Hélices Kiwiprops

Bien que cela ne semble pas évident par une observation externe, l’hélice comprend deux butées et un ressort de torsion en acier inox autorisant un angle de rotation entre la pièce moulée qui porte les pales et le moyeu monté sur l’arbre d’hélice et doté de trois rouleaux de marche arrière.

Quand la marche arrière est enclenchée, la pression de l’eau contre les pales provoque la rotation des pales sur le moyeu en comprimant le ressort ce qui provoque l’engagement des rouleaux d’inversion contre l’emplanture de chacune des pales, forçant celles-ci à revenir en position de MARCHE AVANT.

Les butées empêchent toute rotation supplémentaire des pales qui tournent maintenant avec le moyeu. L’hélice fonctionne alors comme un modèle classique à trois pales fixes en marche arrière avec le pas maximum. Le pas de l’hélice n’est pas réglable en marche arrière et se règle automatiquement à l’angle maximum, soit 23,5° environ. Ainsi le bord de fuite de chaque pale devient le bord d’attaque en marche arrière comme c’est le cas d’une hélice à pales fixes. Ce dispositif est différent du mécanisme de toutes les hélices à mise en drapeau par engrenage dont les pales pivotent de 180° dès que la marche arrière est enclenchée.

Le ressort ramène l’hélice à sa configuration normale de marche avant permettant la mise en drapeau des pales dès que l’inverseur revient au point-mort.

Il suffit d’une clef Allen pour régler facilement et rapidement le pas de l’hélice. L’emplanture de chaque lame comprend une vis de réglage en acier inox implantée sur la face arrière pour un accès plus facile. Tournez cette vis d’un tiers de tours pour augmenter le pas de 1°.
Ce réglage se fait facilement sous l’eau avec un équipement de plongée.
Les vis de réglage de pas sont autobloquantes dans les pales dans lesquelles elles usinent l’empreinte des derniers tours comme dans un écrou frein de type Nylstop.
L’emplanture de la pale coïncide avec la ligne de joint du moyeu pour fournir un angle de référence de 20° si aucun rapporteur n’est disponible par exemple quand il faut remplacer une pale. [Cette position correspond à un angle de 18°pour les pales expédiées après le 1e avril 2004 – n° de série supérieur à 446 issues des nouveaux moules].
Fixez la clef Allen à un petit morceau de mousse ou de liège pour assurer sa flottabilité si vous devez intervenir sous l’eau.

Non. Sauf indication contraire, l’hélice est livrée avec un réglage de pas visant à permettre au moteur d’atteindre le régime moteur maximal à pleine puissance déterminé pour chaque moteur neuf pour des questions de garantie.
Ce réglage est basé sur les informations contenues dans notre base de données extensive des moteurs actuellement en service. Un réglage de pas plus important augmente la vitesse de croisière à un régime moteur donné mais ne permet plus d’atteindre le régime et la puissance maximum du moteur.
Chaque installation est cependant différente. L’angle de l’arbre d’hélice, la contre-pression de l’échappement due à l’architecture du bateau ou à la corrosion interne de la ligne d’échappement, le fonctionnement en eau de mer ou en eau douce, l’altitude du plan d’eau, la propreté de l’hélice, l’âge et le taux de compression du moteur, les accessoires auxiliaires tels que compresseurs et alternateurs ont un impact non négligeable sur le régime que le moteur peut atteindre. Sur les petits moteurs auxiliaires installés d’origine par les chantiers, ces accessoires peuvent avoir un effet disproportionné sur le régime moteur possible.
De manière générale, 80% des utilisateurs ne modifient jamais le réglage original du pas de l’hélice.

La réponse est non dans tous les cas.

Le pas n’est pas réglable en marche arrière mais se cale automatiquement au maximum. Cette caractéristique correspond aux situations réelles en navigation où il est inhabituel de nécessiter la puissance maximale en marche arrière pour les manœuvres normales. Et quand cette puissance est nécessaire, un pas plus grand est toujours préférable à un pas insuffisant. De nombreux inverseurs modernes, par exemple celui des moteurs Yanmar, offrent un rapport de réduction de 3,2:1 en marche arrière, quel que soit le rapport en marche avant, qui est généralement de 2,2, 2,3 ou 2,6:1. Cet écart explique les très médiocres performances en marche arrière, de nombreuses hélices à pales repliables dont l’arbre tourne plus lentement en marche arrière qu’en marche avant.

