Juin 2014 - Rencontre avec JP Vaunois, sortie d'air refroidissement, calage négatif volets.

6 juin:
L'Envolée étant terminée, il est temps de faire un bilan sur la façon dont s'est comporté notre SPEEDJOJO et sur les échanges que nous avons eu avec notre ami Jean Paul Vaunois, ingénieur polytechnicien dans le domaine aéronautique et spatial.

 Tout d'abord, pour ceux qui ne le connaisse pas et pour présenter l'oiseau, je reproduis ci-dessous la critique parue dans l'Aérobibliothèque www.aerobiblio.com de Jean-Noël Violette, du livre qu'il a écrit et que je recommande également:










L’aérodynamique de l’avion subsonique expliquée aux oiseaux
Jean-Paul Vaunois














Si je prends la plume aujourd’hui, c’est pour vous parler d’un ouvrage de haut vol qui vient de paraître, L’aérodynamique de l’avion subsonique expliquée aux oiseaux. L’auteur, Jean-Paul Vaunois, se définit lui-même comme "architecte d’avions". C’est joli et amplement justifié car ce polytechnicien, par ailleurs pilote, est entré en aérodynamique il y a plus de quarante ans. Que ce soit pour son travail ou simplement par plaisir, il a mis son talent, ses connaissances et la rigueur de son raisonnement au service d’un peu tout ce qui vole, des avions les plus légers aux engins de rentrée atmosphérique. C’est donc un oiseau rare qui se propose de nous donner la becquée. Mais en fait de becquée, les connaissances dont cet ouvrage va essayer de nous nourrir se mesureraient plutôt en pelletées, et nous verrons qu’il ne faut pas avoir un appétit d’oiseau pour s’y attabler !
Les oiseaux parlent aux oiseaux ? Rassurez-vous, la partie rédactionnelle du livre est écrite en français très conventionnel, et il ne vous faudra pas faire un effort de compréhension d’un quelconque dialecte aviaire, apprendre à jacasser comme une pie par exemple, mais vous pourrez toujours roucouler en pensant au plaisir – un peu masochiste - de la lecture à venir. Au contraire, on ne les voit pas vraiment apparaître, les oiseaux ; à part peut-être lors d’un ou deux clins d’œil en fin d’ouvrage. Et heureusement, car ils auraient certainement eu du mal à suivre, ce travail ne s’adressant pas vraiment à des cervelles de moineaux. Bien au contraire, pour en apprécier l’envergure il sera conseillé de posséder un minimum de bagage scientifique, ainsi que l’habitude de suivre une démarche du type "exposé d’une thèse/démonstration/synthèse" pour garder la concentration nécessaire.
Nous sommes plus en présence d’un livre de cours pour élèves-ingénieurs que d’un manuel de vulgarisation. Chassez le naturel, il revient au grand pas ! Les théories et phénomènes sont bien expliqués, mais pas en termes "grand public". Cependant, lorsqu’on a franchi le seuil psychologique de cette pédagogie à la hussarde, quand on a réussi à s’accrocher et à accepter que l’auteur nous prenne sous son aile, ce livre se révèle très enrichissant.
On révise beaucoup de sujets, et on en apprend plein de choses. J’ai apprécié par exemple le tableau présentant les 21 ( !) sources de traînée pour un DR-340, l’explication qu’un train tricycle bien caréné peut présenter moins de traînée qu’un train classique, l’exposé de l’optimisation des entrées d’air d’un capot-moteur, etc. J’ai adoré la démonstration de la traînée de refroidissement, un pur moment d’application didactique dans la décomposition du phénomène, histoire de me faire mentir quant à mes commentaires pédagogiques précédents ! Et Jean-Paul Vaunois aime aller à l’encontre des idées reçues. On jubile à le voir balayer les préjugés sur le couple gyroscopique sur un avion, sur l’obligation de voler bille au milieu, sur le mauvais refroidissement des cylindres arrière d’un moteur ou sur le prétendu gain de poids apporté par un train classique.
L’auteur, comme pour nous remercier d’avoir suivi jusque là, termine son ouvrage par une application à la conception d’avions monomoteurs, puis bimoteurs, de tout ce qu’il nous a rappelé ou appris, avec des commentaires sur certains appareils bien connus et les choix auxquels ils ont répondu.
Le texte est parsemé de petites citations, parfois réelles, parfois imaginaires, et souvent amusantes dans le contexte. Il est également illustré de quelques photos en couleur, et surtout de nombreux schémas et tableaux.
Vous pouvez donc vous embarquer au fil de ces pages sans craindre d’y laisser des plumes. Il faut juste vous accrocher, ne pas vouloir aller trop vite dans cette lecture, et vous verrez que petit à petit, l’oiseau fait son nid. C’est l’initiation rituelle des premiers chapitres qui vous permettra d’apprécier particulièrement ceux de la fin et les enseignements qu’ils apportent.
Un petit regret ? Que le nom de Bernoulli soit écorché la plupart du temps (mais pas toujours) en « Bernouilli ». (C’est un dada sur les Aéroforums que de rappeler que le grand Bernoulli n’était pas une nouille).
Si le livre est bien en fin de compte à déconseiller aux oiseaux, et en particulier à ceux que parfois les trucs chouettes effraient, aux têtes de linottes et à certaines buses redoutant des explications trop volatiles, il peut être sans problème recommandé au genre humain, et spécialement aux esprits curieux qui souhaitent rafraîchir ou enrichir leurs connaissances.
Jean-Noël Violette

