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Recherche des conditions optimales pour obtenir un bon rendementAfin d'obtenir de meilleures performances, il est possible de modifier certains paramètres des composants de la turbine. L'hélice : | Plusieurs facteurs entrent en jeu :
- le pas de l'hélice : plus celui-ci sera faible, plus l'inclinaison des bords d'attaque et des bords fuite sera faible et donc peu de pales seront nécessaires pour l'hélice afin de ne pas obstruer la circulation de l'eau. Cependant si le pas de l'hélice est important, alors l'inclinaison des bords d'attaque et de fuite sera importante d'où une meilleure circulation de l'eau nous permettant ainsi d'augmenter le nombre de pales qui varie entre 2 et 4. Un faible pas favorise l'accélération tandis qu'un pas élevé favorise la vitesse de pointe.
Pour un bon compromis, les jets ski sont souvent équipés d'une hélice à 3 pales.
- la vitesse de rotation : lorsque la vitesse de rotation de l'hélice s'élèvera, la vitesse de circulation de l'eau le sera d'autant plus et celle-ci est limitée à 8000 tr/min. En effet, si cette limite venait à être dépassée un phénomène de cavitation apparaîtrait. Celui-ci se crée lorsque la vitesse d'une hélice donnée est trop importante. Il se forme une cavité remplie d'air dans l'eau en mouvement au niveau des extrémités des pales lorsque la pression de l'eau devient inférieure à la tension de l'air brassé par les pales. Le phénomène se propage ensuite sur toute la surface des pales. La cavitation est à éviter car elle entraîne une diminution du rendement puisqu'on brasserait de l'air à la place de l'eau.
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| Le corps de turbine : |  | On peut faire varier le nombre de redresseurs de flux.
Ce sont des pales pliées aux environs du tiers de leur longueur, l'angle d'inclinaison du pli varie en fonction de leur nombre qui est compris entre 6 et 14. L'angle d'inclinaison diminue lorsque le nombre de redresseurs de flux augmente car le travail de redressage est mieux réparti entre eux, l'eau tourbillonne donc moins lors de son expulsion de la turbine et nous avons ainsi un meilleur rendement. Cependant, le nombre de redresseurs de flux et leur angle d'inclinaison sont limités par le diamètre de la turbine afin de ne pas obstruer le conduit, ce qui empêcherait la bonne circulation de l'eau. Le meilleur compromis pour un nombre de redresseurs important et des angles d'inclinaison faibles est un corps de turbine possédant 12 redresseurs de flux.
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|  | | Représentation des vecteurs vitesse pour un nombre de pales différent : |
| A la sortie du corps de turbine, l'eau continue de tourbillonner de manière plus ou moins importante, d'où l'inclinaison des vecteurs vitesse par rapport à l'axe (Ox).
or en projetant sur (Ox) qui est la direction du jet-ski, on constate que v1<v2.
Il est donc préférable d'opter pour le plus grand nombre de redresseur de flux possible dans la mesure où l'on n'obstrue pas la circulation de l'eau.
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| La tuyère fixe : |  | Il est possible de modifier le diamètre de sortie de la tuyère fixe et donc la section de sortie. Ainsi, comme on l'a vu précédemment, plus on diminue la section de sortie et plus l'effet Venturi est accentué, ce qui entraîne une augmentation de la vitesse de sortie de l'eau et donc une vitesse plus importante pour le jet-ski.
Par exemple, pour le jet-ski étudié (Seadoo GTX 4Tec), avec une rotation de l'hélice maximale on a :
Diamètre entrée : D1 = 16 cm
Diamètre sortie : D2 = 10 cm
Vitesse maximale de sortie de l'eau : v2 = 120 km/h (pour une vitesse d'avance du jet-ski de 110 km/h)
Pression de sortie de l'eau : P2 = 100 bar = 10 Pa
Calculons la vitesse d'entrée de l'eau dans la tuyère fixe :
D'après la relation établie précédemment v2/v1=s1/s2
V1= 13,03 m.s-1 = 47 km.h-1
Nous en déduisons ainsi la pression d'entrée grâce au théorème de Bernoulli :
P1= 104 Pa
En conservant la vitesse de rotation de l'hélice, étant donné que l'on ne peut pas changer le diamètre d'entrée de la tuyère fixe car il est lié à celui du corps de turbine et de l'hélice (donc v1 est conservée), nous pouvons seulement modifier le diamètre de sortie de la tuyère fixe. Nous pouvons donc nous demander quel serait le diamètre minimal à atteindre pour une vitesse maximale en sortie.
D'après le théorème de Bernoulli, pour une section donnée, plus la vitesse est élevée et plus la pression est faible. Ainsi, le diamètre minimal est atteint lorsque la pression de l'eau expulsée est égale à la pression de l'eau du milieu extérieur. Sinon cette dernière pénètrerait dans la tuyère et le jet-ski ne serait plus propulsé.
Sachant que la tuyère se situe à environ 30 cm de profondeur, nous pouvons calculer la pression de l'eau à l'aide du théorème de Bernouilli :
Soient : Ps = pression à la surface de l'eau (pression atmosphérique)
Pt = pression au niveau de la tuyère
zs = altitude à la surface (=0)
zt = altitude au niveau de la tuyère (= -30 cm)
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|  | sortie de la tuyère n'apporte pas que des avantages car on aurait une vitesse de pointe accrue au détriment de l'accélération de l'engin.
En effet, si la force de poussée est concentrée sur une petite surface, l'eau étant un fluide, elle serait expulsée de manière importante et c'est autant de pertes dans la propulsion du jet-ski surtout lors du démarrage de la machine. Nous avons représenté ce phénomène sur les schémas suivant :
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| Nous pouvons remarquer qu'en 2) la réaction de l'eau exerce une force directe sur la tuyère (donc sur le jet-ski) tandis qu'en 1) le réaction de l'eau est plus éloignée.
Nous voyons ainsi qu'un plus large diamètre de sortie favorise quant à lui l'accélération car la force de propulsion est plus équitablement répartie au contact de l'eau ce qui minimise les pertes. Mais dans ce cas, nous sommes rapidement limités dans la vitesse de pointe du jet-ski car l'effet Venturi s'en trouve ainsi amoindri.
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| Le cône : |  |
Il est possible de jouer sur la forme du cône et plus particulièrement sur sa longueur pour améliorer l'accélération ou la vitesse de pointe du jet-ski. En effet, plus ce dernier sera long et plus la vitesse de pointe sera importante. Au contraire, plus le cône sera court et meilleure sera l'accélération. Cela est dû à l'influence du cône sur la section de sortie de la tuyère fixe.
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| on voit ainsi qu'un grand cône favorise la vitesse de pointe.
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