Pourquoi utiliser une hélice à pas variable dans les navires ?

Les navires utilisent un Hélice à pas contrôlable principalement parce qu'il permet d'ajuster l'angle d'inclinaison des pales pendant que l'arbre d'hélice continue de tourner à une vitesse constante - permettant au navire de changer l'ampleur et la direction de la poussée sans changer le régime du moteur ni nécessiter une boîte de vitesses d'inversion. Cette capacité unique ouvre trois avantages simultanés qu'une hélice à pas fixe ne peut pas offrir : une efficacité propulsive optimisée sur une large gamme de vitesses de fonctionnement et de conditions de charge, un contrôle précis des manœuvres à basse vitesse sans arrêter le moteur principal et la capacité de faire fonctionner le moteur principal à son régime optimal quelle que soit la vitesse ou la demande de poussée du navire.

L'hélice à pas variable n'est pas le bon choix pour chaque navire : son coût initial plus élevé, sa plus grande complexité mécanique et les exigences de maintenance du système hydraulique signifient que de nombreux navires commerciaux à vitesse unique sont mieux servis par une hélice à pas fixe. Mais pour les navires qui opèrent dans une large gamme de vitesses, de charges ou de cycles de service -- ferries, navires rouliers, navires de ravitaillement offshore, navires de guerre, chalutiers de pêche, dragues et navires de glace -- les avantages opérationnels du CPP justifient systématiquement le surcoût sur la durée de vie de l'installation. Comprendre précisément quels sont ces avantages, comment ils se traduisent en avantages opérationnels mesurables et quels types de navires en profitent le plus, tel est l'objectif de cet article.

Comment fonctionne une hélice à pas variable : la base mécanique de ses avantages

Un moyeu d'hélice à pas variable contient un servomécanisme hydraulique qui fait tourner chaque pale d'hélice autour de son propre axe longitudinal, modifiant ainsi l'angle de pas - l'angle auquel la pale rencontre l'eau - d'un pas avant maximum à un pas nul (neutre, ne produisant aucune poussée) à un pas arrière maximum (poussée inverse). Ce réglage du pas est réalisé pendant que l'arbre d'hélice continue de tourner, généralement à un régime constant défini par le point de fonctionnement du moteur principal.

L'alimentation en huile hydraulique pour le servo de commande de pas est fournie via l'arbre d'hélice creux à partir d'une unité de puissance hydraulique (HPU) située dans la salle des machines, contrôlée soit manuellement par des commandes de levier de pont, soit automatiquement par un système de commande de pas-RPM intégré. Le retour de position de pas est fourni par un transducteur linéaire ou un encodeur rotatif dans le moyeu, confirmant que l'angle réel de la pale correspond à la position commandée.

La relation de contrôle pitch-RPM

La caractéristique opérationnelle déterminante d'une installation CPP est que la poussée est contrôlée principalement en ajustant le pas plutôt qu'en faisant varier le régime de l'arbre. Dans un système de contrôle combiné pas-à-régime - standard sur la plupart des navires équipés du CPP moderne - l'algorithme de contrôle optimise simultanément le pas et le régime pour obtenir la poussée commandée avec un rendement énergétique maximal. À faible demande de poussée (transit à faible vitesse, maintien en position), l'algorithme réduit à la fois le pas et le régime pour rester sur la courbe d'efficacité de conception de l'hélice. À pleine demande en avance, le pas et le régime atteignent leur maximum de conception.

Cette approche de contrôle combinée permet généralement d'obtenir Amélioration de la consommation de carburant de 3 à 8 % sur un système à pas fixe de capacité de poussée équivalente fonctionnant dans la même plage de conditions de vitesse et de charge (source : MARIN CPP vs FPP Propulsion Efficiency Study, 2018). Les économies réelles dépendent de la variabilité du profil de fonctionnement : les navires ayant des cycles de service très variables gagnent le plus, tandis que les navires qui fonctionnent à une vitesse unique presque tout le temps gagnent le moins.

