Novembre 2021 - Carénage et shimmy de roulette

 3 novembre.

Carénage de roulette.

 Ce matin nous étions au hangar avec le père. L'idée était d'aller voler, mais le vol en montagne était compromis par toute la pluie tombée ces derniers jours rendant les terrains mous, voire impraticables.

 Nous avions donc décidé de faire quelques mesures de perfos, mais le plafond étant un peu trop bas pour les mesures de vario, nous avons finalement opté pour un essai en vol du carénage de roulette.

 Bien que pas complètement terminé, il est néanmoins utilisable. Je voulais me rendre compte grandeur réelle si certains problèmes pouvaient apparaitre.

 J'ai donc installé minutieusement le bidule, puis nous avons sorti l'avion. Il y a un endroit où ça frotte dans l'orifice de roue. Pas grave, je règlerai ça plus tard.

 J'ai ensuite mis en route ma caméra, installée en bout d'aile et orientée vers la roulette.

 Roulage. Le comportement de l'avion est normal, mais le shimmy qui se déclenchait à vitesse de roulage modérée en passant sur les irrégularités du taxyway se produisent maintenant plus tôt. Le problème de shimmy s'est donc aggravé, mais je sais pourquoi. La répartition des masses du carénage fait que le barycentre des masses de la roulette dans son ensemble est encore plus en arrière de l'axe de rotation, ce qui aggrave l'instabilité du système. Je ne vais pas pouvoir me passer d'un équilibrage avec un contrepoids à l'extrémité avant du carénage mobile. C'est fâcheux car ça va alourdir l'ensemble, mais je n'ai pas le choix.

 Vol. Rien de particulier n'a été ressenti. Les images sont peu parlantes sur la position exacte que prend la roulette en vol. On voit bien qu'elle suit les mouvements du gouvernail, mais sa couleur noire n'aide pas beaucoup pour savoir si elle se met bien au neutre en vitesse croisière. En poussant un peu les contrastes et la luminosité, il me semble pourtant qu'elle n'est pas totalement alignée. Sur le prochain vol je mettrai des repères en scotch blancs pour vérifier l'alignement. En cas de problème avéré, il me reste l'option de coller un petit empennage vertical au calage adéquat.


10 novembre.

Amortisseur de roulette.

 J’ai avancé dans ma réflexion sur le shimmy. En fin d’article j’ai répondu à Bruno qui s’intéressait au problème. Je reproduis ma réponse ci-dessous :

Bonjour Bruno.
A bien y réfléchir, je pense être allé un peu vite en besogne dans la recherche d’une solution. L’équilibrage dont je pensais être la solution évidente ne l’est peut-être pas, car la comparaison entre roulette et ailerons ne semble pas pertinente. 
J’ai donc sollicité l’oncle Jean Claude, chercheur de haut niveau, pour étudier le phénomène, le comprendre et proposer une solution. D’après ses premières impressions, le problème est lié à un couplage entre l’oscillation d’orientation de la roulette et le mouvement vertical de la queue induit par la rotation de la fourche. A cause de la chasse, quand la roulette quitte la position dans l’axe, la queue se soulève.
La solution pourrait donc bien passer uniquement par la recherche d’un amortissement de ce couplage. 
J’attends le dossier de JC, mais je réfléchis déjà à un amortisseur de type batteur qu’on a pu voir sur les 2 chevaux, assez révolutionnaire à l’époque, qui n’a pas besoin d’être lié mécaniquement aux deux parties dont on doit amortir le mouvement relatif. Je vais faire un petit topo là-dessus pour en expliquer le fonctionnement, tu peux déjà chercher sur internet avec les mots clé « batteur » et « 2 chevaux » pour voir de quoi je parle. Pour limiter la masse, l’amortissement s’opérerait non pas sur le mouvement de la lame de ressort, mais sur le mouvement latéral de la roulette, avec un amortisseur dans l’arrière du carénage qui prendrait la forme d’une bille acier prisonnière dans un tube rempli d’huile, à la manière de l’instrument de contrôle du dérapage. Le rappel au centre de la bille se ferait comme l’instrument, avec un tube courbe et un point bas au milieu. L’énergie est absorbée par le laminage de l’huile circulant autour de la bille. Il reste à trouver expérimentalement les grandeurs caractéristiques de l’amortisseur, masse et diamètre de la bille, diamètre du tube.