 Notre rencontre:

 Nous avions déjà rencontré Jean Paul lors d'une envolée précédente, en 2007 et il était venu avec un autre prototype, le DH 251  F-PTRA sur lequel il avait installé un système de refroidissement original qui nous avait interpelé. En tous cas, il avait une gueule bien spéciale. (Cet avion a été accidenté depuis).
 A l'époque, nous avions peu échangé avec lui, nous étions des bleus dans l'Envolée et surtout nous n'avions pas encore lancé la démarche d'amélioration tous azimuts du Jojo.

 Cette année, il est venu avec son Océanair TC160, lui aussi profondément modifié, avec notamment un circuit d'air de refroidissement inversé.
 Lui aussi a une "gueule" pas banale avec une grande entrée d'air unique qui sert à la fois pour l'air d’injection moteur et le refroidissement.
 L'air de refroidissement passe d'abord sous le moteur puis remonte derrière le long de la cloison pare-feu pour finalement passer à travers les cylindres par le dessus. L'air chaud est ensuite dirigé dans une large gaine (traversant le flux froid) vers un volet de sortie réglable (moteur électrique actionnant une vis de réglage) en dessous, coté gauche. Jean Paul "pilote" ce volet de manière à obtenir 200°C de température culasses à son Lyco de manière très précise, pour conserver une bonne longévité au moteur.



 Sur cette vue, on aperçoit le filtre à air de l'admission moteur:




 Vous l'aurez compris, Jean Paul (par ailleurs consultant chez Robin New Aircraft) est, comme nous, un mordu de la recherche expérimentale et de l'optimisation et cette fois, on a bien discuté le coup.



Le rapport:
Introduction:
 Nous avons cette année rencontré Jean Paul à Villefranche de Rouergue, le mercredi lors du pré-rassemblement de l'Envolée et pendant que nous nous installions à table en extérieur, j'ai remarqué que Jean Paul faisait discrètement le tour de notre avion en se baissant, regardant dans les orifices, sous les ailes, de façon très méticuleuse, puis il est revenu tranquillement à la table.
 De mon coté je tentais de garder un air détaché alors qu'intérieurement je bouillais et redoutais les commentaires du maitre.
 Alors il vient vers nous et annonce; "il est très speed design votre Jodel, mais si vous voulez aller encore plus vite, j'ai quelques trucs à vous dire, on verra ça plus tard. Vous volez à combien déja ? 125 kt ?, c'est vraiment pas mal".
 Ouf, nous avions réussi à attirer l'attention du maitre et en plus il allait sûrement nous aider à atteindre notre Graal.
 Je quitte maintenant volontairement le coté narratif de mon propos pour expliquer, par postes, les conclusions et pistes à explorer.

Circuit anémométrique:
 Pour les plus attentifs à notre blog, vous vous souvenez sûrement de nos problèmes d'anémométrie.
 Pour résumer, notre pitot (pression totale) donne entièrement satisfaction pour tout le domaine de vol, y compris les très basses vitesses. Ce n'est pas le cas pour le circuit statique qui donne, en vol, une pression plus faible qu'il ne devrait, induisant une erreur altimétrique faible d'environ +50 ft, mais c'est plus gênant pour l'indication de vitesse qui doit être corrigée par des artifices instrumentaux.
 J'ai relu le rapport du CEV sur le DR1050 reproduit à la fin de l'excellent livre de François Besse "La Saga Robin" qui fait mention de ce problème, tout en estimant que cela reste acceptable.
 Jean Paul, dont l'Océanair possède un fuselage de Jodel, a placé ses statiques latéralement juste en arrière des capots moteur. C'est un endroit qui lui donne satisfaction et qui, curieusement, est insensible aux effets moteur malgré la proximité de l'hélice. Il n'en reste pas moins qu'il existait pour lui aussi un écart de statique qu'il a compensé astucieusement par un petit dispositif aérodynamique réglable.
 

