Décembre 2013 - Karmans et vitesses de décrochage

7 Décembre:
On a remonté la perche cet après midi pour faire les essais de vitesse de décrochage avec et sans Karmans, pour tenter de mesurer leur contribution à l'amélioration de la vitesse de décrochage.
Voici les résultats:

Mode opératoire:
 Nous avons réalisé pour chaque mesure une réduction progressive de la vitesse en palier de façon à ce que la vitesse indiquée varie très peu à l'approche du décrochage, pour éviter un retard instrumental de l'affichage du Flight 2 de Mgl lié à l’échantillonnage de la mesure de vitesse. L'instrument est alimenté par les pressions de la perche anémométrique sensée nous fournir des pressions faiblement perturbées par le champ de pression aérodynamique autour de l'avion.
 La masse d'air était très calme, avantage de ces journées d'hiver et j'ai pris soin de vérifier que le facteur de charge était bien égal à 1 (aux fesses, très précis!) au moment du buffeting.
 Les vitesses ont été notées à chaque fois dès l'apparition du buffeting qui débute de façon très nette sur notre avion.

 Les mesures ont été faites pour chaque position des volets; en lisse, 10°, 30° et 40°.
 Les mesures ont été doublées voire triplées pour plus de précision, les valeurs fournies ci-dessous sont moyennées et corrigées du délestage (+ 0,5 km/h = -7 kg de carburant consommé) pour le deuxième essai (sans Karmans).
 Les vitesses "badin" ont également été notées pour vérifier la cohérence et la monotonie de l'instrumentation de bord.
 Les vitesses "mgl perche" sont peut être entachées d'une erreur absolue, néanmoins elle restent comparables entre elles avec , il me semble , une bonne précision relative (valeurs bien reproductibles).

Un premier vol a été réalisé avec les Karmans à la masse de 685 kg:

Configuration            V mgl perche                        Vbadin
Lisse                               74                                      70
Volets 10°                      70                                      68
Volets 30°                     69,5                                  67
Volets 40°                     67                                      62


Deuxième vol réalisé sans les Karmans:

Configuration            V mgl perche                        Vbadin
Lisse                               75,5                                  72,5
Volets 10°                      70                                     68
Volets 30°                     69,5                                 66,5
Volets 40°                     70                                     67

Conclusions:
 Il existe bien une contribution des Karman sur l'amélioration de la vitesse de décrochage, mais celle-ci n'existe que pour la configuration lisse (-1,5 km/h) et dans la config volets 40° (-3 km/h).
 Il n'y a par contre aucun bénéfice visible pour la config 10° ou 30° et c'est bien dommage.

 Une autre information nous surprend beaucoup, car elle contredit des mesures beaucoup plus anciennes effectuées au gps; au delà de 10°, il n'y a aucune diminution supplémentaire de la vitesse de décrochage puisqu'elle reste constante (70 km/h) sans les Karmans. Donc au-delà de 10°, toute sortie supplémentaire des volets n'agit que comme aérofreins.

Alors, Karmans ou pas Karmans ?
 Pour l'instant on réfléchi sur les inconvénients/avantages.



Message au groupe SPEEDJOJO:

 Bonjour à tous,
Je me devais de faire le point sur la campagne de mesures avec notre perche anémométrique.
Tout d'abord, je voulais vous confirmer que l'hypothèse que j'avais émise pour expliquer certaines incohérences s'est avérée exacte grâce à l’exhumation de documents personnels (Blog Novembre 2011) que j'avais oublié.
Alors de quoi s'agit-il?