Le concept Kiwiprop règle ce problème et offre des performances exceptionnelles en marche arrière.

Toutes les hélices à mise en drapeau ont des pales plates pour réduire la trainée sous voile sans force rotative. Le pas des hélices classiques est progressif et augmente à mesure qu’on se rapproche de l’emplanture pour tenir compte de la diminution de la vitesse périphérique corrélative à la réduction du diamètre. Pour déterminer une équivalence avec le pas en pouces il faut donc tenir compte de la modification du pas sur tout le diamètre.

De manière empirique, l’expérience permet de dire que sur une hélice 17″ un angle de pas de 21° équivaut à un pas de 12 pouces.

Bien évidemment, avec un plus grand diamètre, le même angle produit un pas en pouces plus important. Il est donc préférable d’exprimer le pas en degrés d’angle pour les hélices à mise en drapeau.

Contrairement à d’autres hélices repliables ou à mise en drapeau, les hélices Kiwiprop peuvent être posées telles quelles, sans aucun démontage. Après les contrôles appropriés décrits dans le manuel utilisateur, l’hélice peut être montée sur le cône, ou les cannelures dans le cas d’une embase Saildrive. Il suffit ensuite de serrer l’écrou avec un carré standard ½ » pour clé à douille. Bloquez ensuite l’écrou avec les 2 vis de réglage en acier inox sur l’arrière du moyeu en les bloquant à l’aide de Loctite et l’hélice est prête à l’emploi.

De toute évidence, les pales ne sont pas aussi solides ni aussi rigides que des pales en bronze, mais la vraie question est de savoir si elle sont suffisamment solides pour l’usage pour lequel elles ont été conçues. La quasi totalité des avions modernes sont équipés d’hélices en matériau composite.

En rapport de poids, le Zytel contient environ 35 % de verre ce qui en fait un matériau à la fois très solide et très rigide. La couleur noire n’est pas due à la présence de carbone ce qui élimine un facteur de corrosion. Le site Internet de DuPont contient une information technique exhaustive sur les caractéristiques physiques des nombreuses variantes de Zytel que la société produit.

Avec le choix d’une hélice à 3 pales plutôt que 2, les forces appliquées à chaque pale passent immédiatement de 50 % à 33 % du total des contraintes mécaniques appliquées à l’hélice. Un autre aspect entrant en compte dans la conception est les réductions de coûts inhérentes au choix d’un matériau composite permettant dans une situation catastrophique, de sacrifier une pale sans conséquence pécuniaire importante. Après un impact important à son extrémité (surface qui reçoit toujours les chocs en premier), les pales se déchirent invariablement au-delà de l’extrémité extérieure de la cavité de fixation, laissant toutes les autres pièces intactes.

Nous somme convaincus qu’il est préférable de perdre une pale facilement remplaçable et dont le prix n’excède pas 100 €, plutôt que l’hélice entière ou la transmission après un échouage ou un choc avec un tronc d’arbre ou une chaîne de mouillage. Le coût peut encore être beaucoup plus élevé avec une motorisation saildrive où c’est la totalité de l’embase qui peut être endommagée.

Les cordages pris dans l’hélice font simplement caler le moteur et jusqu’à présent les rapports que nous avons reçus sur ce type d’incidents indiquent que les hélices Kiwiprop en sont toujours sorties intactes. La forme des pales avec les bords d’attaque bien arrondis à l’emplanture a été conçue pour faire face à ces problèmes.

Jusqu’à aujourd’hui nous n’avons jamais eu à réparer une pale et nous sommes convaincus que leur résistance correspond bien à l’application prévue. N’oubliez pas que les hélices en composite sont maintenant disponibles pour les moteurs hors-bord jusqu’à 250 cv.

En d’autre termes, elles sont largement assez solides !

Si vous êtes propriétaire d’un catamaran sans quille sur lequel les hélices touchent le fond en premier en cas d’échouage, nous vous conseillons d’embarquer un jeu de pales.

Si vous vous embarquez pour une grande croisière avec la perspective de vous retrouver parfois dans des régions très isolées ou si vous devez naviguer dans des régions pavées de blocs de coraux ou caractérisées par un risque important de rencontrer des débris flottants, n’hésitez pas à embarquer une pale, voire un jeu de pales de rechange.

