Plus l'hélice tourne vite, plus elle "tire", et plus l'avion accélère. Toutefois, il y a une limite, ou plutôt 2. La première, c'est la diminution de l'angle alpha avec la vitesse si le pas reste inchangé, donc, pour une hélice à pas fixe. On peut l'illustrer ainsi:

La deuxième limite, c'est la vitesse en bout de pale qui ne peut pas devenir supersonique.

Souvenez-vous des phénomènes transsoniques (vibrations, décollement de la couche limite après l'onde de choc, augmentation de la trainée car l'air n'est plus "averti") dont nous avons parlés à la page : effets des ondes de choc.

Pour corriger ces deux limitations, on a mis au point un système de variation de pas automatique, réagissant, non pas en fonction de la vitesse de l'avion, mais en fonction du régime moteur.

Explication: le système fonctionne grace à une commande de variation de pas solidaire de 2 masses soumises à la force centrifuge due à la rotation de l'axe du moteur.

Grâce à un tel système, on peut obtenir que l'hélice tourne TOUJOURS à la même vitesse, quoiqu'il arrive.

Si le pilote veut accélérer en augmentant les gaz, toute augmentation, même légère du régime moteur, entrainera une augmentation du pas avec pour conséquence, une augmentation de la force de traction.

D'un autre côté, l'augmentation du pas entraine aussi une augmentation de la trainée aérodynamique des pales. Le moteur a plus de puissance (plus de gaz) mais doit vaincre aussi plus de résistance (trainée des pales plus grande car pas plus grand). L'une équilibrant l'autre, le régime moteur ne change pas, et le surplus de puissance donné par l'augmentation des gaz se traduit plutôt par une augmentation du pas plutôt que de la vitesse de rotation.

L'avion accélère avec un pas en augmentation, et une vitesse de rotation de l'hélice constante.

Dans une descente prononcée (ou mieux, un piqué) la vitesse de déplacement de l'avion augmente sans avoir besoin de mettre plus de gaz. On sait (voir plus haut) que si Vd augmente, alpha () diminue. Si alpha diminue, la trainée des pales diminue (la trainée d'un profil est proportionnel à son angle d'attaque. voir aux pages: les dispositifs hypersustentateur, et: la formule de portance). Si la trainée des pales diminue, le moteur a plus facile, et son régime monte.

Avec le dispositif décrit plus haut: non. Dès que le moteur aura "envie" de tourner plus vite, le système augmentera le pas, ce qui augmentera aussi la trainée des pales ainsi que la résistance "ressentie" par le moteur. Il est donc évident que le risque de surrégime est aussi écarté...

La plupart des hélices de petits avions sont à 2 pales comme ceci:

A gauche, avec un cône central, appelé "casserole", servant à abriter le système de variation de pas et à assurer un peu plus d'aérodynamisme. A droite, l'hélice la plus simple, sans "casserole" ni pas variable.

D'autres hélices, par contre, ont 3, 4, 5, et plus de pales, pourquoi ?

Il est préférable d'avoir un minimum de pale, car chaque pale produit une trainée. Le nombre idéal de pales est donc le nombre minimum capable de transformer toute la puissance du moteur en traction sans devoir tourner trop vite. Plus le moteur sera puissant, plus il faudra de pales pour utiliser toute cette puissance en tournant à vitesse raisonnable. En effet, la vitesse en bout de pale est de: vitesse de rotation fois deux pi fois rayon de l'hélice. Pour un hélice de 2 mètres de diamètre tournant à 2400 tours/minute (40 tours/seconde), la vitesse en bout de pale est de: 40*2**1 = 251.2 m/s, soit : 904.32 km/h ! Bien sur, j'ai choisi une grande hélice (2 mètres), mais quelle vitesse! Et encore, il faut maintenant la combiner avec la vitesse de l'avion comme ceci:

A, c'est la vitesse de l'avion. B, c'est la vitesse de rotation en bout de pale. R, c'est la combinaison des 2.
Que vaut R ?

En déplaçant la flèche A à droite, c'est à dire à la pointe de B, on forme un triangle rectangle où R est l'hypothénuse. On sait, depuis Pythagore, que le carré de l'hypothénuse est égal à la somme des carrés des deux autres côtés. Donc, on aura : R² = A² + B². Dans notre exemple, la vitesse en bout de pale était de 251.2 m/s (904.32 km/h).

En imaginant que notre avion vole à 540 km/h (150 m/s), la composition des vitesses en bout de pale donne : V² = 150² + 251.2² = 22500 + 63101.44 = 85601.44.
Si V² = 85601.44, alors, V =85601.44 = 292.57 m/s = 1053.27 km/h.

La vitesse en bout de pale est donc déja de plus de 1053 km/h alors que l'avion n'est qu'à 540 km/h. Le risque est grand de dépasser le mur du son en bout de pale. Il suffit de se référer à la page, effets des ondes de choc pour se convaincre que ce n'est pas recomandé pour une hélice (vibrations, décollement de la couche limite derrière l'onde de choc entrainant une diminution d'efficacité etc..).

Si, donc, un avion est équipé d'un moteur particulièrement puissant, et si une hélice bipale, quelque soit son profile et son pas, ne peut absorber toute cette puissance à elle seule, quelle autre option reste-t-il que d'augmenter le nombre de pale ?

Exemple: l'hélice de l'airbus A 400 M de transport militaire:

Et que dire de cet Antonov ?

Certains avions utilisent une ou plusieurs hélices carénées, un avantage ? oui et non.

Oui, essentiellement parceque les tourbillons qui se forment à l'extrémité de chaque pale (comme au bout d'une aile, souvenez vous de la trainée induite) ne peuvent se former du fait de la présence du carénage à l'extrémité de la pale. Souvenez-vous, sur une aile, ces tourbillons diminuent la portance et augmentent la traînée, de la même manière, sur une hélice, ces tourbillons diminuent la force de traction, et augmentent la traînée.

Les tourbillons d'extrémités de pale (en 2) ne peuvent se former si l'espace entre l'hélice et le carénage (au bout des flèches, dessin 3) est suffisamment petit.

A la question concernant l'éventuel avantage de l'hélice carénée, j'ai répondu : oui et non. On vient de dire pourquoi oui, la réponse non vient du fait que cet avantage n'est réel qu'à faible vitesse. À haute vitesse, la trainée aérodynamique produite par le carénage lui même, est supérieure au bénéfice obtenu. Donc, tout dépend de la vitesse à laquelle on veut voler.