Circuit d'huile, essais.
Tout d'abord, le circuit de refroidissement d'huile ne suinte plus, c'est une bonne nouvelle.
Hier nous avons tenté un plan foireux avec l'oncle Jean Claude et son valeureux Skyranger. Comme d'habitude nous nous étions fixé rendez-vous à Mens pour une journée montagne. Beau temps sur la première partie de la navigation jusqu'au col Bayard (au nord de Gap) qui constitue une barrière climatique entre le nord et le sud. A cet étape de la progression, une couche de nuages bas occupait la vallée. Nous avons tenté un passage dessous, mais avons été contraint au demi tour à une minute de la destination. Parfaitement obstinés, nous avons fait une nouvelle tentative par au-dessus en espérant trouver un trou au-dessus de la destination.
Nous finirons par dégager à Superdévoluy, proche, mais en altitude. Jean Claude nous appellera au téléphone pour nous dire qu'il avait fait demi-tour également et que bien déçu, il venait de ranger son ulm au hangar.
Pendant ce temps, on se faisait offrir un café au chalet de l'AFPM par Noêl Genet (ex-président de l'afpm) venu avec sa nouvelle monture, un magnifique Piper Cub fraichement restauré.
Ensuite on a fait les terrains du sud dégagés, Colombe d'Eyguians, Clamensanne puis Valberg sur le retour après la pause déjeuner à Gap.Petite journée donc, mais on a pu faire des mesures de température sur le circuit d'huile après une rapide installation de nos sondes de température mobiles.
En voici les résultats:
Mesures de températures sur le circuit de refroidissement d'huile moteur:
Je présente nos mesures sur deux figures ci-contre.
La Fig 1 est l'image de ces températures en fin de montée en atteignant 6500 ft avec volet de capot presque fermé au maximum (pos 8).
La Fig 2 représente la même chose en régime de croisière stabilisé à 6500 ft, régime moteur 2750 tpm et volet de capot fermé au maximum (pos 9).Analyse et remarques:
Tout d'abord, il faut signaler que les deux cotés du moteur sont isolés par une cloison centrale positionnée pour essayer de mieux isoler et mesurer les effets de nos modifications sur le circuit. Cette cloison n'a pas vocation à rester définitivement. L'entrée d'air gauche alimente donc en air de refroidissement les deux cylindres de gauche et le radiateur d'huile.
Ensuite on constate que le radiateur est particulièrement efficace car la température de l'huile en sortie est quasiment égale à la température de l'air de sortie. Le boulot d'échange de chaleur effectué par le radiateur est maximum pour ce débit d'air. Il sera vraisemblablement possible de diminuer ce débit pour minimiser la trainée.
On constate qu'en montée l'air s'échauffe de 46° pendant que l'huile se refroidit de 16°. En croisière, l'air s'échauffe de 47° quand l'huile se refroidit de 22°.
Pour l'instant, nous ne pouvons connaitre le flux de chaleur s’établissant entre l'huile et l'air, car je n'ai pas de mesure ni du débit d'air, ni du débit d'huile.
J'ai commandé à Papa des prises de pression que je vais installer dans la sortie d'air afin d'en connaitre le débit. De cette manière, connaissant le débit massique d'air et l'élévation de température des deux fluides, je pourrai calculer le débit d'huile ainsi que le flux de chaleur (en watt) évacué par le radiateur.
Qu'est-ce qu'on s'amuse !
Remarques du père:
D'abord, je confirme que la sonde (de l'indicateur de température d'huile avion) est placée au niveau du filtre situé sur la table arrière à droite. C'est à dire en sortie de pompe à huile.
C'est donc de l'huile provenant directement de la bâche, qui n'est sans doute pas le point le plus chaud. De là, l'huile traverse le bloc vers le coté gauche, et vers le radiateur.
En bout de circuit, on trouve le régulateur de pression, qui se trouve être, physiquement, tout prêt du départ.
Ma compréhension de nos chiffres est la suivante:
pendant la montée, la couille (bâche d'huile) joue un rôle de radiateur (elle n'est pas source de chaleur) et retarde la montée en tempé au niveau de la sonde. Mais l'huile se réchauffe dans sa traversée vers le radia (9°).
