Questions sur les moteurs à pistons

Bonjour,
Je m’intéresse d’un peu plus près aux moteurs à pistons à quatre temps, notamment ceux des avions. Certains de ces avions vont avoir une hélice à calage fixe, le seul paramètre que l’on peut faire varier est la puissance du moteur ce qui va modifier le régime moteur.
D’autres vont avoir une hélice à calage variable et on aura alors deux paramètres, la puissance et la vitesse de rotation de l’hélice et, donc, du moteur. Pour moi, dans ma tête de grand novice en mécanique, la puissance d’un moteur était étroitement liée à sa vitesse : plus il tourne vite, plus il est puissant et inversement. Seulement il apparaît que non et que l’on peut changer ces paramètres indépendamment.

J’ai donc 4 questions :

• Comment varie la vitesse du moteur dans le cas d’une hélice à calage fixe ?
• Que représente cette puissance du moteur si ce n’est sa vitesse de rotation ?
• Quel est l’intérêt de gérer indépendamment la vitesse et la puissance du moteur (en aéronautique) ? Si j’augmente la puissance, j’accélère et si j’augmente la vitesse de rotation… j’accélère aussi, non ?

Merci à vous

Comment varie la vitesse du moteur dans le cas d’une hélice à calage fixe ?

Ben, exactement comme sur une voiture, avec le carburateur, en faisant varier les proportions du mélange air/essence, non ?

Que représente cette puissance du moteur si ce n’est sa vitesse de rotation ?

Ben, une puissance — exprimée généralement en watts (W) ou en cheval-vapeur (cv), ce n’est pas une vitesse de rotation — exprimée en tours/minutes, radians/secondes ou quelque chose dans le genre. Toutefois, si mes souvenirs de mécanique sont bons, il existe une relation entre la puissance $P$ du moteur, sa vitesse de rotation $V$ et son couple $C$ : $P = V × C$.

Pour moi, dans ma tête de grand novice en mécanique, la puissance d’un moteur était étroitement liée à sa vitesse : plus il tourne vite, plus il est puissant et inversement.

Non, il y a la notion de couple. Par exemple, si tu roules en voiture sur l’autoroute et que tu passe le point mort, et que tu néglige les frottements, même si le moteur tourne encore, sa puissance est nulle à cet instant. Autre exemple, lorsque tu utilise le frein moteur, ben le moteur freine alors qu’il tourne toujours dans le même sens : puissance négative.

Dans le cas particulier d’une hélice d’aviation, il y a une limite à la vitesse de l’hélice : le bord des pales ne peut pas s’approcher ou dépasser le mur du son (et si ça arrive, c’est la merde). D’où l’un des intérêts d’une hélice à pas variable.

D’autre part, un moteur à un régime donné (sans faire varier l’admission) va te donner une puissance et un couple donné (ce qui permet de tracer de jolies courbes comme celle-ci) — qui sont donc la puissance et le couple maxi pour le régime moteur.

Sachant que en gros le couple permet l’accélération et la puissance la vitesse (ex : un moteur peu puissant avec beaucoup de couple permettra d’aller pas vite mais d’arriver rapidement à la vitesse limite ; un moteur puissant avec peu de couple permettra d’aller vite mais il faudra accélérer longtemps avant d’arriver à la vitesse maxi), ça peut être intéressant d’avoir un moyen autre d’agir sur la vitesse.

Salut,

• Comment varie la vitesse du moteur dans le cas d’une hélice à calage fixe ?

Dans ce cas, la vitesse au moyeu (en bout de pale elle est différente) de l’hélice sera la même que celle du moteur. En effet, l’hélice est fixée sur le vilebrequin. Sauf si le moteur tourne trop vite (Rotax par ex.), on intercale alors un réducteur entre le moteur et l’hélice. Pour faire varier la vitesse du moteur, tu agis sur la manette des gazs qui permet de faire entrer une quantité + ou - importante de mélange dans les cylindres.

• Que représente cette puissance du moteur si ce n’est sa vitesse de rotation ?

Voir la réponse de motet-a

• Quel est l’intérêt de gérer indépendamment la vitesse et la puissance du moteur (en aéronautique) ? Si j’augmente la puissance, j’accélère et si j’augmente la vitesse de rotation… j’accélère aussi, non ?

Pour une hélice à pas fixe, vitesse et puissance sont liées. Par exemple, pour un Lycoming O-235 (que tu retrouve sur les robin en école) à 2800 tr/min il développera sa puissance max soit 118cv. Cependant, afin de limiter l’usure moteur et d’avoir une consommation trop importante au regard des performances, on n’utilise ce point de fonctionnement que pour le décollage ou les montées. La majorité du vol (croisière) il fonctionnera en général à 75% de sa puissance ce qui correspond à 2500 tr/min.

Ben, exactement comme sur une voiture, avec le carburateur, en faisant varier les proportions du mélange air/essence, non ?

Pour la puissance c’est ça, j’imagine que le régime varie dans le même sens.

Non, il y a la notion de couple. Par exemple, si tu roules en voiture sur l’autoroute et que tu passe le point mort, et que tu néglige les frottements, même si le moteur tourne encore, sa puissance est nulle à cet instant. Autre exemple, lorsque tu utilise le frein moteur, ben le moteur freine alors qu’il tourne toujours dans le même sens : puissance négative.

Je ne conduis pas de voiture encore et je n’y connais rien en moteur, mais je pense avoir compris ce que tu veux dire.

Dans le cas particulier d’une hélice d’aviation, il y a une limite à la vitesse de l’hélice : le bord des pales ne peut pas s’approcher ou dépasser le mur du son (et si ça arrive, c’est la merde). D’où l’un des intérêts d’une hélice à pas variable.

Je n’y avait pas pensé, merci !

Sachant que en gros le couple permet l’accélération et la puissance la vitesse (ex : un moteur peu puissant avec beaucoup de couple permettra d’aller pas vite mais d’arriver rapidement à la vitesse limite ; un moteur puissant avec peu de couple permettra d’aller vite mais il faudra accélérer longtemps avant d’arriver à la vitesse maxi), ça peut être intéressant d’avoir un moyen autre d’agir sur la vitesse.

Il faut vraiment que je regarde de plus près comment fonctionne un moteur. Ce que j’ai compris c’est que la manette des gaz est un moyen d’agir sur la vitesse de rotation mais qu’il est intéressant d’agir sur le calage de l’hélice afin d’arriver plus vite à certaine vitesse.

Merci bozu pour tes réponses, elle m’ont bien aidé. J’ai bien compris ton exemple de l’hélice à pas fixe. Du coup, pour une hélice à pas variable, on sépare les deux paramètres afin de garder une puissance élevée (par exemple) et une consommation pas trop importante en optant pour un grand calage (l’hélice brasse ainsi plus d’air), c’est ça ?

Parfait, merci !