Avril 2013 - GV, mise en service pompe à vide, perche anémométrique, dossier CO de M Offerlin.

9 Avril:
Courrier de lecteur, circuits de refroidissement.

Benoît F

Bonjour Monsieur,

Je suis actuellement en stage dans une boîte aéronautique brésilienne et je travaille sur le refroidissement d'un système de propulsion électrique intégré sur un avion léger. J'ai lu avec attention sur votre site speedjojo tous vos documents sur le refroidissement moteur, très instructifs et détaillés.

Je me pose néanmoins la question suivante: comment se fait-il que le positionnement de la sortie d'air n'apparaît pas dans votre raisonnement ? Effectivement vous exprimez que la pression statique de sortie de refroidissement doit être égale à la pression statique de l'air extérieur, mais celle-ci ne devrait pas justement dépendre de la position de sortie d'air ? Ce qui justifierait par exemple de positionner la sortie dans une zone de dépression avec une vitesse élevée de l'air, pour une meilleure succion ?

Je vous remercie de l'attention que vous porterez à ma question.

Réponse:

Bonjour Benoit et merci de l'attention que vous nous portez.

 Je pense avoir compris le sens de votre remarque et vous avez tout à fait raison de dire qu'une sortie de circuit dans une région de faible pression statique augmente le débit d'air de refroidissement.
 Maintenant, j'aimerai vous faire voir les choses d'une autre façon et vous faire considérer que pour tout système planeur+système de propulsion, il y a d'une part une nécessité de refroidissement (des calories à évacuer) et d'autre part une capacité de refroidissement qui est directement liée à la vitesse de l'avion.
 A titre d'exemple, un avion lent mais puissant (remorqueur) aura des exigences de refroidissement plus sévères qu'un avion rapide et moins puissant, puisqu'il aura un flux de chaleur important à évacuer, mais sa faible vitesse ne génèrera qu'une maigre delta P au "bornes" du circuit.

  Si, dans un premier temps, on considère que la pression statique de sortie vaut Po (pression statique à l'infini amont), la capacité maximale de refroidissement est obtenue dans le cas suivant (schéma) avec la pleine ouverture des volets de capot avec un diamètre de sortie théorique infini et une vitesse quasi nulle de l'air en sortie.

Si, effectivement, le refroidissement dans ces conditions n'est encore pas suffisant, le positionnement de la sortie dans une zone où la pression statique est plus faible que Po augmente un peu plus la delta P totale, ce qui augmentera également le débit d'air.
 Vous aurez compris alors que cet artifice de la sortie en zone de dépression n'est utile que dans des cas extrêmes de nécessité de refroidissement, ou pour palier à un circuit mal conçu dont la capacité de refroidissement est insuffisante.
Influence sur le rendement du circuit?
 Si par contre votre circuit est bien conçu, le positionnement de sa sortie en zone de dépression vous obligera à fermer un peu plus vos volets de capot pour maintenir le débit dont vous avez besoin et pas plus. Vous en conclurez que la vitesse de sortie à débit égal est donc plus importante (avec raison) et que donc le rendement est meilleurs. Il n'en est rien, car cet air libéré à plus grande vitesse l'est dans un air extérieur lui-même accéléré qui est d'ailleurs la cause de la pression statique plus basse dans cette région. Cet air extérieur va nécessairement ralentir dans la zone de recompression (arrière du fuselage) et avec lui, l'air de sortie du circuit.
 Au bilan, et pour un même débit de refroidissement, les molécules éjectées du circuit de refroidissement, qu'elles le soient en zone de dépression ou non, se retrouvent à la même vitesse derrière l'avion et le rendement est le même.

 Dans votre cas, le refroidissement d'un système de propulsion électrique ne nécessite pas à priori un gros débit de refroidissement par rapport à un moteur thermique et de mon point de vue, la position de la sortie ne devrait pas être influencée par le critère que vous avancez. Dépensez plutôt votre énergie à soigner le circuit lui-même en appliquant toutes les bonnes pratiques afin de minimiser la trainée de refroidissement.
 En espérant avoir répondu à vos attentes, je vous souhaite de la réussite dans votre stage et n'hésitez pas à nous envoyer quelques détails de vos activités.
Salutations aéronautiques et à bientôt
Frédéric Peuzin  

10 Avril:
 Benoît F

 Bonjour Frédéric,

Merci pour votre réponse qui éclaire mes interrogations. Effectivement le rendement de notre système électrique (des batteries jusqu'au moteur) est d'environ 90%, et on pourrait donc s'attendre à un système de réfrigération bien plus simple que celui d'un moteur thermique dont seulement 30% de la puissance délivrée est utile. 

