Equilibrage dynamique de l'hélice : Balance Masters
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Technique




Equilibrage dynamique de l'hélice
Par Jacques Foucher
uillet 2014

Balance Masters : test utilisateur (part. 1)

Certains pilotes ULM ou avion se plaignent de vibrations ressenties ''du côté'' du GMP. Il suffit parfois de changer une pale d'hélice, parfois de faire équilibrer ladite hélice, et parfois... rien n'y fait. A croire que la sortie de moteur ou de réducteur est faussée, alors qu'il n'en est rien. Un système existe, qu'il convient a minima de connaître. Et pourquoi pas de l'essayer comme l'a fait Jacques Foucher.




Un principe vieux de 75 ans

Je suis tombé sur un article américain vieux d'une dizaine d'années, décrivant un système destiné à parfaire l'équilibrage de mon vénérable Rotax. Son nom : le Balance Masters. Il s'agit d'un dispositif destiné à rétablir l'équilibrage dynamique d'une pièce en rotation, donc d'une hélice en rotation. Curieux de nature, je décide de m'informer plus avant. Le principe du Balance Masters remonte aux années 1938 à 1940, durant lesquelles les techniciens allemands associés aux mises au point du premier turbo réacteur axial BMW développent un système à monter sur l'axe de la turbine, composé d'un disque ayant à sa périphérie un logement dans lequel sont introduites des billes d'acier circulant dans un mélange d'huile destiné à amortir leur déplacement lorsque le disque est mis en rotation. Le dispositif répond à la troisième loi de Newton, qui (en résumé) dit que ''toute action entraine une réaction de force égale mais opposée''.



Balance Masters est fabriqué par une société américaine qui s'est intéressée aux Rotax 912 et 914. La partie circulaire contient du mercure en périphérie, un métal liquide suffisamment lourd pour être efficace.




L'équilibre des forces

Pour comprendre en quoi ce dispositif peut nous intéresser, il faut assimiler qu'un balourd, un défaut d'équilibrage de l'hélice, est comparable à un poids involontaire disposé quelque part sur l'hélice et qui, du fait de la force centrifuge née de la rotation, ''tire'' le moteur vers l'extérieur sur le plan radial. Disons que dans ce cas, le centre du cône d'hélice décrit un petit cercle autour de son axe, dont le diamètre dépend de l'importance du balourd. Ce cercle est ressenti par le pilote : c'est la vibration. De plus, un observateur extérieur peut distinguer le mouvement excentrique de la pointe du cône.



L'installation du Balance Masters ne requiert pas de connaissances particulières en mécanique ; on dépose le cône, puis l'hélice (l'entretoise s'il y a lieu), on place la rondelle d'équilibrage, puis on remonte le tout à l'inverse.




Equilibrage dynamique d'une hélice

En temps normal, pour équilibrer dynamiquement une hélice, il faut un dispositif qui mesure l'amplitude du déplacement du déplacement du moteur. Soit le cercle est petit car le balourd est faible, soit le cercle est grand car le balourd est important. Ce dispositif de mesure est composé d'un accéléromètre. Ensuite, pour savoir où est placé le balourd sur l'hélice (en gros quelle pale est concernée), il suffit de placer un repère sur une pale, et de mesurer le moment ou l'accélération est la plus forte par rapport à ce repère. L'accéléromètre va permettre de savoir quelle est l'amplitude du déséquilibre en fonction du signal qu'il va générer : en effet, plus le balourd sera important, et plus le signal mesuré sera fort. Le repère sur la pale d'hélice est un réflecteur adhésif collé sur un pied de pale ; capteur optique ''voit'' le réflecteur et synchronise la position par rapport au signal maximum de l'accéléromètre. Pour illustrer le dispositif, il suffit d'imaginer un cadran de montre : le passage du défaut d'amplitude maximum Lambda se situe à l'heure H. Ensuite, un calcul permet de définir quel ''contrepoids'' fixer et à quel endroit, pour rétablir l'équilibre. En effet, le poids d'équilibrage dynamique dépend du diamètre de l'endroit où il est fixé. Sur nos petits moyeux d'hélice ULM, les poids sont généralement fixés sur la flasque du cône d'hélice. Tout ceci est très bien en théorie, sauf qu'on ne trouve pas un accéléromètre sous le sabot d'un canasson et qu'en acheter un est plus dispendieux que changer d'hélice. Pour un usage unique, c'est aussi grotesque que financer la campagne présidentielle d'un candidat UMP. En revanche, qu'une entité comme la FFPLUM ou un comité régional s'équipe d'un tel instrument pourrait être une idée à approfondir, dès lors qu'on milite pour la sécurité et qu'on se dote déjà d'un atelier mobile et de mécaniciens talentueux. D'autant qu'une lecture sérieuse du manuel Rotax (912) informe que l'équilibrage dynamique est nécessaire.



Montage du Balance Masters sur l' Evektor Eurostar de Jacques Foucher




La rondelle magique

Donc si on rencontre des vibrations, on est en droit de penser que l'équilibrage de l'hélice est mauvais. Cela peut aussi venir d'un défaut de planéité (tracking), d'un réglage mal synchronisé des pales, d'un faux-rond du moyeu, d'un serrage mal équilibré... Ensuite viennent les problèmes de carburation, les défauts aérodynamiques de l'aéronef, jusqu'au tremblement des genoux du passager mort de trouille à vos côtés. Mais restons-en à l'équilibrage de l'hélice, ou plutôt à son déséquilibre. A défaut de posséder le matériel de diagnostic ad-hoc, on peut s'orienter vers le ''machin'' décrit dans l'article auquel je faisais référence plus haut. Balance Masters, puisque c'est son nom, est une rondelle qu'on installe entre l'hélice et le porte-hélice, derrière le flasque du cône. En cas de montage d'une entretoise, le Balance Masters reste au plus près du moteur. Je me suis donc laissé séduire par cette rondelle et l'ai installée. Il faut préciser que des fissures sur l'échappement de mon Evektor Eurostar m'ont sensibilisé aux problèmes des vibrations, qu'une synchronisation minutieuse n'a pas éliminées. Le Balance Masters est donc l'oeuvre d'une société américaine qui s'est intéressée aux Rotax 912 et 914. Elle a créé cette pièce circulaire contenant en périphérie, non pas des billes circulant dans de l'huile, mais du mercure. Ce métal liquide suffisamment lourd pour être efficace, est placé à la fabrication entre deux parois embouties constituant le dispositif. L'objet pèse 285 grammes ; la paroi de serrage mesure 1,5 mm d'épaisseur. Le montage derrière l'hélice DUC qui tracte mon ULM, ne nécessite pas de remplacer les vis d'origine. Quant au diamètre, il n'est pas assez encombrant pour frotter sur le capot moteur.



Plus petit que le cône, le flasque d'équilibrage est presque invisible.






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