Raison 1 : Manœuvrabilité supérieure à basse vitesse et au port

L'avantage opérationnel le plus significatif d'un CPP pour de nombreux types de navires est la capacité de contrôler la poussée rapidement et précisément à basse vitesse sans arrêter ou inverser le moteur principal. Dans une installation d'hélice à pas fixe, l'inversion du navire nécessite soit d'inverser la rotation de l'arbre d'hélice (ce qui nécessite l'arrêt, l'inversion et le redémarrage du moteur, ou nécessite une boîte de vitesses d'inversion coûteuse) ou d'accepter un délai important entre la commande de poussée et la réponse de poussée. Un CPP réalise l'inversion de poussée simplement en déplaçant le pas des pales de l'avant vers l'arrière - une manœuvre qui prend 10 à 30 secondes en fonction de la conception du système - tandis que l'arbre continue de tourner dans le même sens.

Impact sur la sécurité des manœuvres portuaires

Le délai entre un ordre de barre et l'obtention de la pleine poussée opposée est un paramètre de sécurité critique dans les situations de manœuvres portuaires, d'accostage et d'arrêt d'urgence. La société de classification et les réglementations de l'OMI relatives à la manœuvrabilité des navires (OMI MSC.137(76), Standards for Ship Manoevrability, 2002) spécifient des critères de performance minimaux pour la distance d'arrêt et la capacité de virage, qui sont tous deux fortement influencés par la vitesse et l'ampleur de la réponse de poussée du propulseur.

Une installation CPP permet un contrôle immédiat et proportionnel de la poussée de l'avant à l'arrière sans le régime moteur transitoire d'une inversion FPP. Pour un ferry roulier à passagers s'approchant d'un poste d'amarrage à 6 nœuds et devant s'arrêter à moins de 200 mètres, la capacité d'appliquer la poussée arrière complète dans les 15 secondes suivant la commande, contre les 45 à 90 secondes généralement requises pour qu'une installation FPP réalise une marche arrière complète, constitue une amélioration de la marge de sécurité directement mesurable.

Types de navires qui profitent le plus de la capacité de manœuvre du RPC

• Ferries rouliers et rouliers : Plusieurs escales par jour, souvent dans des postes d'amarrage confinés, avec des exigences d'exécution rapides et des conséquences importantes en cas de dommages au navire dus à de mauvaises manœuvres.
• Navires ravitailleurs offshore (OSV) et navires ravitailleurs de plate-forme (PSV) : Les opérations de positionnement dynamique à proximité des plates-formes offshore nécessitent une modulation de poussée rapide et précise dans toutes les conditions
• Dragues et dragues à trémie : Les manœuvres de précision à faible vitesse pendant les opérations de dragage exigent un contrôle précis de la poussée que les systèmes FPP ne peuvent pas offrir.
• Remorqueurs portuaires et remorqueurs d'escorte : Les opérations de remorquage nécessitent une inversion instantanée de la poussée et des changements rapides entre les modes de remorquage à forte poussée et de positionnement à faible poussée.
• Navires militaires : Les opérations de flotte, la guerre anti-sous-marine et les opérations en eaux confinées accordent toutes une grande valeur à une réponse propulsive rapide.
• Navires de pose de câbles et de canalisations : Exigez un maintien en position précis à vitesse lente avec une gestion précise de la poussée pendant les opérations de déploiement de câbles ou de canalisations

Raison 2 : le moteur peut fonctionner à un régime optimal constant, quelle que soit la vitesse

Dans une installation d'hélice à pas fixe, le régime de l'arbre doit être modifié pour contrôler la vitesse du navire, ce qui signifie que le moteur principal doit fonctionner sur une large plage de régime, y compris à bas régime où les moteurs diesel sont thermiquement et mécaniquement inefficaces, et dans des conditions de charge partielle où la consommation de carburant par unité de puissance de sortie (consommation de carburant spécifique aux freins, BSFC) est nettement plus élevée qu'au point de fonctionnement de conception.

