Mars 2015 - Nouvelle batterie, admission et volets négatifs

5 mars:
 Papa a bien avancé dans l'installation de l'instrument de mesure de la pression d'admission et compte tour. Il attendait un composant électronique pour finir l'adaptation du capteur actuel du compte tour. Ça devrait être fini cette semaine.

 Pour ma part et malgré ma reprise d'activité (je vous écrit tout ça de Montréal) j'ai fini la boite de ventilation contenant notre nouvelle batterie Li-Fe-PO4. Elle est fabriquée avec des panneaux isolants en mousse recouverts d'une feuille d’aluminium sur les 2 faces. C'est vendu tel quel chez Briconaute et c'est destiné à être collé sur les murs, derrière les radiateurs pour réfléchir la chaleur vers la pièce.
 C'est très léger et très raide, en tout cas bien assez solide pour contenir une batterie de 1100 gr.
 J'ai assemblé les morceaux à la colle époxy.
 L'air de refroidissement arrive par le tuyau et ressort par un trou au plancher de la boite. Je me suis arrangé pour faire des chicanes pour être sûr que l'air circule partout. Les rectangles noirs visibles sur la photo du haut sont des morceaux de chambre à air percées à travers desquelles on passera les câbles électriques pour l'étanchéité du circuit d'air.
 J'ai isolé électriquement le couvercle avec du scotch noir pour écarter tout risque de court circuit de la batterie avec l'aluminium des surfaces. Il n'y a plus qu'à percer un trou à l'arrière de la chambre supérieure de refroidissement moteur et mettre un adaptateur pour brancher le tuyau, le boitier a les dimensions de l'ancienne batterie, aucune autre adaptation mécanique n'est nécessaire. je vais installer tout ça la semaine prochaine, on pourra faire les premiers essais de démarrage très vite.

11 mars:
 Journée hangar aujourd'hui avec la ferme intention d'essayer la nouvelle batterie pour moi et de faire fonctionner notre instrument MAP 2 pour papa, et devinez quoi ? Succès total, une grande journée pour l'aéronautique !
 Mais allons dans le détail:

 D'abord la batterie Li-Fe PO4. La batterie allait pile poil dans son logement, les câbles arrivaient
parfaitement, aucune adaptation, aucun problème d'interférence, le pied intégral. Juste un trou à percer dans la cloison arrière de la chambre de tranquillisation supérieure pour brancher mon tuyau de ventilation batterie. J'ai ensuite installé une des sondes de température à notre disposition sur la batterie elle-même, au scotch.

  Du coup, il me restait plein de temps que j'ai mis à profit pour installer une autre sonde "ambiance" en haut devant la cloison pare feu à proximité du groupe démarreur-magnétos-alternateur. J'en ai installée une autre dans la manche d'admission d'air du carbu pour voir si l'air prélevé en extérieur subissait un réchauffement en circulant dans la boite à air qui baigne dans l'air chaud de refroidissement. Petit trou à percer en 2 mm dans la manche que j'avais construite en composite. Une goutte d'Aradite rapide pour fixer la sonde microscopique dans le trou et quelques colliers à placer pour le cheminement des fils.

 Pendant ce temps, papa ayant abandonné l'idée de récupérer l'info tacky avec son ancien capteur (pas assez de niveau) installait un câble venant prendre l'info de tours moteur sur une magnéto.
 Nous étions enfin prêts pour un point fixe. Papa s'installa dans l'avion, je restai dehors pour observer le démarrage. Le moteur n'ayant pas démarré depuis un bout de temps, j’espérais que cette batterie de taille ridicule allait prouver ce qu'elle revendiquait.
 Et alors là, miracle, le démarreur se mit à tourner vigoureusement sans signes de faiblesse et en 2 secondes le moteur se mit à tourner régulièrement. Quel bonheur !
Vidéo:

https://youtu.be/oJzBb642DWI


 Nous étions emballés, seul bémol, le courant de charge après le démarrage à plus de 30 A, comparé aux 20A habituels de notre ancienne batterie au plomb. Bon, notre alternateur peut délivrer 60 A mais quand même.
 Didier, un copain est arrivé à ce moment là, puis une conversation de spécialistes s'est engagée pour savoir si c'était normal, et quelle était la charge de la batterie neuve et patati et patata.
 Finalement on est parti déjeuner.
 De retour, burp !, nous convenons qu'il faut faire un point fixe plus long, la batterie devant se recharger en moins de 15 minutes, avant de tirer des conclusions.
 Au bout d'une dizaine de mn, la charge était pratiquement à zéro avec une tension de 14,3 V, ce qui sembla satisfaisant à l'ingénieur.
 Le compte tour donnant des valeurs folkloriques, nous avons dû régler la sensibilité de l'instrument (vis de réglage au cul) puis paramétrer certaines valeurs dans les menus de réglage.
 Comme après tout était ok, nous avons décidé d'aller faire un petit vol pour voir un peu toutes les valeurs de températures.
 Sur notre instrument TC3 de mgl, il y a possibilité d'affichage de 12 canaux de mesures de températures. Nous avons provisionné les 4 premières pour les EGT qui ne sont pas encore installées.
Les 4 suivantes sont les températures cylindres. Enfin, les 4 dernières sont utilisables à la demande pour les endroits coté compartiment moteur qui nous intéressent. Ce sont des thermocouples au bout de câbles d'un mètre de long.
 Le vol s'est très bien passé, je vous donnerai rapidement les valeurs mesurées que je n'ai plus, papa est parti avec, le bougre.


16 mars:
Relevé températures et PA du dernier vol (11/3):

Les données météo étaient:
T° ext environ 16°
QNH 1017, terrain au niveau de la mer.

Pressions d'admission:
PA au décollage plein gaz (2400 tpm): 1000 hPa
PA en passant 1000 ft en montée Vi 150 km/h: 975 hPa, T°ext 14°
PA palier 1500 ft plein gaz (2750 tpm), Vi 220, T° 12°: 965 hPa. Les données sont notées en dynamique (accélération), car obligé ensuite de réduire les gaz en palier pour ne pas dépasser 2750 tpm: PA en stabilisé 960 hPa.

Températures notées dans cette dernière phase, volets de capot fermés:
Sortie de refroidissement: 61°
Ambiance devant cloison pare feu: 44°
Manche d'admission d'air carbu: 22°
Batterie: 35°


Analyse:
Pressions d'admission:
 Au décollage, en l’absence de pression dynamique (effet ram air) la perte de charge s'élève à:
 1017 -1000 = 17 hPa. Ce sont les pertes liées au passage à travers le filtre à air essentiellement.

  A 1000 ft, la pression statique extérieure vaut 1017 - 1000/28 = 1017 - 36 = 981 hPa
 La perte de charge n'est plus que de 981 - 975 = 6 hPa, ce qui veut dire qu'on récupère 11 hPa de pression dynamique.
 La pression dynamique vaut environ 1/2 x  1,225 x 42^2 = 11 hPa !
 Cela veut dire qu'on récupère la totalité de la pression dynamique et que notre entrée d'air est bien dessinée.

 A 1500 ft, la pression statique extérieure vaut 1017 - 1500/28 = 963 hPa. La PA étant de 965 on récupère donc 19 hPa de pression dynamique.
 Cette dernière vaut: 1/2 x 1,225 x 61^2= 23 hPa
 A priori, il manque 4 hPa (23 -19), mais cela est vraisemblablement dû à l'augmentation des pertes de charge dans le conduit d'admission dont le débit d'air interne est plus important à 2750 tpm qu'à 2400.

Conclusions sur la PA:
 Tout cela devra être vérifié, mais je trouve que ces résultats ont de la cohérence. En premiers résultats, on peut estimer la perte de charge dans l'admission à 17 hPa au point fixe (2400 tpm).
 Plein gaz en vitesse croisière (2750 tpm), ces pertes augmentent à 21 hPa.
 Excellente efficacité de notre entrée d'air qui récupère toute la pression dynamique.