Plus tard, en croisière, l'équilibre final est atteint. la couille est presque aussi chaude que le reste et le delta tempé diminue (1°). Peut être aussi une influence du régime moteur qui augmente le débit d'huile.
On peut aussi vérifier l’étalonnage de la sonde!
Nouvelle vidéo disponible.
L'Envolée 2016, avec un peu de retard il est vrai, mais c'est une activité très chronophage.
Cliquer sur l'image.
10 novembre:
Papa m'a réalisé les sondes (une totale et une statique) pour la mesure du débit massique d'air de refroidissement de l'huile. Accessoirement ça va me permettre d'affiner mon modèle sur les échanges de chaleur et déterminer quelle est la part du flux de chaleur évacué par l'huile. Je pourrai aussi déterminer la trainée interne générée par ce seul circuit.Reste à les installer dans la conduite de sortie d'air du radiateur en perçant deux trous et en les enfilant.
Je vais ensuite utiliser notre instrument de mesure ASX qui n'est autre que la combinaison d'un anémomètre et d'un altimètre.
Mais comment calculer le débit massique à partir de ces mesures?
C'est ce que je vous propose de faire maintenant.
Mesure du débit massique d'air Qm.
Le débit massique (kg/s) n'est autre
que le débit volumique (m3/s) multiplié par la masse volumique
(kg/m3).
Qm
= S.VR.ρR
S:section
en m2 ;
V:vitesse
en m/s ;ρ:masse
volumique en kg/m3
(indice
R comme réel).
Obtenir
ρR :
L'information
d'altitude est élaborée par l'ASX en mesurant la pression statique
et en convertissant cette pression en altitude grâce à un
algorithme qui reproduit les tables de l'atmosphère standard. Nous
allons donc procéder à l'inverse et rechercher la pression, la
densité relative et la température qui correspondent à l'altitude
pression affichée par l'ASX dans le modèle de l'atmosphère
standard.
Je
reproduis plus loin la fameuse table.
La
densité relative, notée σ
est le
rapport ρS/ρ0
ρ0=
1,225 kg/m3
(au niveau de la mer)
ρS
est la
masse volumique en standard (indice S comme standard).
Or,
la température de l'air en sortie de radiateur est bien au-dessus de
la température standard, mais pas de panique, car on sait qu'à
pression constante (et donc à altitude indiquée constante), la
masse volumique évolue inversement à la température en
degrés Kelvin.
On
a donc ρR=
ρS.TS/TR
(T
température en °K)
La
masse volumique de l'air chaud est donc obtenue grâce à l'altitude
indiquée sur l'ASX calé à 1013 hPa, aux tables de l'atmosphère
standard et à la mesure de température de cet air.
Il
faut maintenant obtenir VR :
L'ASX, comme tout
anémomètre, élabore une vitesse indiquée
en utilisant la pression dynamique de l'air en mouvement. Il effectue
donc au préalable la différence entre la pression totale et la
pression statique. Puis il calcule la vitesse Vi
à partir de cette
pression dynamique en utilisant l'équation :
Pdyn=1/2.ρ0.Vi2
L'ASX n'a aucun
moyen de connaître la masse volumique de l'air, c'est pourquoi il
utilise dans l'équation la valeur ρ0
qui est la valeur
en standard au niveau de la mer. La Vi
n'est donc
vraie que dans ces conditions, en volant avec 0 ft indiqué à
l'altimètre calé 1013 et par 15°C de température extérieure.
Moi, j'ai besoin de
la vitesse vraie.
Mais si je connais
ρR,
je peux aussi écrire que Pdyn=1/2.ρR.VR2
et que donc :
1/2.ρ0.Vi2
= 1/2.ρR.VR2
Il
vient alors VR
= Vi.√(ρ0/ρR)
Bon
ben maintenant on a tout. En simplifiant autant que possible
l'expression de Qm
,
au final il reste :
Qm
= S.Vi.ρ0.√(σ.TS/TR)
11 novembre.
De Papa:
Voici des photos de la roulette d'un Cap 10. Je n'ai pas le poids exact, mais j'ai pu comparer avec une roulette de Jojo. Elle est nettement moins lourde.
Ici on fait travailler un bloc de caoutchouc (je suppose!) de manière uniforme, donc au mieux des possibilités du matériau, contrairement à la lame. Ça vous inspire ?