 Il s'agit d'un petit profil placé à proximité immédiate de la prise statique, tenu avec 2 vis. La première sert d'axe de rotation au profil alors que la deuxième sert à régler l'incidence de ce profil grâce à un secteur. Quelques essais en vol lui ont permis de trouver le bon réglage.

 

 Il utilise au niveau instrumentation, un écran multifonction en couleur de MGL (pas cher) qui lui permet d'enregistrer les paramètres de vol sur une carte SD qui s'enfonce dans l'instrument en face avant.

 Nos intentions sont évidemment de reprendre à notre compte cette astuce de réglage, mais nous allons procéder différemment pour l'étalonnage en effectuant une comparaison directe (tuyau avec niveau d'eau) entre une statique alimentée par une nouvelle perche placée en bout d'aile (moins perturbée par l'aile que notre dernière perche) et la statique de bord à régler pour améliorer la précision.


Le circuit de refroidissement moteur:
 Jean Paul est partisan, comme nous, de commencer par ce qui est facile à faire, et concernant notre circuit de refroidissement, il a identifié quelques trous de communication entre la chambre haute et la chambre basse, que l'on pourra facilement occulter par des pièces en alu rivetées. On avait bien l'intention de s'y atteler, mais je ne sais pourquoi, ça n'a pas encore été fait. Donc merci pour le rappel.
 JP dit que, grosso modo, chaque trou de communication ou fuite entre les 2 chambres est équivalent à un petit aérofrein déployé sur l'avion de la surface... du trou. Cette description a le mérite d'être imagée.
 Par voie de conséquence, on peut également considérer que, sans fuites externes, la trainée de refroidissement est pratiquement celle fournie par un aérofrein de la surface de la sortie d'air de refroidissement, d'où l’intérêt évident d'avoir des volets de capot pour diminuer cette surface en régime de croisière.
 Par ailleurs, si l'on veut pouvoir réduire cette surface au minimum nécessaire, il faut faire en sorte que tout l'air de refroidissement y participe, ce qui conduit à traquer toutes les fuites internes.
 En ce qui concerne les fuites externes qu'il faut également réduire, un gros contributeur est souvent oublié. Il s'agit d'une fuite massive qui peut exister à l'avant, entre le capot moteur et le cône d'hélice.
 Tout dépend de la forme des capots, mais pour un Jojo voila ce qu'il se passe:
 





  La fuite principale est située en partie supérieure. L'air sous pression dans la chambre supérieure reflue par la fente qui existe entre le cône et le capot vers une zone qui, de plus, est en dépression. 

 La conséquence directe est, non seulement une perte de rendement du circuit de refroidissement, mais aussi la création d'une zone de décollement des filets d'air sur le capot, par cet air qui fuse perpendiculairement à l'écoulement externe. Cela génère une trainée supplémentaire. Si encore cet air sortait vers l'arrière, ça serait moins grave !
 Traiter cette fuite n'est pas forcément chose aisée, dans la mesure où le capot doit rester démontable et qu'un espace d'au moins 5 mm est nécessaire pour la manutention.
 Sur notre capot supérieur, nous venons de faire la modification suivante (voir photo) en installant une cloison verticale derrière le cône:




 En pratique, il s'agit de multiplier les barrières, notre solution ne donne pas une étanchéité parfaite, mais c'est déjà pas mal. Je vais ajouter un joint souple, type joint d'isolation de fenêtres, sur la périphérie du capot en vis à vis du cône.
 Le maitre a apprécié notre modif  :))

Entrée d'air carburateur, effet Ram air:
 Une remarque de JP concernant la lèvre inférieure de notre entrée d'air carbu dont il juge l'espace la séparant de l'hélice trop faible. Conséquence possible, la génération de bruit, spécialement si la lèvre est épaisse, ce qui est le cas. De mémoire, il me dit qu'il existe une norme pour les CDN, la clairance doit être d'au moins 1 inch (2,54 cm). Nous avons 1 cm !