L'analyse pointue des différentes mesures, avec d'un coté le badin de bord alimenté par son propre circuit et de l'autre le mgl électronique (à priori bien étalonné en usine) alimenté au choix entre les pressions du bord ou de la perche, nous donnait des incohérences.
 Il est avéré de longue date que le badin de bord (à aiguille) est d'une bonne précision, notamment en vitesse de croisière, moins aux basses vitesses où il a tendance à être pessimiste, cela à été mainte fois confirmé grâce au gps.
 Or nous avons constaté, grâce au jeu des robinets, que si les prises dynamiques étaient bien d'accord entre elles, les statiques ne mesuraient pas la même chose, et que la statique du bord était plus faible d'environ 0,8 mb, ce qui correspond  à une erreur d'altimétrie d'environ 20ft ou de 10 km/h aux environs de 90 km/h. Le mgl alimenté par la perche affichait même 185 km/h quand le badin donnait 200 km/h.
 Alors?
 Et bien j'avais oublié qu'en Novembre 2011 nous avions noté un écart de vitesse entre le mgl et le badin. Le mgl était très optimiste et comme nous savions l’indication du badin juste, nous avons introduit un coefficient de correction de 0,93 dans les menus cachés du mgl. Du coup, quand on alimente aujourd'hui le mgl avec les bonnes pressions il indique quelque chose de faux, et le badin n'est juste que grâce à un  heureux hasard, le défaut de statique du réseau de bord est compensé par l'erreur instrumentale en sens inverse du badin mécanique !
 C'était pas évident à expliquer et c'est une satisfaction pour moi d'avoir trouvé une cohérence à tout cela, ça n'arrive pas si souvent.
 J'ai également raisonnablement démontré que le mgl était convenablement étalonné en usine, je vais donc me servir de nos mesures (en appliquant une correction inverse à 0,93) pour établir des tableaux de correspondance entre l'IAS (Vi indiquée sur le badin) et la CAS (corrected air speed).
La CAS, c'est l'IAS mais sans toutes les erreurs ( pressions et instrumentale) et je considèrerai que le mgl n'a pas d'erreur instrumentale (ou très faible) et que la perche annule également les erreurs de prise de pressions.
Je mets ça au propre et je publie, mais j'ai déjà vu que tout tombait bien maintenant et que les vitesses auxquelles on se sent bien en finale sont bien égales à 1,3 Vs...
A plus, bises

9 Décembre: 

Relevés des vitesses de décrochage avec Karmans :

Toutes vitesses en km/h

masse lors des mesures : 685 kg

masse maxi décollage (MMD) : 780 kg

masse habituelle utilisation montagne : 690 kg

                            x 1/0,93         x 1,067     x 1,3     - 6

                     -------------------->      ---------->  ---------> ------->

Config	V mgl 685 kg	V badin 685 kg	CAS = V mgl corrigée 685 kg	CAS 780 kg	1,3 Vs 780 kg	1,3 Vs 690 kg	V app montagne habituelle	remarques
Lisse	74,0	70	79,6	84,9	110,4	104,4
V 10°	70,0	68	75,3	80,3	104,4	98,4
V 30°	69,5	67	74,7	79,7	103,7	97,7	100
V 40°	67,0	62	72,0	76,9	99,9	93,9		95?

• Dans la colonne 4, la CAS est obtenue grâce au mgl étalonné en usine alimenté par la perche anémométrique. La correction x 1/0,93 permet de retrouver la valeur d'étalonnage en usine car nous avons été contraint de corriger cet étalonnage de x 0,93 pour compenser l'erreur de statique du réseau pneumatique de bord.
• Dans la colonne 5, la valeur de la CAS à 780 kg (MMD) est obtenue en multipliant la valeur de vitesse précédente par la racine carrée du rapport de masse ; 1,067 = √(780/685)
• Dans la colonne 7, j'utilise la simplification linéaire suivante pour corriger la vitesse d'approche en fonction de la différence de masse à la masse maxi décollage : - 1 km/h pour - 15 kg en dessous de 780 kg (validé par l'oncle Jean Claude).