Néanmoins nos packs de batteries demandent également à être réfrigérés et je suis en train d'étudier une solution en calculant de nouvelles entrées d'air et des carénages pour acheminer cet air jusqu'aux packs puis jusqu'à la sortie d'air. Comme vous l'avez souligné, je pars effectivement de la puissance dissipée en chaleur par mes batteries et donc du débit massique nécessaire à la réfrigération pour mon calcul de dimensionnement.

Pour tout vous dire, le fait est que la disposition de nos packs rend ce système lourd avec des pertes de pressions importantes dans les carénages (notamment pour les packs situés au niveau du passager, peut-être alimentés par une entrée NACA sur le fuselage), et c'est ce pourquoi je pensais à profiter en plus de la perte de pression supplémentaire générée par une entrée d'air en surpression et une sortie en dépression. Une simulation sous SolidworksFlow pour diverses phases de vol me permet d'avoir une bonne idée de cette différence de pression en fonction de l'emplacement des entrées et sorties d'air. Ce même logiciel me permet de calculer la perte de pression du système [carénage entrée - pack - carénage de sortie] en fonction de la valeur du débit massique.

Curiosité personnelle, pourriez-vous me dire comment vous effectuez concrètement le contrôle de votre surface de sortie pour maîtriser le débit massique en fonction de vos besoins? Est-ce une manette sur laquelle le pilote agit lorsque la température des cylindres excède par exemple une certaine limite? 

Je vous remercie pour votre aide,

Benoît

De moi:

Bonjour Benoît,

Je comprend mieux votre problématique, vous êtes vraisemblablement dans un des cas "difficiles" que j'évoquais.
L'étroitesse du circuit et des contraintes d'encombrement vous conduisent à des pertes de charges importantes.
Votre pression d'entrée d'air n'est pas maximum, car des raisons géométriques vous interdisent une captation à un point d'arrêt. Cette captation se ferait plutôt latéralement par une prise NACA dont l'efficacité sera d'autant plus altérée par la couche limite que celle-ci est positionnée en arrière.
Dans ces conditions, je suis d'accord, vous pouvez améliorer les choses en tachant de positionner l'entrée d'air le plus en avant possible (couche limite de faible épaisseur) et dans une zone où la pression statique est la plus importante possible. Positionnez la sortie en zone de pression statique faible bien sûr.

Si malgré tout le débit s'avère insuffisant, vous pouvez opter pour une entrée d'air en écope bien profilée qui piègera la couche limite et récupèrera une pression totale plus importante. Ce type de captation est un peu plus couteux en trainée qu'une prise NACA, c'est le prix de l'efficacité.

  Sur cette photo, notre entrée d'air cabine, bien plus efficace que la précédente, surtout en été!

 Je connais un peu SolidWorksFlow, mon fils Nicolas l'a utilisé dans son projet de soufflerie avec son lycée. Je pense que c'est un outil bien pratique pour dégrossir, mais à utiliser avec précautions car il ne dispense pas de la phase expérimentale, des surprises sont toujours possibles, c'est ce qui fait le charme de cette discipline.
 Nous allons bientot conduire des essais avec mon père pour tacher de cartographier le champ de pression autour du fuselage de notre avion pour justement essayer de trouver une meilleure localisation pour la sortie d'air de notre ventilation cabine.
 En ce sens, nous rejoignons un peu vos préoccupations actuelles.

  Pour répondre à votre dernière question, les volets de capot se manœuvrent du cockpit avec une commande spécifique. Dans notre avion c'est une tirette que l'on peut bloquer dans n'importe quelle position sur toute la course. Son utilisation est bien sûr lié aux températures observées (température d'huile pour nous). Cela dépend des avions, mais en général les capots sont ouverts en montée, à la demande en croisière et fermés pour la descente, mais tout cela est bien sûr modulable en fonction de la température extérieure.
Le bénéfice attendu est une amélioration des performances par diminution de la trainée de refroidissement en croisière, mais aussi une longévité accrue du moteur dont on limite les chocs thermiques.
 On pourrait envisager d'automatiser les volets de capot et de les asservir à un contrôle de la température moteur. Mais rien n'est simple en aviation car il faudra envisager les cas de panne (système fail-safe) et considérer la masse supplémentaire du système comparée à la plus value ergonomique. bof