 Je n’ai pas encore de réponse détaillée de l’oncle, mais je ne reste pas les bras croisés. J’ai fait un prototype d’amortisseur que je compte bien essayer. Les grandeurs sont parfaitement au pif car le modèle théorique du shimmy est particulièrement compliqué, même si on peut comprendre le principe. En effet, il ne s’explique pas simplement car le nombre de paramètres d’influence est important.

 Je vais donc commencer par une approche empirique, peu coûteuse en travail et voir ce que ça donne.

 Je suis allé acheter un coude de 67° en diamètre 32 avec 2 bouchons qui ferment bien chez le détaillant du coin. J’ai aussi acheté une bille acier de 80 gr pour la mettre à l’intérieur. Son diamètre est proche de celui du coude, elle navigue sans frottements à l’intérieur, mais ne peut pas sortir à cause des pas de vis des bouchons. Il a donc fallut coller la partie fixe des bouchons sans oublier de mettre la bille à l’intérieur (j’en vois qui rigolent!)Le rappel au centre de la bille ne se fait pas par ressorts, mais simplement par gravité avec la courbure du tube.

 Ensuite il faudra remplir le tube d’huile avant de le fermer. 

 Le dispositif tient facilement dans l’arrière du carénage, il faut que je fasse un support.

  

12 novembre.

Suite amortisseur de roulette.

 Quelques photos pour voir l'avancement progressif.

 Voici un petit moule du support d'amortisseur.

Il faut ensuite le "durcir" pour qu'il puisse transmettre les efforts latéraux essentiellement, donc une pièce assez large.

 Sur cette image on est dans le carénage arrière. Les dimensions permettent une installation aisée et une bonne surface d'appuis.

 Cette autre image permet de voir la prise d’empreinte du bas de carénage où l'amortisseur sera fixé. L'ensemble doit être démontable (si l'essai est un échec), le scotch orange permet de démouler. La fixation se fera avec des boulons traversant le carénage, 2 de chaque coté.

 L'amortisseur sera le plus en arrière possible, pour maximiser le déplacement de la bille en réaction à un déplacement angulaire donné de la roulette. La quantité d'huile circulant autour de la bille sera donc maximale, donnant ainsi la plus grande absorption d’énergie et donc le meilleur amortissement.

 Selon les résultats expérimentaux, je pourrai faire varier la viscosité de l'huile. J'ai également une plage de réglage avant/arrière de l'amortisseur. Je suis très curieux et impatient de faire cet essai, mais également prudent quant au résultat, vu l'empirisme de la méthode.

18 novembre.

Amortisseur de roulette.

Voici la bête. J’ai mis des écrous prisonniers et collé une des ouverture, pas besoin de risquer une fuite d’huile supplémentaire.

 Tout est maintenant prêt pour un essai de roulage dans les jours qui viennent.

Video.

J’ai posté hier ce format plus pédagogique que d’habitude. Ça se passe à Clamensane le 8 octobre. Vous m’en direz des nouvelles.

 

21 novembre.

Remplacement Fuel Flow et amortisseur.

 Samedi nous étions au hangar. Papa a remplacé le FF. Pas de fuite d'essence à l'issue et le fonctionnement moteur au ralenti donne satisfaction. Nous confirmerons que tout va bien à notre prochain vol.

 

 

 

 

 

 

 Pour l'amortisseur de roulette, je dois dire que c'est pour l'instant un bide total. J'ai procédé au remplissage d'huile, puis fermé l'amortisseur hermétiquement.

 A ce stade, j'ai constaté en secouant le machin que la bille ne se déplaçait pas comme je l'aurais souhaité. Elle semblait se bloquer de temps en temps, ce qu'elle ne faisait pas sans huile. Bref, je n'étais pas optimiste pour l'essai de roulage qui effectivement a vu réapparaitre un vigoureux shimmy.

 Je pense me lancer dans la fabrication d'un nouvel amortisseur dont le tube sera clairement à section constante, pas comme les raccords PVC en coude.  Je pense aussi éviter l’écueil de la complication de faire un tube courbe en choisissant un tube droit, avec rappel au centre de la bille avec des ressorts, comme me le suggérait Bruno.

 Pour l'instant, le sujet du shimmy fait débat chez les chercheurs familiaux et j’attends un consensus. Je mets donc en pause la fabrication de l'amortisseur.