Relevés des vitesses de décrochage sans Karmans :

                            x 1/0,93         x 1,067     x 1,3     - 6

                     -------------------->      ---------->  ---------> ------->

Config	V mgl 685 kg	V badin 685 kg	CAS = V mgl corrigée 685 kg	CAS 780 kg	1,3 Vs 780 kg	1,3 Vs 690 kg	V app montagne habituelle	remarques
Lisse	75,5	72,5	81,2	86,6	112,6	106,6
V 10°	70,0	68	75,3	80,3	104,4	98,4
V 30°	69,5	66,5	74,7	79,7	103,7	97,7	100
V 40°	70,0	67	75,3	80,3	104,4	98,4

 Analyse des mesures:
 On constate que le badin de bord est pessimiste aux grands angles d'une valeur comprise entre 7
et 10 km/h (écarts colonnes 2 et 3), écart qui a tendance à augmenter avec les Karmans en lisse et V40°, c'est à dire là où une amélioration de la vitesse de décrochage a été détectée avec Karmans.

 On constate également que 1,3 Vs avec des volets (10,°, 30° ou 40°) à la masse montagne, nous donne sensiblement une vitesse indiquée de 100 km/h, vitesse qui nous donne effectivement satisfaction, mais que nous n'utilisons que volets 30°. Le cran 40° n'est utilisé qu'en approche forte pente ou temporairement comme aérofrein supplémentaire en rattrapage de plan. Or, pour ce dernier cran, la présence de nos Karmans semble améliorer la vitesse de décrochage de telle sorte qu'une approche à 95 km/h semble possible en toute sécurité. 5 km/h de gagné ce n'est pas rien, c'est une marge de sécurité supplémentaire.

Conclusion:
 J'ai appris à être prudent dans l'analyse de nos mesures, on a par le passé déjà eu de fausses joies et il faut donc garder tête froide.
Je propose de refaire une dernière comparaison en vol avec et sans Karman, en ciblant particulièrement l'amélioration enregistrée la dernière fois et en conservant le même protocole d'alimentation pneumatique du mgl, c'est à dire par la perche, mais en remettant le mgl au réglage usine. Je voudrais en profiter pour établir un tableau de correspondance entre la vitesse du badin et celle du mgl dans ces conditions pour tout le domaine de vol.
 Je voudrais aussi mesurer l'influence des grands angles sur la prise dynamique de bord. Pour ce dernier essai, il faudra en fin de vol faire des commutations pneumatiques sur la pression totale.
 Je prépare une fiche de test.


10 Décembre:
De Thierry:

Tu mesures la vitesse à l'apparition du buffeting ?

Ce qui sous entends que l'écart VSx / V Buffeting est constant ? nul ?

T'es sûr que cet écart n'augmente pas avec les volets sortis ?

ce qui expliquerait VS(10°)=VS(20°)=VS(30°)

De moi:

C'est effectivement variable en fonction de l'avion et tu as sûrement raison pour certains avions dont le buffeting apparait bien avant le décrochage sous la forme de vibrations annonciatrices. Pour le jojo, c'est assez sec, et ce que j'appelle le buffeting (à tord peut-être) correspond plus à l'impression de descendre des marches, c'est à dire que ça ressemble plus à des décrochages successifs d'amplitude limitée si on tire pas trop. C'est la rançon des profils minces (et rapides) comme le NACA 23012 qui équipe notre avion, comme le spitfire dont le décrochage en dernier virage était réputé...mortel.
Délémontez a domestiqué sa voilure en vrillant considérablement les extrémités de voilure, mais le comportement général reste influencé par cette origine capricieuse, il vaut donc mieux le savoir, voler avec la bille au milieu à basse vitesse et aussi savoir reconnaitre le début du décrochage pour relâcher la pression à temps.
Du coup pour nous, buffeting = décrochage.
Le fait qu'un braquage plus important ne donne pas de portance en plus ne m'étonne pas particulièrement, car au-delà d'environ 10° de braquage, l'écoulement sur le volet est turbulent à partir de la cassure, ce qu'on a bien visualisé pendant notre campagne fils de laine. La seule façon d'obtenir des gros CZ, c'est de faire des volets Fowler à double fentes, mais c'est compliqué à faire et ça traine considérablement.