cordialement

12 Avril:
Journée au hangar:
GV:
 Nous avons pratiquement terminé la GV aujourd'hui avec les prises de compressions du moteur à froid et à chaud, qui nous donnent satisfaction. Papa a juste pris l'hélice sur le crane lors d'une mise en pression d'air dans un cylindre. 
 Plus de peur que de mal, mais le cuir chevelu ça saigne beaucoup!
 Sur cette photo on voit l'appareil qui sert à prendre les compressions.
 Pour chaque cylindre on positionne le piston au point mort haut avec les soupapes fermées. On envoie ensuite de l'air comprimé dans l'appareil, puis on se sert de la molette noire à gauche pour régler la pression d'entrée à 80 psi (mano de gauche). Une fuite calibrée interne à l'appareil sépare les 2 manos. Celui de droite est relié au cylindre (tuyau rouge) par le trou de bougie. Plus le débit est important (et le moteur usé) et plus la différence de pression entre les 2 manos est importante.

 Il ne reste que la vidange à faire, mais nous attendons l'huile commandée.

Circuit de dépression: 
 Excellente nouvelle, le circuit de dépression est maintenant alimenté par la pompe à vide récemment révisée par le père.
 Notre ami Didier nous a fait don d'un régulateur absolument indispensable pour éviter une dépression trop forte à haut régime moteur, ce qui nuirait à la longévité des nos instruments gyroscopiques.
 Sur le O-200, la prise mécanique pour la pompe à vide est située tout à l'avant et en dessous.




 
 A coté, une vue du régulateur Badin Crouzet, Papa lui a trouvé une petite place dans l'habitacle contre la parois du fuselage à gauche.
 La valeur de dépression se règle avec le bouton sur le dessus et la régulation s'opère en admettant plus ou moins d'air par l'orifice du bas que l'on doit prochainement relier à un filtre pour protéger la pompe.
  On a un petit mano au tableau pour contrôler le bon fonctionnement de l'ensemble.



 Il faut être un peu acrobate pour bricoler dans un cockpit si petit.

 Point fixe effectué ensuite, succès total, la dépression obtenue, même moteur au ralenti, est bien meilleure que celle obtenue avec notre venturi en vol. Du coup le venturi a été démonté et rangé au musée.

 Voila une bonne chose qui participe au nettoyage aérodynamique de la cellule!



Sondes CHT:
 Autre succès de la journée, l'installation des sondes CHT et l'affichage des températures mesurées sur le display (TC3 de MGL avionics).
 Le point fixe nous a permis de voir que tout marchait bien.

 Cela faisait longtemps que nous n'avions eu autant de réussite dans nos activités jojotesques!
  




18 Avril:
 Activité un peu réduite au hangar en ce moment, Papa s'est laissé déborder par des activités liées à son habitat et au jardin. Pour moi c'est un peu pareil, mais j'ai quand même réussi à terminer la perche anémométrique entre le taillage de la haie et la tonte de la pelouse.
 Une petite photo pour attendre la suite.
 Les tuyaux en silicone sont montés sur l'avion depuis l'attache de la perche jusqu'au flan intérieur droit de l'habitacle.
 Il reste à installer la partie du réseau pneumatique avec les robinets derrière le tableau de bord.
 Voici le schéma de principe de ce que sera notre circuit anémométrique après modification.

 Le badin d'origine reste alimenté normalement, alors que le Flight 2 sera, au choix, sur le réseau normal de bord ou sur la perche anémométrique, ce qui permettra d'établir un tableau de compensation pour le circuit normal.
 Cette perche n'a bien sûr pas vocation à rester en place, les autres utilisateurs du hangar pourraient râler vu l'encombrement, mais tout est prévu pour qu'on puisse la monter et la démonter facilement pour nos essais.

25 Avril:
 Hier, Papa a finalisé l'installation des robinets (photo) pendant que je faisais un essai de montage de la perche.

 J'ai ramené la perche à la maison pour reprendre un peu le support qui ne va pas tout à fait bien. 
 Ci-dessous, une vue de l'installation.

 Le tableau a été remonté prestement lorsque nous avons obtenu de façon un peu prématurée, un rendez-vous avec un représentant de l'OSAC pour l'après midi à Fayence. Ces personnes qui contrôlent les avions en vue du renouvellement des CDN se font un peu rares et quand on tient un rendez-vous, on ne le rate pas.
 Notre CDN (en fait CNRA) se terminant le 4 Mai, on commençait à être un peu nerveux pour ne pas rater l'Envolée. Le rassemblement doit s'effectuer à Egleton le Mercredi 8 Mai.