Températures:
Veine d'air d'admission moteur:
 Après stabilisation nous avons constaté que la température de la veine d'air dans la manche d'admission, donc avant le carburateur, était de 22° pour une température extérieure de 12°.
 J'avais introduit une sonde dans cette manche pour savoir si la situation de cette manche dans l'air chaud de refroidissement, dans le bas des capots, avait une influence significative sur la température de l'air qui la traverse, malgré le débit important. A l'évidence, cette influence n'est pas négligeable puisque l'air d'admission prend 10° !
 Un petit doute subsiste sur l'origine de cet échauffement, est-ce dû uniquement au chauffage de la manche, ou existe-t-il une participation de la boite de mélange qui laisserait passer de l'air en provenance du coté chaud. La boite de mélange n'est certainement pas complètement étanche à l'air chaud en position "réchauffe sur off" mais à mon avis, la pression du flux froid est supérieure à celle du flux chaud, qui lui est prélevé dans les capots avec moins de pression dynamique.
 Bref, il y a vraisemblablement quelque chose à faire, je commencerai par isoler thermiquement la manche de son environnement.

 Petit calcul à la louche:
  Si nous pouvions récupérer les pertes de charge d'admission avec un nouveau filtre à air plus "perméable" à l'air, mettons 10 hPa, ça ferait 1% de pression d'admission en plus. Si de plus on s'arrange pour isoler thermiquement la manche d'admission, le densité de l'air augmenterais de 10/288 = 3,5 %
 En linéarisant outrageusement les effets de ces améliorations sur la puissance, nous pourrions gagner 75 cv x 4,5% = 3,4 cv en croisière, soit environ 2 kt de gagné sur la vitesse. On peut rêver !

Température de sortie refroidissement:
 Je suis surpris (un peu) des 61°, je ne m'attendais pas à autant. A noter que derrière la cloison pare-feu, il ne fait que 44°, alors que les deux zones communiquent largement. L'explication vraisemblable de cet écart est qu'il existe quelques fuites en partie haute entre la chambre supérieure et le volume situé devant le pare-feu, ce qui refroidi cet endroit.
L'écart de température sortie - extérieure s'établit à 61 -12 = 49°
On peut travailler encore plus chaud, je me fixe comme limite 80° en sortie, 200° en CHT et 60° maxi devant le pare-feu (moins serait mieux).

Température batterie:
 35°, c'est bien pour l'instant et vraisemblablement dû à la température de l'air de ventilation qui s'échauffe en passant au-dessus des cylindres avant d'arriver au fond de la chambre supérieure. A valider quand même en temps chaud. La valeur maxi de cette techno impose une température inférieure à 60°C.


26 mars:
Hangar.
 Hier il pleuvait, bonne occasion d'aller travailler sur l'avion plutôt que de voler. J'avais préparé un programme avec plus de choses à faire que de temps pour le faire, comme d'habitude, mais on a pas mal avancé. J'aime bien aller bosser avec le père, le plus souvent c'est moi qui vient avec des demandes, des idées de modifs et Papa organise les travaux pratiques et la mise en œuvre. On est très complémentaires.

Résumé de la journée:
 L'idée qui me trotte en ce moment, c'est  d'obtenir rapidement du "chiffre", car cela fait un bon moment que nous n'avons pas obtenu d'amélioration de notre vitesse de croisière depuis notre record à 128 kt de janvier 2012, or une modification facile est à notre portée. Il s'agit de la modification du calage des ailerons et volets. Le vrillage de l'aile, bien qu'adapté pour les vitesses habituelles de l'avion se révèle de plus en plus pénalisant à mesure que la vitesse augmente. Le bout d'aile devient déporteur et tire de plus en plus furieusement vers le bas, ce qui augmente le poids apparent et dégrade sérieusement l'allongement réel de l'aile et son fameux coefficient d'Oswald.
 L'idée est donc de "dévriller" un peu l'aile en abaissant les ailerons et en relevant les volets de courbure en procédant avec précautions.