Une installation CPP dissocie cette contrainte : le moteur principal tourne à un régime constant (ou dans une bande étroite de régime optimal), tandis que la vitesse et la poussée sont contrôlées en ajustant le pas des pales. Cela permet au moteur de fonctionner en continu à ou près de son point de BSFC minimum. Pour un moteur diesel à quatre temps à régime moyen avec un BSFC typique de 185 g/kWh au point de conception passant à 210 à 230 g/kWh à 50 % de charge (source : MAN Energy Solutions Engine Operating Manual, 2022), l'économie de carburant résultant du maintien d'un fonctionnement au point de conception par rapport à un fonctionnement fréquent à charge partielle est de 12 à 25 % par heure de fonctionnement hors conception. Sur le planning annuel d'exploitation d'un traversier, soit 8 à 12 départs par jour, cette économie est substantielle.

Optimisation du chargement du générateur

Les navires équipés de générateurs à arbre - qui utilisent l'arbre de propulsion pour générer de l'énergie électrique à bord - bénéficient en outre du fonctionnement à régime constant permis par un CPP. Un générateur à arbre produit de la puissance à une fréquence proportionnelle au régime de l'arbre ; pour que la sortie du générateur soit utilisée directement sur le bus électrique du navire sans convertisseur de fréquence, le régime de l'arbre doit être précisément constant. Les installations CPP constituent la technologie habilitante pour les systèmes de générateurs à arbre sur les navires à service variable , car seul un CPP permet un régime d'arbre constant tout en faisant varier la vitesse du navire. Le navire peut simultanément optimiser la propulsion et générer efficacement de l'énergie électrique à bord à partir du même moteur, éliminant ou réduisant le besoin de générateurs diesel auxiliaires ainsi que les coûts de carburant et de maintenance associés.

CODAG et les systèmes de propulsion combinés

Les systèmes CPP sont le choix standard dans les systèmes de propulsion combinés tels que CODAG (turbine combinée diesel et gaz), CODAD (turbine combinée diesel et diesel) et CODOG (turbine combinée diesel ou gaz). Dans ces agencements, plusieurs moteurs principaux de différents types sont combinés via une boîte de vitesses pour entraîner un seul arbre d'hélice. Les différents moteurs ont différentes plages de régime optimales, et un CPP permet de régler le régime de l'arbre à la vitesse de sortie de la boîte de vitesses qui sert le mieux la combinaison de moteurs en ligne à un moment donné, tandis que le réglage du pas contrôle la poussée réelle délivrée. Sans un CPP, l’optimisation mécanique et thermodynamique des systèmes de propulsion combinés serait sévèrement limitée.

Raison 3 : amélioration du rendement énergétique sur des cycles de service variables

Pour les navires avec des profils d'exploitation très variables (charges de marchandises différentes, exigences de vitesse saisonnières, résistance variable aux courants et aux intempéries, ou modes de fonctionnement multiples tels que le transit, le dragage et le positionnement), un CPP offre systématiquement un meilleur rendement énergétique qu'une alternative à pas fixe, car il maintient l'hélice à ou près de son point d'efficacité de conception dans toute la gamme de conditions d'exploitation.

Comment l’ajustement du pas maintient l’efficacité de la conception

L'efficacité d'une hélice est la plus élevée lorsqu'elle fonctionne à son coefficient d'avance de conception (J = Va / nD, où Va est la vitesse d'avance, n est la vitesse de rotation et D est le diamètre). Pour une hélice à pas fixe, une seule combinaison vitesse-RPM atteint la valeur J de conception ; à tout autre point de fonctionnement, l'hélice est hors conception et l'efficacité est réduite. Un CPP maintient la valeur J de conception dans une gamme de conditions de fonctionnement en ajustant le pas pour compenser les changements de vitesse, de résistance ou de régime du navire, gardant ainsi l'hélice fonctionnant dans sa région de rendement le plus élevé.

