti-couple d'hélicoptères

objectif : réduire le bruit généré par l'hélice

 

PLUG EPROPS

le design des pales SCIMITAR (cimeterre, courbé)

permet une réduction de la signature sonore

 

 

NOMBRE de PALES

Pour réduire le bruit, il est possible d'augmenter le nombre de pales. Ceci n'est vrai que si la forme de la pale est exactement adaptée à la configuration : une pale de bipale qui serait simplement montée sur un moyeu tripale ou quadripale ne serait pas adaptée et le niveau de bruit pourrait être plus élevé.

 

Il est parfois dit qu'une tripale (quelle que soit sa marque) fait plus de bruit qu'une bipale. Pendant des mois, l'équipe E-Props a mené des campagnes d'essais comparatives, avec différentes géométries de pales, dans les mêmes conditions, aux mêmes distances exactement, avec des sonomètres homologués. Les résultats sont sans appel : une tripale ne génère pas un niveau de bruit supérieur à celui d'une bipale. Le bruit est seulement différent, parfois plus aigu, mais le niveau de bruit (mesuré en décibels) est le même, voire moins élevé (cela dépend des géométries de pales). En vol, le cône d'exposition au bruit d'une tripale est moins large que celui d'une bipale : les riverains perçoivent le bruit de la tripale moins longtemps.

 

Chez E-Props, les quadripales ont un design spécial (QD2 : les pales ne se croisent pas à 90°), et ce design permet de réduire le bruit de façon significative. Le bruit est également plus sourd.

Le gain de bruit d'une hélice 4-pales QD2 par rapport à une hélice 4-pales standard est notable : - 3 à 4 dB(A) selon modèle.

 

q-plug

une quadripale PLUG'n'FLY sur un moteur électrique EXOMO : un duo gagnant

 

 

 

ESPACEURS

Une autre solution constiste à éloigner l'hélice du moteur. Les hélices E-PROPS SCIMITAR intègrent un espaceur au moyeu qui permet d'éloigner l'hélice du moteur de 10 mm.

Le gain de bruit d'une hélice SCIMITAR par rapport à une hélice standard est notable : - 4 à 5 dB(A) selon modèle.

 

espaceur scimitar eprops

 

 

 

SAUMONS

Le bureau d'études E-PROPS a longuement étudié les saumons (le bout des pales) pour tenter de trouver un design qui réduirait la signature acoustique des hélices. Plus d'une dizaine de configurations différentes ont été testées, en conservant dans la mesure du possible tous les autres paramètres hélice identiques.

Exemples : découpe du saumon à 45° environ de l'axe de la pale vers l'avant, même chose vers l'arrière, arrondi (standard chez les concurrents), avec winglet vers l'arrière et vers l'avant, avec un petit tube collé en bout (type tuyères anti-vortex), sans fermeture du profil au saumon...

 

tips eprops tests

tips eprops tests

tips eprops tests

tips eprops saumons eprops

test eprops saumons

 

quelques exemples de tests de saumons

 

 

D'un point de vue commercial, un saumon travaillé et exotique aurait été intéressant (marque E-PROPS plus facile à identifier).

Mais d'un point de vue technique, le verdict a été sans appel : les saumons les plus performants en termes de réduction de bruit sont ceux dont la découpe est franche et à 90° de l'axe de la pale. Ils permettent en outre d'obtenir le meilleur rendement - ce qui est étroitement lié.

 

the best tips

la forme de saumon la plus performante en acoustique et rendement

 

 

L'équipe ne s'arrête pas là : le bureau d'études mène des modélisations numériques pour tenter de trouver de nouvelles solutions pour réduire le bruit des hélices. Plusieurs prototypes sont en cours de mise au point, puis des essais au sol et en vol doivent être réalisés pour mesurer les éventuels gains.

 

 

 

 

3. Les TESTS de BRUIT

 

L'arrêté du 24 février 2012 relatif au bruit émis par les aéronefs ultralégers motorisés indique que :

"Tout ULM, en dehors des manœuvres liées au décollage et à l'atterrissage et des vols rasants autorisés, n'émet pas un bruit tel que le niveau sonore mesuré, conformément à la procédure décrite au paragraphe 5 de l'annexe au présent arrêté, soit supérieur à 65 dB(A)."

 

 

Les tests de bruit pour les ULM font l'objet d'une procédure définie dans l'annexe de l'arrêté ci-dessus. Chez E-PROPS, toutes les mesures de bruit sont effectuées en suivant cette procédure, afin de pouvoir comparer exactement les aéronefs et leurs hélices.

 

En résumé :

Le point de mesure acoustique est situé à une distance au sol de 300 mètres du point fixe sur la trajectoire de décollage.

La mesure de bruit est effectuée en phase de décollage, à la masse maximale déterminée par le constructeur et au régime de rotation moteur maximal. Elle s'effectue à l'aide d'un sonomètre répertorié et étalonné.


- Mesure de la hauteur de survol (en m)

- Mesure du niveau maximal de pression acoustique Lm en dB/A

- Mesure de bruit ambiant (avant le passage de l'ULM) en dB/A

 

Les mesures sont ensuite exploitées selon les formules suivantes :

- Niveau de bruit mesuré Lm corrigé d’un facteur dépendant de la vitesse du vent selon la formule :  Lr = Lm + 20*log(14/14-V) 

Où :

V est la vitesse mesurée du vent en mètres par seconde

Lr est le niveau de bruit de référence de l’ULM en dB/A

- Hauteur minimale de vol en croisière h calculée pour que Lh soit égal à 65 dB/A (norme maximale) selon la formule :  h = H*10Lr-65/22

 

 

take off measure noise

mesure de bruit en phase de décollage

 

 

 

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