 JP préfère les lèvres minces en me disant que ça marche mieux (voir le F-PTRA), mais sans argumentation pertinente à mon gout. Il reconnait qu'il y a, dans ce cas, un risque de décollement externe dans l'air de contournement. Nous avons donc une divergence d'opinion sur ce point de l'épaisseur des lèvres que je préfère charnues, le point d’arrêt étant à l'intérieur.

 JP nous indique qu'il est possible de bénéficier d'un effet Ram air qui consiste en la récupération d'une pression dynamique plus importante dans l'entrée d'air du carburateur, grâce au souffle de l'hélice. Il a, dans le passé, fait des mesures où il a démontré que cet effet est maximum à 75% du rayon de l'hélice.

 Sur son Océanair, la pression d'admission qu'il mesure plein gaz est supérieure à la pression atmosphérique.
 Pour notre Jojo, cela nous conduirait à modifier profondément les capots moteurs, ainsi que la boite à air du carburateur. Par ailleurs, la puissance supplémentaire obtenue le serait au détriment de la trainée du capot qui, moins fin, freinera d'avantage. Il n'est pas évident que le bilan soit positif sur la vitesse, en tout cas une chose est sûre, c'est que la conso/distance augmentera, ce que nous ne trouvons pas souhaitable.
 Nous n'avons pas de mesure de la pression d’admission, mais après installation de notre boite à air de construction personnelle, nous avons estimé par l'amélioration de la vitesse, une augmentation de puissance en croisière de 5 cv (avec un moteur différent, il est vrai). Cette boite a été conçue pour générer le moins de pertes de charge possible, en soignant la circulation de l'air dont le débit est important, de l'ordre de 70 litres/seconde (!) à 2800 tr/mn et 3 litres de cylindrée.

 Je vous en laisse admirer le design ici, avec la demie-boite inférieure et son volet d'admission d'air chaud:


L'air chaud de dégivrage carburateur arrive latéralement et, lorsque le volet est fermé, la veine d'air est parfaitement lisse jusqu'au carburateur. Le filtre à air est large pour ralentir la vitesse de l'air qui passe au travers, induisant moins de pertes de charge.
 
Installation sur l'avion, filtre à air retiré:
 

 Toujours sans le filtre, vue avant avec le capot:




Nous considérons que cette boite est une de nos meilleures réussites. Aucun problème à signaler.

JP pense que notre entrée d'air est trop relevée vers le haut, mais ce n'est pas sûr. On peut tenter de le vérifier en beurdoirant copieusement le pourtour de l'entrée avec de l'huile de vidange pour en observer les points d’arrêt et  la circulation en extérieur, ce qui permettrait de voir si elle déborde vers le haut ou vers le bas. Nous allons donc commencer par ça (c'est facile !)


Pompe à vide:
 Selon JP, la pompe à vide est un héritage du passé qui ne devrait plus exister sur un avion moderne. On continue à les utiliser par habitude.
Explications:
 Une pompe à vide prélève sur le moteur une puissance de 400 watts, soit 1/2 cheval, résultat d'une étude expérimentale qu'il a mené.
 Une instrumentation électrique type X-treme de MGL avionics (par exemple) qu'il utilise, consomme 3 watts à luminosité maximum, il n'y a donc pas photo.
 1/2 cv prélevé sur notre vol correspond à environ 0,3 kt.

 En général ces instruments possèdent également une batterie interne protégeant des pannes d'alimentation. La redondance ne constitue donc pas un argument déterminant dans le choix de sources d'alimentations différentes.


 De plus, le gain de masse est non négligeable par rapport à une instrumentation avec gyroscopes.


 Il se trouve que notre pompe à vide (de récupération) a un fonctionnement assez capricieux et nous nous posions la question de son remplacement (panne pendant l'Envolée).

 Nous allons donc remettre en service pour quelques temps notre vénérable venturi, solution d'attente avant de refaire notre tableau avec des instruments plus modernes, projet que nous caressons depuis un moment.
  

10 juin:
Ne pas voler bille au milieu !