 Sauf erreur, j'ai lu quelque part que ce type de profil mince, avec un rayon de courbure de bord d'attaque faible avait tendance à décrocher du bord d'attaque et que de larges surfaces en aval perdaient instantanément leur portance, ce qui explique la violence du phénomène. Les profils plus épais ont à contrario une zone de décollement qui part du bord de fuite et qui remonte progressivement vers le bord d'attaque, d’où l'établissement progressif du buffeting.

 Il est intéressant de constater que le plus souvent, les cadeaux faits à la sécurité se payent en performances. Dans notre cas, l'adoption d'un profil mince rapide se fait au détriment d'un comportement plus placide aux basses vitesses. Le jojo n'est pas pour autant vicieux, mais plus fin à piloter que la moyenne des avions d'aéroclub. Le plaisir est par contre au rendez-vous, et le plaisir, c'est le puissant moteur de la compétence. Alors, il faut tout peser avant de vouloir faire l'avion impossible qui pardonne tout, mais qui ne pourra peut-être plus décoller! l'avion qui ne décolle plus ne peut plus tomber, CQFD. Bon là je déconne un peu.

 Idem pour les volets Fowler, leur adoption sur certains avions légers (MCR) permet de diminuer la surface des ailes et donc la surface mouillée (et donc la trainée en croisière) sans augmenter la vitesse d'approche grâce à un gros Cz. La contre partie sécurité, c'est que si tu oublies les volets sortis en remise de gaz, ou au décollage, tu vas vite avoir de gros problèmes de pente de montée, car la trainée volets sortis est très importante et nos avions peu puissants. C'est Jean Paul Vaunois qui m'avait fait remarquer ça.

 Donc c'est pas évident et parfois suggestif de bien placer le curseur sécurité de comportement. Les contraintes de certification sont faites pour fixer certaines limites, pour les avions qui y sont soumis.

 Plus philosophiquement, et là on touche un sujet qui m'est cher, l'industrie part du principe que plus l'avion sera facile à conduire (au sens large), et plus la sécurité de l'ensemble homme/machine sera améliorée. Je ne conteste pas cette affirmation à l'instant To de la rencontre homme/machine. Je soutiens par contre que cette harmonie va progressivement se dégrader, l'avion moderne simplifiant la tache du pilote, celui-ci va confortablement se déqualifier avec l'appuis de sa hiérarchie qui lui recommande d'utiliser l'ensemble des automatismes à sa disposition "qui fonctionnent tellement bien que ce serait dommage de s'en passer". Toute coupure d'automatisme est bientôt considérée comme une prise de risque insupportable, et il m'est arrivé d'entendre comme commentaire à ma demande de pilotage manuel que, "le passager n'a pas payé pour que tu t'entraines !"

 Ainsi va cette société schizophrénique qui sacrifie la sécurité à long terme contre une hypothétique amélioration à court terme. Ca ressemble un peu à la politique, ne trouvez vous pas? 

 On a longtemps considéré que la machine seule réglerai tous les problèmes de sécurité, l'homme devant s'adapter à ce qui était bon pour lui. C'est typiquement la vision d'ingénieur d'Airbus, qui s'est senti obligé de faire une campagne de pub dans la presse spécialisée ventant la conception de leurs avions par des pilotes (sic), c'est dire le déficit d'image qu'ils ont dans ce domaine.