Des comparaisons pratiques d'efficacité à partir d'essais sur modèle MARIN et d'essais en mer à grande échelle montrent que les installations CPP sur les ferries et les navires de ravitaillement offshore avec des cycles de service très variables démontrent efficacité de l'hélice en eau libre de 62 à 70 % sur toute sa plage de fonctionnement , contre 55 à 65 % pour des installations FPP équivalentes dans des conditions de fonctionnement hors conception. L’écart se creuse à mesure que les profils opérationnels deviennent plus variables (source : MARIN Propulsion Research Report, 2020).

Économie de carburant sur les opérations de ferry à vitesse variable

Un ferry à passagers sur de courtes distances fonctionnant à des vitesses comprises entre 8 et 18 nœuds en fonction du trafic, des conditions météorologiques et de la pression des horaires fournit un exemple concret utile. À vitesse réduite (8 à 12 nœuds), une hélice à pas fixe dimensionnée pour 18 nœuds serait considérablement trop inclinée pour la vitesse inférieure, entraînant une mauvaise efficacité et une charge excessive de l'hélice. Un CPP dans le même scénario réduit le tangage pour correspondre à la vitesse inférieure, maintenant une efficacité proche de la conception et réduisant la consommation de carburant par mille marin d'une estimation. 8 à 15% au point de fonctionnement à vitesse réduite. Pour un ferry consommant 800 litres de carburant par heure à pleine vitesse, une économie de 10 % à 50 % des heures de fonctionnement représente environ 1 460 litres par jour en consommation de carburant évitée -- à 0,80 USD par litre, soit plus de 425 000 USD par an sur un seul navire.

Raison 4 : Aucune boîte de vitesses d'inversion requise – Simplification mécanique

Dans une installation d'hélice à pas fixe entraînée par un moteur diesel à vitesse moyenne ou élevée, pour obtenir une poussée arrière, il faut soit arrêter et redémarrer le moteur en rotation inverse (pratique uniquement pour les moteurs à deux temps à vitesse lente), soit utiliser une boîte de vitesses inverseuse qui peut changer le sens de rotation de l'arbre. Les boîtes de vitesses inverseuses de la taille requise pour les grands navires commerciaux sont complexes, coûteuses et représentent un point de défaillance potentiel important dans le train de propulsion.

Un CPP élimine entièrement le besoin d'une boîte de vitesses inverseuse : l'arbre tourne dans un seul sens, entraîné par le moteur via un simple réducteur à rapport fixe, tandis que tout le contrôle de la poussée avant/arrière est réalisé par le réglage du pas des pales. Cette simplification réduit le coût de la boîte de vitesses, réduit le poids et le volume de la boîte de vitesses dans l'espace machine et élimine les exigences de maintenance d'un mécanisme d'inversion complexe. Pour les installations diesel à vitesse moyenne dans la gamme de 3 000 à 15 000 kW, l'élimination de la boîte de vitesses inverseuse permet d'économiser entre 200 000 et 800 000 USD en coût d'investissement initial. , compensant en partie le coût supérieur du mécanisme de moyeu CPP par rapport à une alternative à pas fixe.

Procédures de démarrage et de manœuvre du moteur plus simples

Avec un CPP en position zéro (neutre), le moteur principal peut être démarré, réchauffé et amené au régime de fonctionnement sans charge propulsive sur l'arbre. C'est nettement plus simple et plus rapide que la procédure pour un navire FPP, où l'arbre doit être verrouillé ou désengagé du moteur lors du démarrage. Cela signifie également que le moteur est toujours à sa température de fonctionnement et à son régime avant que la poussée ne soit demandée, ce qui améliore la longévité et la fiabilité du moteur lors de manœuvres fréquentes.

Raison 5 : Performances améliorées dans des conditions de glace et de haute résistance

Les navires opérant dans les glaces - brise-glaces, navires ravitailleurs de glace, navires de recherche dans l'Arctique et ferries d'hiver dans la Baltique - sont confrontés à des conditions dans lesquelles la charge de l'hélice change de façon spectaculaire et imprévisible lorsque le navire rencontre des floes de glace, des crêtes et de la glace consolidée d'épaisseur et de résistance variables. Une hélice à pas fixe optimisée pour le fonctionnement en eau libre est gravement hors conception dans des conditions de glace, et le système de propulsion doit absorber les surcharges transitoires lorsque l'hélice heurte la glace sans caler ni endommager le moteur.