 JP en parle d'ailleurs dans son bouquin, voler bille au milieu alors que rien n'est symétrique sur un monomoteur à hélice, ça n'a pas forcément beaucoup de sens, en fait cela dépend de la manière dont est réglée la bille, des réglages d'orientation moteur par rapport à la cellule, d'une éventuelle correction apportée au calage de la dérive, du régime moteur et de la vitesse.
 Autant dire tout de suite  qu'il suffit de modifier un paramètre pour perturber le bel équilibre et la recherche d'une bille centrée n'est pas forcément synonyme de performance.
 Si l'avion est bien construit, l'idéal pour tirer le maximum de la puissance moteur est d'avoir, en croisière, un plan d'hélice perpendiculaire à la trajectoire et dans le même temps, un fuselage orienté en position de trainée mini.

Plan d'hélice perpendiculaire à la trajectoire, pourquoi ?
 Dès qu'on incline le plan d’hélice par rapport à la trajectoire, une pale se met à tirer plus que l'autre et quand ce plan est presque parallèle à la trajectoire, on a un hélicoptère, sauf que lui a un pas cyclique et pas nous.
 Comme notre pas n'est pas cyclique, c'est la pale qui avance qui tire le plus (le pas cyclique d'un hélico sert à ce que les pales aient la même portance).
 Sur notre avion dont le moteur tourne dans le sens horaire (en regardant vers l'avant), c'est la pale de droite qui tire le plus au décollage compte tenu de la forte incidence de l'avion dans cette phase, ce qui contribue à la tendance naturelle de ce dernier à tourner à gauche au décollage. Le souffle hélicoïdal génère de plus une portance latérale sur la dérive qui conduit l'avion à tourner dans le même sens.
 Mais ce qu'il faut retenir, c'est qu'en dehors de la maitrise des effets secondaires de la propulsion (Parfois pas une mince affaire !), le rendement de l'hélice est moins bon si les 2 pales ne travaillent pas à la même incidence.
 Pour un avion de voyage, qui restera longtemps en phase croisière, on devrait soigner ce paramètre sur les 2 axes, c'est à dire en lacet (l'hélice ne doit "regarder" ni à droite ni à gauche de la trajectoire) mais aussi en tangage (l'hélice ne doit "regarder" ni en haut ni en bas de la trajectoire).
 J'ai constaté des écarts de vitesse mesurables sur le jojo en vitesse de croisière lorsque la bille n'était pas au bon endroit, mais nous n'avons pas encore quantifié le phénomène.
 La difficulté que je vois pour contrôler l'orientation du plan d'hélice en lacet, c'est que je ne peux pas placer un brin de laine sur l'axe de symétrie du pare-brise à cause du souffle hélicoïdal. Il faudra donc trouver autre chose, sur l'extrados peut-être.
 L'assiette de croisière est choisie par le constructeur en fonction des performances supposées de leur avion. Il choisit un calage de l'aile de manière à avoir un fuselage horizontal à la vitesse croisière.
 Le problème pour notre SPEEDJOJO, c'est que nous cherchons à aller plus vite que la vitesse pour laquelle il a été dessiné et nous constatons déjà qu'il a une forte tendance à voler "nez bas" en croisière rapide.
 Pour info, ce phénomène de "nez bas" prend plus d’ampleur dans les derniers km/h, car l'incidence de l'aile diminue proportionnellement à l'inverse du carré de la vitesse.
 Une solution existe, changer le calage de l'aile. Non là je déconne, mais on peut quand même faire quelque chose pour ceux qui ont des volets de courbure, c'est mettre du calage volets négatif si la configuration le permet. Nous on peut, Papa l'a même déjà fait il y a longtemps (presque 20 ans) mais ne se souvient pas bien des résultats et puis le jojo volait moins vite à l'époque, ce qui rendait la chose moins intéressante. 


Du calage volets négatif:
 Donc, comme vu précédemment, il y a un intérêt au calage négatif pour le fonctionnement de l'hélice, mais pas seulement.
 JP nous en a parlé comme quelque chose que l'on pouvait essayer pour, peut-être, gagner sur la trainée d'équilibrage de l'empennage horizontal. En mettant du négatif, on diminue le couple piqueur naturel du profil de l'aile en se rapprochant d'une forme de profil auto-stable. La conséquence en est que l'empennage est moins déporteur pour équilibrer longitudinalement l'avion.