 Je conteste cette vision des choses. Dans le système homme/machine, il y a aussi l'homme qui a ses modes de fonctionnement propres, l'homme ne peut pas être juste contraint. Parmi ceux-là, il y a le plaisir, qui comme je le disais plus haut est un puissant moteur de compétence, mais nous devons le nier, car le plaisir ne fait pas bon ménage avec cette industrie quand on travaille pour elle. Ca fleure bon l'artisanat, le compagnonnage, pas assez industriel tout ça! C'est même vaguement immoral de prendre du plaisir comme ça quand on sait à quel tarifs ils nous payent. Il devient très compliqué de dissocier le mot plaisir du mot risque et la grande majorité de mes collègues accepte le lavage de cerveau sans broncher.

 Le plus drôle, si j'ose dire, c'est qu'en face d'une situation dynamique avec des automatismes que l'on ne comprend plus, ou qui refusent de faire ce que le pilote souhaite, la réponse recommandée par la formation est le fameux "back to basic" qui consiste à couper tous les automatismes et reprendre l'avion à la main. J'ai bien peur qu'il ne reste bientot plus grand chose du "basic" et que l'action décrite soit déjà au delà des compétences de certains (voir Asiana à San-Francisco).

 Je suis un peu hors sujet là, mais ça fait du bien.


Hors série n°52 du Fana de l'Aviation:
A lire absolument, SPITFIRE, la véritable histoire par Jeffrey Quill et traduis de l'anglais par Michel Bénichou.

Jeffrey Quill, pilote d'essai, a suivi le développement de toutes les versions du Spit de 1936 jusqu'à la fin de la deuxième guerre mondiale. Ca se lit comme un roman et c'est truffé de détails techniques super intéressants. C'est écrit avec beaucoup de modestie, c'est pas toujours le cas avec les pilotes d'essai...


31 Décembre:

 Toute l'équipe SPEEDJOJO se joint à moi pour vous souhaiter à tous une excellente nouvelle année et pleins de vols sympas.
 Merci également pour tous les signes de sympathie que nous recevons régulièrement. Nous prévoyons cette année de poursuivre tranquillement nos recherches (lame ressort, refroidissement etc...) tout en volant le plus possible et en poursuivant l'activité montagne.

 Reprise des vols quand Papa sera rentré de vacances et moi de Mexico, disons la semaine prochaine, pour en finir définitivement avec le dossier Karman.
 A noter qu'en ce moment, la météo d'hiver est particulièrement propice aux mesures précises et c'est tant mieux.


Quizz SPEEDJOJO pour le réveillon de fin d'année.

Voici une petite série de questions à caractère aéronautique pour réfléchir ou apprendre. Je donnerai les réponses le mois prochain.

Question 1:
 La masse de l'air contenue dans la cabine d'un avion de ligne (pressurisé) influence-t-elle la portance nécessaire au vol?

Question 2:
 L'avion est-il plus lourd avec une mouche volant à l’intérieur, ou seulement lorsque celle-ci est posée?

Question 3:
 L'architecture avion comprenant un plan canard à l'avant est-elle plus performante qu'une formule dite "classique" avec un empennage horizontal arrière?

Question 4:
 Les dispositifs aérodynamiques appelés Winglets que l'on voit fleurir un peu partout sont-ils plus efficaces à basse ou à grande vitesse?


Question 5:
 Toujours les Winglets, en croisière, sont-ils plus efficaces à haute ou à basse altitude? 

Question 6:
 Encore les Winglets, quel est l’intérêt de ce dispositif du point de vue structural par rapport à des extensions de voilure horizontales?

Question 7:
 Concernant les avions de ligne, le décrochage "haut" à l'approche de Mach 1, constitue-t-il un danger pour ce type d'appareil?

Question 8:
 Sur un avion tricycle à l'atterrissage, le manche poussé en avant au sol améliore-t-il les capacités de freinage?

Question 9:
 En approche avec du vent arrière, devez vous majorer votre vitesse d'approche?

Question 10:
 Atterrissage sur une piste inondée. La vitesse d’aquaplaning dépend de la pression des pneumatiques: vrai ou faux?

Bonnes fêtes de fin d'année.