Un CPP dans des conditions de glace peut être diminué (pas réduit vers zéro) lorsque la charge de glace augmente, réduisant ainsi la demande de couple sur le moteur et empêchant le calage ou la surcharge du moteur. Lorsque l’obstruction de glace se dissipe, le tangage est immédiatement rétabli pour maintenir la progression. Cette gestion dynamique du pas permet au moteur de maintenir un régime constant pendant les transitoires de glace qui caleraient ou surchargeraient une installation FPP, offrant ainsi vitesse moyenne nettement meilleure sur la glace et un risque considérablement réduit de dommages au système de propulsion dus aux pics de charge induits par la glace.

Les règles finno-suédoises de classe glace (FSICR) et les exigences du Code polaire de l'OMI pour la propulsion dans des conditions de glace reconnaissent les avantages des systèmes CPP dans la gestion des charges de glace. La capacité de réduction dynamique du pas d'un CPP est prise en compte dans les calculs de charge structurelle pour la conception des pales d'hélice des navires de classe glace, ce qui permet des conceptions de pales plus légères que ce qui serait requis pour un FPP soumis aux mêmes transitoires de glace sans capacité de réduction de charge (source : Agence finlandaise des transports et des communications, Règles finno-suédoises de classe glace, 2017).

Raison 6 : Positionnement dynamique et capacité de maintien en position

Les systèmes de positionnement dynamique (DP) maintiennent la position et le cap d'un navire sans ancrage, en utilisant la poussée des hélices et des propulseurs pour contrecarrer les forces du vent, du courant et des vagues. Les opérations DP nécessitent une modulation continue, rapide et précise de la poussée propulsive de zéro à toute l'avance et dans toutes les directions - une capacité que les hélices CPP en configuration à arbre fournissent plus efficacement que les alternatives à pas fixe dans la même configuration.

Dans les opérations DP, le CPP permet à l'hélice de répondre aux commandes de poussée du contrôleur DP avec la vitesse et la précision requises par les systèmes DP Classe 2 et DP Classe 3 (tels que définis par la classification DNV DP SYSTEM). Le fonctionnement à régime constant du CPP signifie que les changements de poussée sont obtenus uniquement par l'actionnement du pas, avec un temps de réponse typique en pas de 3 à 8 secondes pour une course sur toute la plage de pas -- suffisamment rapide pour satisfaire aux exigences de réponse à la poussée des systèmes DP de classe 2 sur les semi-submersibles, les navires de pose de canalisations et les navires de forage offshore (source : DNV-RU-OU-0102, Offshore Loading Buoy, 2021).

CPP en combinaison avec des propulseurs azimutaux

De nombreux navires offshore utilisent un système de propulsion hybride combinant des hélices CPP à arbre principal pour la propulsion et l'efficacité en transit avec des propulseurs azimutaux (azipodes ou entraînements Z) pour le DP et les manœuvres à basse vitesse. Dans cette configuration, le CPP gère efficacement la demande de transit vers l'avant, tandis que les propulseurs azimutaux fournissent la vectorisation de poussée directionnelle nécessaire aux opérations DP. Le CPP est mis en drapeau (réglé sur zéro ou sur un pas faible) pendant les opérations DP afin de minimiser les interférences de traînée et de sillage avec l'afflux du propulseur azimutal.

Raison 7 : Flexibilité opérationnelle pour les navires multirôles

De nombreux navires commerciaux et gouvernementaux modernes sont conçus pour remplir plusieurs rôles opérationnels distincts, chacun avec des exigences de propulsion différentes. Un CPP est la technologie habilitante qui permet à un seul système de propulsion de remplir efficacement tous ces rôles sans reconfiguration mécanique.