 Pour ma part, j'y vois aussi la possibilité de mieux répartir la portance sur l'aile et de diminuer la trainée induite par un meilleur coefficient d'Osswald, je m'explique:
 Il n'a échappé à personne que les Jodel avaient un vrillage des extrémités de voilure important sensé les protéger d'une perte de contrôle aux ailerons lors du décrochage.
 La conséquence en est qu'en croisière rapide, l'extrémité des ailes est en déportance, ce qui diminue l'allongement déjà pas terrible.
(Photo InterAction foutoir aux questions)


 Sur la figure 1, en bleu, voici la forme de la répartition de la portance sur l'aile à grande vitesse. En rouge, la déportance de l'extrémité de voilure.
 A cet instant (même vitesse)? si j'introduis du calage volets négatif sur la partie horizontale de l'aile, l'avion bascule en arrière et la portance se réparti en chargeant les bouts d'ailes et en allégeant la partie avec volets: Fig 2.
 La portance totale reste bien sûr la même (le poids de l'avion n'a pas changé) et il se crée une discontinuité à la frontière volet/aileron dont les bords de fuite ne sont plus alignés.
 Au final, malgré la discontinuité, on est bien plus proche de la répartition elliptique idéale permettent de minimiser la trainée induite. Par ailleurs, le fuselage reprend une position plus horizontale.
 Inconvénients?
 Le moment fléchissant à l’emplanture de l'aile est plus important, évitez donc de mettre du calage négatif en turbulence.
 Le décrochage est moins sûr car les ailerons ne sont plus protégés du décrochage. Pas très grave puisque vous l'utilisez en croisière et que vous ne risquez pas de décrocher à cette vitesse. Ne pas oublier de supprimer ce calage négatif pour l'approche et l'atterrissage.

 

De Thierry:
Vol du lundi = Quizz du mardi
Décollage tôt ce lundi matin dans la canicule pour rejoindre
des températures clémentes, voir frisquette à 12500 ft pour le tour du mont blanc.
 


Après avoir passé le col du midi et la vallée blanche en direction de l'Est, sur votre droite, une face Nord mythique des alpes française. Cf la photo ci dessus.
Question n°1 = Quel est ce sommet ?



Revenant vers Chamonix, vous avez 2 sommets eux aussi mythiques.
Le premier, en haut à droite de la photo ci dessus, porte le nom d'une couleur.
Le deuxième, au centre et au premier plan, a été rendu célèbre par "Premier de Cordée".
C'est en le gravissant que le père du héros a été foudroyé.
Question N°2 : Quel sont les noms de ces 2 sommets ?
Enfin, fatigué par toutes ces questions, vous décidez de vous poser à la buvette la plus proche et d'aller prendre un café (1 euros, beaucoup moins cher qu'à Grenoble) en face du Mont Blanc et du col du midi.
Question n°3 : Quelle est cette altisurface (photo ci dessous) ?








Notez que le piper en premier plan a dû avoir un souci à l'atterro, l'hélice a souffert !


12 juin:

 Activité hangar cet après-midi, papa a réinstallé notre vénérable venturi pour remplacer la pompe à vide déficiente. Je rappelle que c'est une réinstallation provisoire en attendant le passage à des instruments électriques.

 Pour ma part, j'ai remplacé un joint de capot pour améliorer l'étanchéité du circuit d'air. Il y en a d'autres à changer et un peu de boulot car ils sont rivetés.
 J'ai aussi pris les cotes pour faire une modif sur la sortie d'air de refroidissement et pour pouvoir diminuer encore le débit de sortie d'air. Actuellement, tout fermé en croisière, on a encore des températures culasses d'environ 175° en STD + 15° et on aimerai pouvoir régler à 200°C (274°C maxi) même en hiver, alors il y a encore de la marge.

13 juin:
 Section de sortie air de refroidissement:
 On travaille avec Julien à réduire la section de sortie d'air de refroidissement en fabriquant des blocs profilés en mousse et stratifié. Ils seront fixés sur le fuselage de manière à faire un convergent étroit sur la partie externe des volets de capot.
 Ci contre, un schéma de principe avec les fameux blocs (en rouge) avec les volets en position pleine fermeture.
 Des photos bientôt.







15 juin: 
 Calage volet négatif:
 Mon ami Matthieu de l'IUT de Cachan m’interpelle sur le risque supposé de décrochage de l'aile au niveau des ailerons dans la turbulence, à grande vitesse, si l'on met du calage négatif aux volets.
 Je soutiens pour ma part que le risque mentionné (décrochage) est surtout présent à basse vitesse mais qu'un autre risque apparait à grande vitesse, c'est celui de la rupture de l'aile en cas de turbulences, ce qui est bien plus grave admettons-le. Je vais tenter de le démontrer.