Dans de nombreux cas, l’assurance la plus économique et la plus sûre consiste à emporter une hélice de rechange à trois pales fixes qui vous permettra toujours de rallier un port.

Nous pensons cependant que, pour la grande majorité des plaisanciers, il n’y a ni plus ni moins de nécessité d’embarquer des pales de rechange que pour tout autre type d’hélice. En dehors des situations indiquées ci-dessus, nous recevons très peu de commandes de pales de rechange.

Ce sujet est développé dans le manuel utilisateur mais en résumé, l’hélice telle qu’elle est livrée, contient suffisamment de lubrifiants pour ne nécessiter aucune intervention jusqu’au carénage suivant. Il faut graisser chaque pale via le trou de graissage en enlevant la petite vis Pozidrive en inox sur la face de chaque pale. L’hélice comprend également deux petits trous de graissage supplémentaires, un très près du cône avant en Delrin™ dans la pièce en bronze moulé qui encaisse la poussée des vis de pas et une près du périmètre extérieur de la pièce bombée en bronze dans la partie arrière de l’hélice. Les trous sont chanfreinés de sorte à permettre l’emploi d’un graisseur à embout fin. Il faut enlever la protection extérieure du graisseur.

Il faut remplir chacun de ces cinq points de graissage de graisse marine de qualité supérieure, par ex. Graisse marine Shell™ Nautilus – NLGI N° 2.

Vérifiez que les rouleaux de marche arrière pivotent librement et facilitez la rotation avec un lubrifiant léger – tel que CRC, utilisez des pinces si nécessaire. Ces rouleaux peuvent à la longue, être freinés par des dépôts marins lorsque l’hélice n’a pas été utilisée pendant un certain temps.

Pour obtenir un écoulement laminaire de l’eau guidé par la coque et qui influence les performances de l’hélice, toutes les hélices ont besoin d’un minimum d’écart entre les pales et la coque. Un espace trop étroit peut également provoquer la transmission de vibrations à travers la coque. En effet lorsque dans leur rotation, les pales passent à proximité de la coque, les turbulences causées par le déplacement de l’eau incompressible, peuvent générer ces vibrations.

Certaines méthodes empiriques préconisent un espace libre égal au minimum à 10 % du diamètre de l’hélice – mais un espace plus important nécessite souvent une inclinaison plus importante de l’arbre ce qui altère les performances de l’hélice.

En raison de la faible vitesse, caractéristique des voiliers à déplacement faiblement motorisés, cet espace n’est pas un facteur aussi critique que dans de nombreuses autres configurations.

Avec des extrémités fines, contrairement aux hélices à pales repliables qui utilisent la masse des extrémités pour créer la poussée en marche arrière à l’aide de la force centrifuge générée, notre expérience empirique montre qu’une diminution de cet espace est virtuellement sans effet sur les performances ou les vibrations.

Nous recommandons un écart minimal de 12 mm (½”) , mais de toute évidence un espace plus important est meilleur.

En bref – si la vitesse de rotation de l’arbre est supérieure à 1500 t/min [Diviser le régime moteur maxi par le rapport de réduction de l’inverseur], si l’angle d’inclinaison de l’arbre d’hélice est important, si la surface des pales est très réduite ou si l’hélice tourne dans un flux d’eau toujours turbulent, aucune hélice, y compris une Kiwiprop, ne peut atteindre son niveau d’efficacité optimale.

L’amélioration éventuelle des performances dépend principalement du niveau d’optimisation des performances de votre hélice actuelle que la configuration existante permet d’atteindre.

Nous considérons qu’une hélice Kiwiprop atteint à très peu près les performances d’une hélice à trois pales fixes avec peut-être une perte de vitesse d’environ 0,1 à 0,2 nœud au régime moteur de croisière.

Par expérience nous savons cependant que dans de nombreux cas l’hélice d’origine n’est pas parfaitement adaptée. Dans cette situation, l’hélice Kiwiprop permet d’atteindre des performances supérieures au moteur.

Très souvent l’hélice Kiwiprop est montée en remplacement d’une hélice à deux pales fixes avec une surface de pales insuffisante ou d’une hélice à trois pales fixes mal dimensionnée à l’origine. Le pas variable permet un réglage optimal économique, contrairement aux coûts liés à la nécessité d’accroitre le stock de modèles d’hélices à pas fixe.