Message de JC Ramon:

Avant programme:

Rassemblement à Egletons vers 17 heures

Le lendemain Jeudi paquerette dans l'ouest du perigord avec pique nique du coté de Galinat

                     Vendredi paquerette dans le region de Brive avec casse croute à Lacave

et le Samedi midi je vous réserve une petite surprise..............!!!!

Merci d'avance à bientot

Jean Claude Ramon

Aude Aéroservices Executive

H4 Salvaza Airport

 Papa s'est ensuite plongé dans la paperasse et les carnets d'entretien pendant que je nettoyais tout l'avion et le faisait briller comme un sous neuf. Après un court vol vers Fayence, la visite s'est très bien passée, ayant même les félicitations de notre inspecteur/contrôleur pour la beauté et le bon état de l'appareil, ce qui, venant d'un professionnel, nous est allé droit au cœur (fier fier!).

 Pendant ce temps là, mon Oncle Jean Claude (l'ingénieur bien connu de nos blogueurs possédant un SkyRanger avec son fils Thierry) nous proposait de reprendre l'activité montagne dès Jeudi avec une bonne fenêtre météo et un moteur fraichement révisé.

 Papa ayant de l'acide à passer sur son carrelage (une promesse est une promesse!) je m'organisais avec mes 2 fistons (vacances scolaires ici) pour élaborer un bon plan foireux comme on les aime et relever le défit des Peuzin du nord (Grenoble le Versoud).

26 Avril:
 Compte rendu de la journée montagne d'hier:
 Ce fut une excellente journée compte tenu des conditions météo sur toutes les Alpes sud et ce, malgré un voile de nuages à haute altitude dans l'après-midi atténuant un peu l'effet "beau temps".
 Le rendez vous était fixé à Mens (Isère) à 9h, ce qui nous a fait lever à 6h, mais quand je me lève pour ça, je n'ai aucune difficulté!
 On s'est retrouvé en l'air avant l'ouverture de la tour à Cannes, puis, cap en route directe sur la ville de Gap. Un bon flux de sud-est nous a poussé tout du long et après contournement par l'Est de la Grande Tête de l'Obiou, nous arrivions verticale Mens dans une merveilleuse lumière matinale.

 Jean Claude ne tarda pas à arriver avec Tanguy, son petit fils, heureux d'être de la fête. Après les effusions d'usage, nous entrions dans le vif du sujet avec quelques tours de piste puis un départ sur l'Escoulin, altisurface située à 15 km dans le nord-ouest de Die (Drôme). L'endroit est magnifique de nature, de calme et de solitude, et même si nos aéronefs sont des plus silencieux, on a presque honte de troubler l'endroit.

 Nous mettions ensuite le cap au sud, selon le plan établi la veille, pour rejoindre Faucon (30 km au sud de Die), le premier de la journée un peu "technique", avec sa forte pente en entrée (20%) qui impressionne bien les jeunes qui ont eu le sentiment d'arriver en courte finale ...contre un mur.
 Ici c'est comme à l'Escoulin, on a l'impression d'être seul au monde.

 Puis nous repartions vers la Colombe d'Eyguians, à coté de Laragne-Montéglin (Hautes-Alpes) qui est limitatif pour nous, car assez court et peu pentu, donc nous interdisant d'atterrir si il y a du vent arrière au décollage (impossibilité de repartir dans ce cas). Mais tout était parfaitement calme. 






 
Sur la photo suivante, l'installation de la caméra au bout de l'aile avec laquelle nous avons pris quelques bonnes séquences à voir prochainement sur ce blog.

 Un dernier petit saut pour rejoindre Gap et prendre la pose déjeuner en terrasse au Looping, plein à craquer dès que les beaux jours arrivent.











 Puis c'était reparti ensuite pour Clamensane à 20 km plein sud du terrain de Gap. Ci-dessous, Nicolas en pleine digestion.
  
  Nous nous sommes quittés au Grand Terrus vers 15h, en se promettant de renouveler ce type de journée très vite.
 J’entendis une dernière fois Jean Claude sur 130.0 qui passait le col de Lus et nous souhaitait un bon retour.
 Pour notre part, nous sommes repartis plein sud pour poser à Banon , terrain dont le village est adossé au plateau d'Albion, entre la montagne de Lure et le Ventoux.
 Enfin, retour à Cannes, tout seul car les 2 gamins s'étaient endormis! arrivée vers 17h.