Qu'est ce qu'une turbulence?
 Pour l'ingénieur, il s'agit d'une variation rapide du déplacement de la masse d'air dans laquelle l'avion évolue, en direction et/ou en intensité. Pour le passager, c'est un trou d'air.
 La première question est de déterminer si pour éviter le décrochage dans les turbulences, il vaut mieux voler vite ou voler lentement.


 Sur ce schéma, on voit aisément que pour une même rafale verticale de vitesse Vr, plus la vitesse avion Va est faible et plus l'augmentation d'incidence avec le risque de décrochage est grand.
 Donc, clairement, pour éviter le risque de décrochage en turbulence, il vaut mieux garder de la vitesse.
 Le problème, c'est que plus on vole vite en turbulence et plus l'inconfort augmente en même temps que le facteur de charge. C'est pour cela qu'il existe une vitesse maxi en turbulence sur votre badin.

 Les constructeurs d'avion doivent respecter des normes de construction et notamment de résistance structurale à la turbulence (facteur de charge en rafale). Ces normes ont été élaborées de manière à garantir une marge de sécurité par rapport aux événements météorologiques les plus courants (turbulences) et en prenant quelques marges. Bien évidemment, on ne pourra jamais demander à un constructeur de respecter des normes qui permettraient de résister à des charges extrêmes, car cela serait bien trop pénalisant si l'on veut un avion économique et performant, les pilotes auront la formation et les équipements nécessaires (radar météo, prévis météo, images satellite) pour éviter ces conditions extrêmes.
 Les constructeurs utilisent donc des rafales normalisées qui leurs permettent de dimensionner structuralement leurs avions. Cette résistance structurale concerne principalement la résistance de l'aile et du fuselage à un certain facteur de charge avec, en ce qui concerne l'aile, une certaine répartition en envergure de la portance, ce qui conduit à un moment fléchissant à l'emplanture des ailes.

 Or, si l'on ajoute du calage négatif aux volets, on modifie la répartition de la portance en envergure de l'aile, on augmente donc le moment fléchissant à l'emplanture. Si le vol est calme, aucun problème, mais si des turbulences modérées à fortes surviennent, la fameuse "vitesse en turbulence" débutant l'arc jaune de mon badin ne me protège plus de la rafale normalisée.
  Donc mef.
 
 Maintenant pour répondre plus précisément à Matthieu sur le risque de décrochage d'ailerons, prenons un exemple raisonnable et voyons si son angoisse (pour moi) est fondée.

 Considérons que le SPEEDJOJO ait une masse de 750 kg et vole à une vitesse rapide de 220 km/h au niveau de la mer (61 m/s). Son envergure est de 8,72 m et la surface de son aile 13,6 m2.
 Son allongement est donc de Lambda = e2/S = 5,6  (au coeff d'Oswald près pour les puristes).

 Le Cz de l'aile varie linéairement avec l'incidence selon la formule I° = (10 + 57,3/ Pi.lambda).Cz
donc I° = 13. Cz
 En utilisant l'équation de la portance P = 1/2.Ro.S.Cz.V2, on trouve, à la vitesse de 61 m/s un Cz moyen de 0,24 , soit une incidence moyenne de l'aile d'environ 3° par rapport à l'incidence de portance nulle.
 Le décrochage apparait pour une incidence d'environ 19,5° à l'emplanture et un Cz moyen de 1,5 pour une vitesse de 24,5 m/s (88 km/h) à 750 kg. 
 Maintenant regardons quel calage négatif puis-je raisonnablement apporter:
 

 Géométriquement, on ne peut guère allez au-delà de 2,5° d'influence sur le calage global de l'aile sans déformer complètement le profil et augmenter par la-même la trainée (dessin ci-dessus).
 En admettant qu'on y arrive et si l'on admet également l'hypothèse simplificatrice que l'incidence de la partie en dièdre a 2,5° de plus que sans calage négatif dans la partie centrale, à la même vitesse,
on peut conclure que le décrochage n'aura pas lieu avant d'avoir atteint 19,5 - 2,5 = 17° à l'emplanture.
 Or à cette incidence, le Cz moyen de l'aile sera d'environ 17/13 = 1,3.
 Si je suis à cet instant "à la grande vitesse" de 61 m/s, la portance globale de l'aile sera alors de:
P = 1/2x1.225x13,6x61^2x1,3 = 40300 N
à la masse de 750 kg, le facteur de charge au décrochage à 61 m/s sera de:
 40300/750 = 54 m/s2 = 5,4 g !
 On est au-delà du facteur de charge limite de l'avion sans calage négatif, autant dire que les ailes ont fait "bravo" avant de décrocher.
 Matthieu peut être rassuré, pas de décrochage des ailerons à craindre si on garde du badin, mais méfiance pour la structure en turbulence quand même.