De moi:
Intéressant. Pas sûr qu'on puisse l'adapter sur le Jojo. C'est le Cap de l'apcva?
De Papa:
Non? Pas sûr, faut voir sur place. C'est Rolland Guerbe qui avait ça. J'en reparlerai samedi. Je prendrai une balance.
De Jean Claude:
Oui on gagne un facteur 3 sur la densité d'énergie ( joules /kg) absorbée en travaillant à déformation homogène plutôt qu'en flexion . Par ailleurs je pense que le caoutchouc absorbe plus de Joules par kg que le verre ou le carbone et a fortiori que l'acier. Je cherche des données précises . Problème : travailler à déformation uniforme conduit à utiliser des montages spéciaux ( en métal) qui pèsent mais n'absorbent rien.
Enfin, il y a d'autres précédents : sandows du train principal du piper cub
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17 novembre:
Refroidissement d'huile moteur.
Nous
sommes allé voler avec Julien hier, l'occasion de faire quelques
mesures complémentaires depuis que Papa à installé des sondes de
pression dans le circuit d'air du radiateur d'huile.
L'idée
c'est, je le rappelle, de mesurer les Watts thermiques qui sont évacués
par le radiateur d'huile et de calculer d'autres grandeurs comme, la
trainée interne engendrée par ce circuit, le débit d'huile dans le
circuit. C'est pas forcément utile, mais ça permet d'avoir des ordres de
grandeur en tête.Je voulais aussi contrôler que la position des volets de capot n’influençait qu'à la marge le débit d'air dans le radiateur.
Deux photos de l'installation des sondes par le père.
Les données brutes enregistrées:
La section du circuit d'air à l'emplacement des sondes de pression vaut S = 0,0018 m2 (diamètre 48 mm)
Mesures en montée :
à Vi 160 km/h, 4000 ft, T° 13°C, volet de capot presque fermé totalement (cran 8).
Les températures des circuits d'air et d'huile sont sensiblement les mêmes que sur la Fig1 précédente, l'info utile supplémentaire est le vitesse indiquée de l'air circulant dans la manche de sortie qui s'établit à 101 km/h, soit 28,1 m/s.
Je ne rentre pas dans le détail des calculs déjà exposé plus haut, je vais donner directement les résultats.
Le débit d'air s'établit à 0,052 kg/s
La puissance thermique prélevée par le radiateur est de 2,6 kW, soit en gros 5 % de toute la chaleur évacuée par le circuit de refroidissement moteur.
La vitesse réelle de sortie est de 33,3 m/s (vitesse réelle avion 47,6 m/s)
Trainée interne T = 0,74 N (ou 74 g force)
Puissance motrice prélevée sur l'avion Pm = 47,6 x 0,74 = 35 W, négligeable comparé au 44 kW utiles.
Si on considère une capacité thermique massique de l'huile de 2 kW/kg/°K, le débit massique d'huile dans le radiateur est de 0,081 kg/s ou encore 90 cm3/s ou encore 9 cl par seconde.
Par ailleurs, la vitesse de l'air dans le radiateur n'est que très peu influencée par la position des volets de capot du circuit principal de refroidissement. 102 km/h plein fermé et 98 km/h plein ouvert en montée, qui traduit une légère baisse de pression dans le plenum supérieur quand le débit d'air est important. C'est une bonne nouvelle.
En croisière:
Débit massique d'air = 0,071 kg/s
Puissance thermique transférée = 3,3 kW
Vitesse réelle de sortie d'air = 43 m/s
Vitesse réelle avion = 67,5 m/s
Trainée interne de refroidissement = 1,74 N
Débit massique d'huile = 0,075 kg/s
Les valeurs présentées ci dessus ne sont pas d'une précision absolue, la montée d'hier ne respectant pas tout à fait le protocole initial, le contrôle aérien nous a un peu embêté avec des paliers intermédiaires, mais elles nous permettent néanmoins d'avoir des ordres de grandeur. Je vais refaire ces mesures pour publication dans notre dossier refroidissement avec les deux cas, montée et croisière rapide.
20 novembre.
Divers:
Je publie une photo du Mont Cameroun que j'ai faite sur mon dernier vol vers Pointe Noire.
Je vous signale au passage que je suis nouvellement licencié ULM 3 axes, grâce à ma formation à l'aéroclub de Pointe Noire ! Champagne !