 La montagne, c'est le pied!


30 Avril:
Dossier Monoxyde de carbone:

 Comme promis, le lien pour télécharger le dossier COquézako de Michael Offerlin d'inter-action, sur le traitement de la présence de monoxyde de carbone dans son avion. 

ICI


De Michael Offerlin:
 

Bonjour Frédéric,

Matthieu m'a évidemment transmis tes appels…

Je ne sais pas s'il t'a déjà fait parvenir la présentation powerpoint, mais je l'ai complété avec les derniers résultats, et transmis à l'Osac et la DGAC pour justifier certaines modifs sur mon avion actuellement en arrêt de vol pour cause de renouvellement de CDNR (interrompu car transmissions multiples du dossiers entre divers services - ouverture en grand des parapluies… qui a fini par se perdre dans les méandres de l'appareil administratif !). D'où, rebelotte… et attente.

Pour l'heure ce ne sera donc pas un article, ayant d'autres priorités au sein d'Inter-Action. 

Cela dit, ce sujet n'étant nullement "réservé", si tu le désires tu peux bien évidemment l'approfondir. Comme pour toute étude scientifique, la réplication expérimentale, en un autre lieu, un autre temps, et menée par une équipe différente, assoie l'étude et la rend incontestable.

De moi:
  Merci Michael pour le dossier, je m'occupe d'en faire la promotion à mon niveau.
 Je pense que même si tous les pilotes n'ont pas un ambassadeur ou dérivé (avec ta réponse spécifique à ce modèle), cela participe de la prise de conscience de ce risque sournois et c'est déjà ça, chacun pouvant légitimement se poser la question; "et moi combien de ppm dans ma cabine?" et faire au moins une mesure.
 Pour notre part, le dossier n'est pas fermé et nous projetons prochainement de faire des mesures de pressions statiques externes sur le fuselage et internes pour cartographier le champs de pression.
 L'idée, c'est de tacher de trouver une sortie "naturelle" de l'air cabine et d'organiser la circulation interne avec la delta P dans le bon sens (comme toi) entre les 2 volumes du fuselage (éventuellement avec des conduites d'air dans le fuselage pour aspirer à un endroit et refouler à un autre) et si possible sans l'extracteur que tu as placé, qui doit être un peu couteux en performances. Au fait, as tu évalué ce coût?

à bientôt
Cordialement

 De Michaël:

Bonjour Frédéric,

Je ne pense pas que ce Venturi soit très coûteux en perfos. Du reste, l'Ambassadeur traîne beaucoup trop pour mesurer le moindre delta de perfo. Sur MCR, je ne dis pas. Mais là on est dans l'épaisseur du trait qui malheureusement est trop gros.

Un Venturi pour l'instrumentation traîne à mon avis beaucoup plus, non pour sa partie interne (encore qu'elle soit relativement anguleuse), mais surtout parce que sa partie externe n'est jamais carénée. Dans le cas présent, la partie interne et profilée, mais la partie externe aussi. Rien ne décroche. Quant aux flancs, ce ne sont que 2 plaques planes. Reste, je te l'accorde les boulons et les rivets.

Par ailleurs, il y a aussi autre chose à considérer : En inversant le delta P, la partie arrière ne fourni plus de débit à la partie avant (ou très peu lorsque les écopes latérales et le chauffage cabine sont obstrués)… débit qui alimente les fuites aux portières qui, elles, sont pénalisantes pour l'aérodynamique du fuselage. Au final, ce Venturi ventral, même s'il traîne, devrait être compensé, sinon surcompensé, par les gains de traînée aux portières. Reste à vérifier tout ceci par mesures.

A ce propos, j'ai été amené à fabriquer une cloison dans ma salle de bain pour laquelle j'ai utilisé du polycarbonate alvéolaire (moins de 30 € la plaque de 2 x 1 m chez Leroy Merlin). C'est tout bête, mais quand j'ai vu (sur votre site) la fabrication de la clarinette en cuivre, pour visualiser les champs de pression, j'ai trouvé que ce genre de produit pouvait faire largement l'affaire (photo jointe). Les alvéoles font 5 x 5 mm…

Bien cordialement

Michaël Offerlin