Reportez-vous aux témoignages d’utilisateurs de notre site internet pour des exemples spécifiques concernant les moteurs et les transmissions les plus répandus.

Il est toujours très difficile de fournir des données précises en raison du nombre de variables à prendre en compte. Selon les résultats des études en laboratoires publiés par le MIT, une hélice à trois pales fixes de 16” crée une trainée supérieure à 30 kg à 8 nœuds. Ce chiffre a été publié par la revue « Practical Sailor » dans les numéros d’octobre 1993 et janvier 1995. [Reportez-vous à notre site Inernet].

Cette valeur a une influence significative sur les performances sous voile. Nos connaissances empiriques nous permettent d’affirmer que sur une coque standard de 30 à 40 pieds naviguant au près par 15 nœuds de vent, la vitesse augmente d’environ 0,75 nœuds tandis que l’angle de remontée est amélioré de 10 degrés, ce qui se traduit par une amélioration significative de la VMG par rapport au même bateau équipé d’une hélice à trois pales fixes.

Au portant le gain de vitesse peut atteindre 1,5 nœuds – en fonction encore une fois des caractéristiques spécifiques du navire et de la situation rencontrée.

En bref, l’amélioration des performances sous voile est spectaculaire et c’est une raison importante pour adopter cette hélice en remplacement d’une hélice à pales fixes.

Par rapport à une hélice repliable, les performances à la voile restent inchangée, mais l’amélioration de l’efficacité en marche arrière est spectaculaire.

Les extrémités des pales de l’hélice Kiwiprop sont fortement biseautées pour deux raisons.

Tout d’abord, le profil de la section de la pale doit passer dans un flux et activer la mise en drapeau même quand l’hélice est montée sur un arbre qui forme un angle non seulement avec la ligne de flottaison et encore plus avec l’orientation des filets d’eau parallèles aux lignes d’élancement arrière de la coque qui remontent invariablement dans la zone de la poupe près de l’hélice.

Les extrémités biseautées permettent de maintenir la stabilité de l’angle d’attaque de chaque pale en fonction de leur position respective par rapport aux filets d’eau dont l’écoulement est perturbé par l’angle de l’arbre d’hélice et l’inclinaison des élancements arrière. De plus comme le rapport entre le diamètre d’une hélice et la puissance nécessaire est d’environ 1/5, il est clair que l’essentiel de la poussée est produit par les extrémités.

Ce principe est depuis longtemps connu des ingénieurs en aéronautique – il suffit d’observer la forme des pales d’hélicoptère les plus récentes ou des hélices des nouveaux turbopropulseurs des avions court-courrier, ce qui donne une bonne indication de la tendance actuelle.

Il est donc particulièrement important d’accorder l’importance qu’il mérite au profil de la section des pales à leur extrémité. En propulsion contrairement à la position en drapeau, la forme de l’extrémité des pales correspond à ce qui se voit généralement sur les meilleures hélices actuellement disponibles sur le marché. Selon des critères définis, la forme du profil est comparable pour les applications aéronautiques et marines.

Ces contraintes de conception ont pour effet qu’il faut prévoir un diamètre au niveau des extrémités des pales supérieur à celui d’hélices comparables.

En prenant la mesure au milieu de la distance entre le bord d’attaque plus court et le bord de fuite plus long, on obtient un diamètre “moyen“ qui est en gros équivalent à celui des hélices concurrentes.

Nos préconisations se basent donc sur ce que nous appelons le “ diamètre nominal“ qui est environ 13 mm inférieur au diamètre extérieur maximum mesuré en fonction de l’espace disponible et généralement environ 13 mm supérieur au recommandations s’appliquant aux modèles concurrents.

Un avertissement approprié est clairement indiqué dans le formulaire de devis. Si un système plus simple existait, nous l’utiliserions sans hésiter, mais dès lors qu’il faut prendre en compte l’extrémité biseautée, ces problèmes de mesure sont malheureusement inévitables.

L’hélice portant le n° 17 a été installée en novembre 1997 sur “REWARD” – un Lidgard 44 équipé d’un moteur Bukh 48 à embase saildrive qui a énormément navigué depuis.