Navires de pêche : chalutage ou transit

Les chalutiers de pêche ont deux exigences de propulsion fondamentalement différentes : la vitesse de transit (10 à 14 nœuds, poussée modérée à la vitesse de conception) et le chalutage (3 à 5 nœuds, poussée continue maximale pour la résistance du chalut). Ces deux points de fonctionnement nécessitent des réglages de pas très différents pour une efficacité optimale. Un CPP permet d'optimiser le pas pour chaque mode - pas élevé pour un transit efficace, pas réduit à haut régime pour une traction maximale du chalut - sans changement mécanique. Les chalutiers équipés de systèmes CPP démontrent systématiquement Poussée de chalutage 10 à 18 % plus élevée pour la même puissance moteur installée par rapport aux installations FPP équivalentes, car le CPP maintient une charge d'hélice presque optimale dans des conditions de chalutage (source : MARIN Fishing Vessel Propulsion Study, 2019).

Navires de soutien offshore : transit, DP et remorquage

Les navires de ravitaillement de plates-formes et les navires de ravitaillement de remorqueurs de manutention d'ancres (AHTS) fonctionnent selon trois modes distincts : le transit océanique à une vitesse de 12 à 16 nœuds, le maintien en position DP à côté des plates-formes et le remorquage d'ancres et de chaînes à haute traction. Chaque mode a des exigences différentes en matière de pas optimal et de régime. Le navire AHTS fournit un exemple particulièrement spectaculaire : la traction sur la borne exige un pas maximal à un régime maximal pour une poussée maximale, tandis que le DP exige une capacité de pas nul et une modulation rapide du pas, tandis que le transit exige un pas optimisé pour la vitesse de transit. Un CPP dessert les trois modes à partir d’une seule combinaison d’hélice et de moteur qu’aucune installation FPP ne peut égaler sur l’ensemble du profil de fonctionnement.

Navires navals : patrouilles, sprints et opérations secrètes

Les navires de surface navals nécessitent des systèmes de propulsion capables d'effectuer des patrouilles efficaces à basse vitesse (10 à 15 nœuds), des sprints à vitesse maximale (25 à 35 nœuds pour les patrouilleurs rapides et les corvettes) et des opérations silencieuses à basse vitesse pour la lutte contre les mines et les rôles anti-sous-marins. La large plage de vitesse et les exigences de signature acoustique des navires de guerre font des systèmes CPP - avec leur capacité à maintenir un faible régime d'arbre à pas réduit pour des opérations silencieuses tout en atteignant une poussée élevée au pas maximum et un régime pour le sprint - le choix préféré pour la plupart des navires de combat de surface et des patrouilleurs où les systèmes FPP compromettraient les performances dans un ou plusieurs rôles.

RPC et FPP : une comparaison complète

La décision entre une hélice à pas variable et une hélice à pas fixe est en fin de compte un jugement économique et opérationnel. Le tableau suivant résume les principaux facteurs de comparaison qui éclairent cette décision dans les dimensions les plus pertinentes :

Considérations relatives à la maintenance des systèmes CPP

La complexité mécanique d'un système CPP - qui comprend le mécanisme de moyeu hydraulique, le boîtier de distribution d'huile (boîte OD) sur l'arbre, l'unité de puissance hydraulique (HPU), le système de contrôle de pas et les transducteurs de rétroaction - introduit des exigences de maintenance qui n'existent pas dans une installation FPP. Comprendre ces exigences est essentiel pour que les opérateurs puissent évaluer si les avantages opérationnels d'un CPP justifient son coût de maintenance tout au long du cycle de vie.

Éléments et intervalles de maintenance clés

Le coût de maintenance supplémentaire d'un système CPP par rapport à un FPP -- estimé à 8 000 USD à 25 000 USD par an pour un navire commercial de taille moyenne en fonction de la taille du système et du calendrier des intervalles d'entretien - doit être mis en balance avec les économies de carburant, la flexibilité opérationnelle et l'entretien évité de la boîte de vitesses inversée qu'offre le CPP. Pour la plupart des navires à service variable, le coût net du cycle de vie d'un CPP reste favorable par rapport à l'alternative FPP lorsque tous les facteurs sont correctement pris en compte sur une durée de vie du navire de 20 à 25 ans (source : DNV GL Ship Propulsion Systems Lifecycle Cost Analysis, 2021).