 Ailerons:
 Il est possible de mettre un peu de mode commun sur les ailerons en agissant sur les câbles de commandes dont les extrémités sont réglables en longueur au niveau des attaches gouvernes. La contre partie, c'est que ça diminue le débattement global, car c'est la butée basse d'aileron qui touche en premier, l'aileron "haut" ne pouvant toucher la butée haute qu'au prix d'un effort supérieur au manche pour contrer l'élasticité du câble tendu qui tire l'aileron "bas". Comme on en est au stade de l'évaluation, nous n'avons pas pour l'instant modifié les butées et avons limité le décalage du bord de fuite à environ 1,5 cm vers le bas.
 Au visuel (photo), le profil est plus harmonieux, j'ai toujours trouvé, en étant assis au cockpit en vol, que les ailerons avaient l'air de remonter au niveau du saumon.


 Effet collatéral prévisible, le profil étant un peu plus creux devrait donner un peu plus de portance aux basses vitesses et aller dans le sens de meilleures perfos de décollage.
 Reste à évaluer les conséquences sur les réactions au décrochage du nouveau réglage, en sachant que je juge le jojo très sein au départ avec un contrôle aux ailerons très efficace. Prudence néanmoins pour nos essais à venir en configuration lisse.

Volets.
 Les biellettes de commande de volets sont internes à la structure et travaillent en compression. La longueur des biellettes est réglable grâce à une vis. La butée haute de volets a été remplacée par une autre, décalant le bord de fuite vers le haut.



 Là aussi il y a quelques effets collatéraux:
 D'abord, le fait d'avoir raccourci les biellettes a un impact sur les autres calages volets, moins de courbure pour les crans "sortis", compensé partiellement par le fait que nous avons mis en service un dernier cran à 45° dit "forte pente" qui sera donc un peu moins forte.
 Ensuite, un autre impact plutôt positif, l'assiette de croisière sera moins "nez bas" comme pour beaucoup de jojo, donc plutôt favorable à une aérodynamique fuselage meilleure et un travail du disque l'hélice plus perpendiculaire à la trajectoire.
 Enfin, même remarque que pour les ailerons, la répartition de portance aux basses vitesses est moins "sécuritaire" du point de vue du décrochage, mais encore une fois, il semble qu'on ait de la marge.

Au global:
 On mesure sur ces photos le décalage des bords de fuite après les 2 modifs.



 Un petit joint collé vertical sur le flan de l'aileron traite la fuite entre aileron et volet en position neutre des ailerons.
 Y'a plus qu'à essayer avec un avion bien polishé pour faire tomber le record ! Mais pour cela il faudra peut être aussi traiter la trainée de notre pot Chabord, j'en parle un peu plus loin.

 Isolation thermique de la boite à air:
 Un autre chantier que j'ai effectué en parallèle, l'isolation de la boite d'air d'admission moteur. Pas facile à faire, plutôt chiant même, mais qui m'a permis de nettoyer l'intérieur qui en avait bien besoin.



 On voit le fil vert et blanc qui n'est autre que la sonde de température replacée prestement après le boulot. Noter aussi le bouchon en liège qui donne un petit côté vintage.

Séance de brainstorming:
 On a aussi passé un peu de temps pour évaluer la meilleure façon de traiter les fuites latérales du capot moteur. Au sol, tout à l'air parfait (sans fuites), mais en l'air on soupçonne fortement le capot inférieur de fuir latéralement sous l'effet de la pression interne estimée à 10 hPa, ce qui représente quand même 1 kg par décimètre carré. Évalué à la main, ça baille !
 La solution choisie est donc d'installer une attache supplémentaire à mi-hauteur sous la forme d'un pion transperçant le capot bloquant ce dernier par une goupille externe. Pièce maintenant en commande que le père va réaliser chez lui.