Une nouvelle vidéo est sur ma chaine YouTube, intitulée "Nouvelle Génération", une parabole sur le temps qui passe et la nouvelle génération qui prend sa place et nous rend fiers...
23 novembre:
Activité hangar aujourd'hui, compte tenu de la météo pourrie.
Papa a traité quelques petits problèmes, une sonde de tempé carbu qui ne marchait plus et une odeur d'essence dont on recherche encore la cause.
J'ai avancé pour les entrées d'air, enfin, la gauche pour commencer. Pas facile, on tâtonne un peu, j'ai placé mon bloc de mousse, mais le raccord avec le capot n'était pas terrible. Je fais un essai avec du plâtre de rebouchage que j'ai ajouté copieusement sur la mousse, je poncerai demain. On verra bien.
24 novembre:
Retour au hangar ce matin pour constater que c'était pas sec, il faut dire qu'il fait bien humide. Il va falloir attendre quelques jours je pense pour pouvoir poncer. J'ai prévu d'y retourner en début de semaine prochaine.
Karmann.
J'en ai quand même profité pour nettoyer et réinstaller nos Karmann d'emplanture. Nos mesures n'avaient pas mis clairement en évidence d'amélioration de la vitesse de pointe, mais je reste persuadé que l'effet existe et cela pour 3 raisons:
- disparition d'un sillage turbulent visible sur le fuselage au niveau du bord de fuite de l'aile mis en évidence lors d'une visu brins de laine.
- augmentation du volume du fuselage au niveau du bord de fuite (environ 20 l), ce qui va dans le sens d'une amélioration de l'interaction voilure/fuselage. On décale ainsi la recompression du flux d'air sur le fuselage par rapport à celle qui s'effectue sur l'aile.
- influence sur le calage global de l'aile (quoique minime) qui donne un fuselage moins piqueur en vitesse de croisière. Le Karmann recouvre presque totalement la partie fixe du bord de fuite qui ne bénéficie pas du calage négatif des volets.
29 novembre.
Entrée d'air.Je me suis rendu ce matin au hangar pour travailler sur l'entrée d'air de refroidissement gauche.
Cette fois le plâtre était bien sec et j'ai pu finaliser le ponçage. Facile. J'ai ensuite tenté de couvrir la partie à stratifier avec le fameux scotch d'emballage qui permet de démouler sans dégâts. En fait, je me suis vite rendu compte que ça n'allait pas le faire, car le scotch en question ne s’étire pas et la pièce à mouler est toute en courbes, impossibles à couvrir sans faire de plis. Je me suis donc limité à couvrir les capots dont la surface reste apparente, pour ne pas les abîmer au démoulage.J'ai ensuite stratifié sur la mousse avec une couche de mat, pour une bonne accroche, puis une couche de tissus de verre tissé fin pour l'état de surface. La difficulté à venir sera de démouler l'ensemble sans rien abîmer. Le moule en mousse devrait venir avec la pièce. Une fois la pièce enlevée, je pourrai travailler dessus tout à mon aise dans mon atelier, notamment pour les finitions et les renforts. Je conserverai sûrement une partie de la mousse à l'intérieur pour la rigidité.
Le plastron d'entrée d'air aura, en gros, la surface qui apparait en bleu sur les images. Dans un premier temps on volera avec seulement le coté gauche en place pour pouvoir faire des comparaisons gauche/droite, puisqu'une cloison interne isole les deux cotés. On le maintiendra en place avec du gros scotch.
Je trouve que ça donne à l'avion un petit coté "course" pas vilain.
D'ailleurs, en modifiant outrageusement la première photo et pour se motiver, voici une vue d'artiste de ce que ça devrait donner.
30 novembre.
Entrée d'air:
Retour au hangar cet après midi avec le père pour le démoulage.
Ça s'est bien passé, après avoir décollé les parties sur le scotch, c'est venu d'un coup.
Pas de bobo sur les capots, mais un bon nettoyage était nécessaire.
J'ai ramené la pièce à la maison pour les finitions et la peinture, en blanc pour pouvoir étudier l'écoulement de l'air avec de l'huile de vidange dont j'envisage de recouvrir le nez de l'avion.
Beurk, mais c'est pour la science !Nickel, ça plaque bien.
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