 Nous avons à l'évidence besoin de données chiffrées et observationnelles, c'est pourquoi Papa va fabriquer un support de camera que nous placerons sous le fuselage pour observer. Ma Gopro 7 est capable de filmer à 120 images par seconde en 2,7K de définition, ce qui est tout à fait adapté au phénomène à observer. D'après mes images du vol d'essai précédent, le Shimmy a une fréquence d'environ 15 Hz, avec une amplitude de plus ou moins 20 à 30° du neutre.

 Papa suggère qu'avec une telle fréquence et amplitude, la roulette pourrait bien quitter le sol quand elle passe d'un coté à l'autre, signant de ce fait un phénomène clairement non linéaire. D'où la démarche d'enregistrement entreprise.
 En parallèle nous allons également nous pencher sur le mécanisme de verrouillage de la roulette qui pourrait bien être usé, hors on sait que le jeu, l'usure du mécanisme, a également un impact sur la survenue du shimmy. Quand le shimmy apparait, on ne sent rien au palonnier, ce qui prouve que la roulette se désaccouple pendant le phénomène, ce qui use le système.

 Pour rappel, le shimmy existait préalablement à l'arrivée du carénage qui l'a juste remis en lumière.

 

 Notez sur la photo l'ajout d'une surface verticale pour un meilleur rappel aérodynamique de la roulette au neutre une fois en vol.

Vidéo.

 Le montage vidéo occupe mes temps libres et le succès rencontré par la chaine (5000 abonnés !) me pousse à réinventer mes productions dans un environnement qui lui ne change pas beaucoup. Il n'y a malheureusement pas plus de terrains ouverts. Je m'oriente donc vers des formats plus pédagogiques où je m'adresse directement au public. J'ai juste l'air un peu con quand je parle tout seul à la camera dans mon avion.

 Le progrès incessant des petites caméras me permet depuis peu de faire des vues accélérées particulièrement bien stabilisées, c'était mon problème avant. Rassurez vous, je ne vais pas vous inonder de timelapses, mais certains valent le détour, surtout quand la nature nous aide.

 

 

Carénage de train principal.

 Il faut toujours avoir un coup d'avance et je cogite déjà aux futures carènes de roues, voulues plus légères, mais aussi plus aérodynamiques.

 Pour ceux qui connaissent un peu les Siciles et autres Ambassadeurs, nos carènes actuelles constituent déjà un progrès. Les anciennes "godasses" étaient bien grosses et pas toujours bien dessinées, laissant libre court à l'esthétique de l'époque. Papa, quand il a construit le sien, a adapté des carène de type DR400, plus fines, avec déjà l'idée de l'optimisation.

 En tant qu'expert composite du SPEEDJOJO (j'ai quand même un beau capot moteur à mon actif), je me suis dit qu'il était temps de revoir ces carènes pour en refaire avec des matériaux plus modernes et surtout plus légers. 

 Mais si je dois les refaire, il y a peut-être quelque chose à gratter en trainée. J'ai identifié 2 choses possiblement optimisables.

 

 Premièrement, le maitre couple peut diminuer pour passer au plus prêt latéralement de la roue. Le carénage serait alors plus "à facettes" que la goutte d'eau actuelle. Nous garderions la garde au sol actuelle pour la capacité montagne.

 Deuxièmement, si vous regardez la photo ci-contre, vous constaterez que le carénage en vis à vis de la partie avant de l'intrados dessine un convergent qui accélère inutilement les filets d'airs à cet endroit. On touche là aux interactions entre les différents volumes de l'avion. Ça concerne aussi les charges suspendues des avions d'arme.

 En gros, il faut éviter les configurations qui accélèrent localement l'écoulement en faisant en sorte que les obstacles se succèdent plutôt qu'ils ne se présentent en même temps.

 Sur cette image d'un Mirage 2000, voyez la forme des bidons d'aile, étudiée pour offrir une meilleure pénétration dans l'air, avec une diminution de la section à proximité immédiate de la voilure.

 L'idée est donc de prolonger raisonnablement le volume vers l'avant  pour tacher de séquencer l'apparition des obstacles et que la partie supérieure du carénage soit plus parallèle à l'intrados comme représenté grossièrement sur cette image.

 Le carénage n'est donc plus axé sur la trajectoire de l'avion, mais orienté face à l'écoulement local dévié vers le bas par l'intrados.
 On pourra aussi affiner le museau des carènes dans une recherche de laminarité étendue sur une plus grande partie. L'augmentation de surface mouillée sera largement compensée par cette laminarité. Je rappelle qu'à nos nombres de Reynolds, la trainée de frottement en laminaire est 4 fois plus faible qu'en régime turbulent.