Quels types de navires bénéficient le plus d'une hélice à pas variable

La valeur pratique d'un Hélice à pas contrôlable est plus important dans les types de navires où le profil opérationnel est variable, où les exigences de manœuvrabilité sont élevées ou où plusieurs modes opérationnels distincts doivent être assurés efficacement par un seul système de propulsion. Le résumé de demande suivant identifie les types de navires pour lesquels l’adoption du RPC est la plus élevée et explique la raison spécifique de la préférence pour le RPC dans chaque cas :

Le modèle est cohérent : l'adoption du CPP est la plus élevée partout où le profil d'exploitation du navire exige une flexibilité de contrôle de poussée, une réponse rapide aux manœuvres ou un fonctionnement efficace sur une large gamme de vitesses et de conditions de charge. Pour les navires des catégories des vraquiers et des grands pétroliers -- où le profil opérationnel est essentiellement une vitesse de transit unique dans des conditions de charge et de ballast avec des escales peu fréquentes -- l'hélice à pas fixe, plus simple et moins coûteuse, reste le choix dominant, car les avantages du CPP ne justifient pas son coût dans ces applications à faible variabilité.

Tendances émergentes : évolutions technologiques du RPC

La technologie des hélices à pas variable continue d'évoluer, avec plusieurs développements étendant ses performances et élargissant sa gamme d'applications :

Optimisation intégrée du pas et du régime et cartographie du carburant

Les systèmes de contrôle CPP modernes intègrent des cartes de consommation de carburant du moteur et des données de résistance du navire en temps réel pour calculer la combinaison pas-tr/min optimale pour la condition de fonctionnement actuelle, plutôt que de s'appuyer sur des programmes pas-tr/min fixes programmés lors de la mise en service. Ces systèmes de contrôle prédictif du modèle optimisent en permanence le point de fonctionnement de la propulsion et ont démontré des économies de carburant supplémentaires de 2 à 5 % au-dessus du contrôle combiné pitch-RPM conventionnel dans les études de validation des essais en mer (source : MARIN Integrated Propulsion Control Study, 2022). À mesure que la puissance de calcul embarquée et l’intégration des capteurs s’améliorent, cette capacité d’optimisation du carburant continuera de progresser.

Surveillance de l'état et maintenance prédictive

Les capteurs de pression hydraulique, les transducteurs de retour de position de pas et la surveillance des vibrations sur les moyeux CPP sont de plus en plus intégrés aux systèmes de surveillance de l'état des navires qui analysent les données de propulsion en temps réel. Les anomalies dans la signature de pression hydraulique, le temps d'actionnement du pas ou le spectre de vibrations du moyeu peuvent être détectées des semaines avant qu'elles ne se transforment en pannes, ce qui permet une maintenance planifiée lors des escales programmées plutôt qu'un amarrage d'urgence. Cette capacité de maintenance prédictive réduit progressivement le risque d'indisponibilité imprévue qui a toujours été cité comme un inconvénient des systèmes CPP par rapport aux installations FPP plus simples.

Intégration hybride et électrique à batterie

Les systèmes de propulsion hybrides qui combinent la production diesel-électrique avec le stockage d'énergie par batterie sont intégrés aux hélices CPP dans les applications de ferry et de navire offshore. La caractéristique de régime constant des systèmes CPP les rend bien adaptés à l'entraînement par moteur électrique, qui fonctionne également plus efficacement à vitesse constante. Les systèmes hybrides batterie-CPP permettent d'arrêter le moteur principal pendant les manœuvres portuaires et les courts passages, la puissance de la batterie entraînant le CPP à un pas optimal pour la poussée requise - offrant des opérations portuaires sans émissions sans sacrifier la flexibilité de propulsion qui rend les systèmes CPP indispensables sur le plan opérationnel sur ces types de navires.