17 juin:
De Papa:
Fils, je lisais ton blog avec intérêt au sujet des volets en négatif.
Il convient de rappeler que les ailerons du speedjojo sont vrillés, ce qui n'est pas le cas du jojo standard.
Comme je suis un prudent, je n'ai rattrapé que la moitié du vrillage d'aile. La raison de cette modife est la suivante: pour améliorer le comportement à l'approche du décrochage, Jean Délémontez avait proposé une cassure du bord d'attaque sur l’extrémité d'aile. Ce qui, au final donnait un profil très creux.
Ça m'a dérangé, du coup, je n'ai pas touché au bord d'attaque et j'ai relevé l'aileron, en espérant secrètement diminuer la traînée!!

De moi:
 Oui je m'en souviens, au final le but recherché qui était d'augmenter le vrillage en bout de plume à été plus élégamment atteint avec ta méthode, mais il t'as fallu le courage de construire des ailerons vrillés, plus difficiles à fabriquer.
 Mais cela ne change en rien l'exposé que j'ai fait précédemment, il reste valable même sur un Jojo "standard".

6 commentaires:

  1. Bonjour

    aurons-nous le plaisir de vous voir à Cipières la semaine prochaine ?

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    1. Non, pour ma part, cette année, le travail m'appelle, mais peut-être que Papa viendra...

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  2. "Le décrochage est moins sûr car les ailerons ne sont plus protégés du décrochage. Pas très grave puisque vous l'utilisez en croisière et que vous ne risquez pas de décrocher à cette vitesse. Ne pas oublier de supprimer ce calage négatif pour l'approche et l'atterrissage."

    Je rappelle au PEUZIN du sud que le décrochage est une question d'incidence :-)
    Attention lors des passages bas à grande vitesse. Un braquage négatif des volets pourrait engendrer un décrochage d'aileron dangereux au passage dans une turbulence.

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    1. Mon cher Matthieu, tu me taquines, je n'ignore aucunement ton rappel parfaitement inutile sur l'incidence qui fait décrocher, je prend cela comme une demande pour être un peu plus rigoureux dans mes explications, tu es prof, donc c'est normal que tu sois plus scolaire. Soit.
      Pour autant, je pense que le risque que tu mentionnes est complètement nul et je m'en vais tenter de te le prouver, mais pas dans le cadre de cette réponse peu approprié pour mettre des illustrations, donc je vais te répondre dans l'article de juin.

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  3. Bonjour,

    Il ne me semble pas avoir vu de "lèvre" sur le bas de la cloison pare-feu, pour faciliter la sortie de l'air chaud. Avez-vous évalué cette option ?

    TA

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    1. Vous avez parfaitement raison, le bas de la cloison pare-feu possède un arrondi ridicule de rayon 16 mm, c'est mieux qu'un angle droit, mais quand même insuffisant. Comme vous l'avez sûrement lu, je travaille en ce moment sur cette sortie avec 2 objectifs. Le premier est de pouvoir réduire encore un peu la section de sortie pour pouvoir tourner plus chaud (objectif 200°C pour les culasses), le deuxième est, comme vous le dites, de faciliter la sortie d'air chaud non pas en cherchant à augmenter le débit (puisque justement je veux le diminuer) mais en améliorant le rendement du convergent de sortie pour que l'air qui sort ait le plus de vitesse possible.
      J'explique tout ça dans les dossiers "L'aérodynamique d'un tuyau ou comprendre comment fonctionne un circuit de refroidissement" visible sur ce blog onglet "documentation".
      Sur le petit schéma de principe 2 vues que j'ai publié ce mois-ci, j'explique comment, en positionnant 2 blocs profilés sur les cotés, je vais diminuer la section de sortie. Cette partie va donc bénéficier d'un arrondi beaucoup plus large. Reste la partie centrale où va passer l'essentiel du débit en croisière (volets fermés) qu'il va falloir "traiter" également. Je vais le faire en plaçant une plaque courbe en avant de la cloison pare-feu pour bien guider les filets d'air horizontalement en sortie. Le travail est déjà bien avancé et je publierai des photos et des explications dès que possible.
      Merci de l’intérêt porté à notre travail.

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