 Autre chantier, caréner le pot Chabord. Un bon moment qu'on y pense, avec les contraintes de faire simple, léger et démontable assez facilement. La quadrature du cercle !
 Le premier truc qui m'embête depuis son installation, c'est le système d'attache au plancher. Le support des biellettes coté fuselage est à la fois lourd et offrant une surface frontale importante, donc difficile à caréner. Nous allons (ou plutôt le père va) refaire des supports de biellettes individuels qui nous permettront de caréner avec des petits pantalons les biellettes et les supports en même temps.



 Ensuite, caréner le silencieux lui-même; il faut l'arrondir sur l'avant et l'affiner sur l'arrière, le corps lui-même ne nécessitant pas de traitement particulier (gagner du poids).


 On s'achemine vers la réalisation de carénages en alu de 5/10eme (température) qui viendraient 2 à 2 prendre le pot en sandwich (démontable) à l'avant et à l'arrière. Maquettage in situ à réaliser avec du carton.

 J'ai aussi pris les cotes du filtre à air pour en chercher un autre plus perméable et peut être aussi plus efficace. Je me tourne vers les fournisseurs automobile.

4 commentaires:

  1. bonjour
    Pouvez-vous éclairer ma lanterne ? Dans quel but exactement effectuez-vous toutes ces prises de températures etc ... ?

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    1. Bonjour,
      Et bien je mesure la difficulté pour le lecteur occasionnel d'avoir une vision globale de nos travaux, et je ne vais pas répondre de façon exhaustive à votre question, les détails étant abordés longuement au fil de ce blog.
      Néanmoins, je vais tacher de résumer:
      Notre travail d'optimisation des performances nous conduit à rechercher toutes les pistes pour réduire la trainée globale et tirer le maximum d'efficacité de la motorisation installée. Une des pistes les plus prometteuse est de réduire la trainée de refroidissement. La conclusion des études en la matière (y compris des miennes largement développées dans les dossiers techniques que j'ai publiées dans ce blog) est qu'il faut travailler le plus chaud possible pour limiter le débit de refroidissement au stricte nécessaire. Dans cet esprit, il convient de surveiller efficacement l'effet des modifications apportées pour ne pas dégrader d'autre part le moteur lui-même et l'ensemble des accessoires présents dans le compartiment moteur. Il nous a donc paru nécessaire d'installer un monitoring complet de cette zone pour éviter de faire des conneries.
      Enfin, notre démarche ne se limite pas au seul aspect de la surveillance, nous voulons également "sortir des chiffres" qui pourront servir à la communauté et notamment mesurer le plus précisément possible la trainée de refroidissement, ce qui nous contraint également à installer des capteurs de pression.
      Donc, tous ces capteurs n'ont pas vocation à rester, mais s'inscrivent dans notre démarche expérimentale.
      Ce blog est la vitrine de cette démarche en présentant les aspects théoriques et en les confrontant aux résultats expérimentaux. Obtenir des résultats c'est bien, comprendre pourquoi, c'est mieux !
      Merci pour l’intérêt porté à nos travaux.
      Cordialement
      FP

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  2. Bonjour,

    Je suis surpris par les 10° d'augmentation de la température dans la boite à air.
    +10 K pour un débit de 60 L/s je calcule approx. 700 W de puissance de chauffage, ça me paraît beaucoup.

    TA

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    1. D'accord avec l'estimation et d'accord avec votre ressenti, je trouve aussi que ça fait beaucoup, presque un sèche cheveux! Peut être que cela provient du positionnement de la sonde collée trop proche de la peau du conduit. Après mes travaux d'isolation j'ai replacé la sonde de manière à ce qu'elle soit plus au milieu de la veine d'air.
      Nous allons refaire une mesure aujourd'hui (10/04), un petit vol d'essai est prévu. Merci de votre perspicacité et critique constructive, tout à fait dans l'esprit de ce blog!

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