Octobre 2022 - Dossier aérofrein P1 et nouveaux carênages de roues

16 octobre.

DOSSIER TECHNIQUE 

Volet/aérofrein ventral pour Jojo (partie 1)

Préambule :

Certains se diront que je cherche vraiment la petite bête avec l'administration après nos déboires de l 'année 2022, mais grâce à une issue favorable, je préfère penser qu'elle n'a pas éteint la flamme du développement chez les promoteurs du SPEEDJOJO. Nous tâcherons de la prévenir dans les temps pour éviter d'être empêchés de voler.

Nature du projet, cahier des charges :

Le cahier des charges des différentes modifications du SPEEDJOJO reste globalement le même, voler vite, consommer peu en silence et améliorer la capacité montagne. Le but de ce projet est d'améliorer le dernier point sans détériorer les autres. La capacité montagne peut être définie par les qualités de performances suivantes :

• vitesse faible en approche (distance d'atterrissage)

• vitesse de décollage faible (distance de décollage)

• capacité à descendre sur un plan fort sans accélérer

• léger

• puissant

• taux et pente de montée élevés

L'idée est d'augmenter la surface des volets par l'ajout d'un volet ventral qui ferait la liaison entre les volets de voilure. Le but recherché est de diminuer la vitesse d'approche par diminution de la vitesse de décrochage, mais aussi de pouvoir descendre sur un plan plus fort, car certains terrains en montagne le nécessite et l'ensemble des améliorations jusqu'ici ont conduit à une meilleure finesse de l'appareil. Il faut donc que pour une fois, je sois capable de créer de la traînée supplémentaire.

Si l'on reprend une à une les qualités mentionnées plus haut, le projet satisfait les trois premières. La quatrième peut être impactée par l'accroissement de masse de l'avion dû au dispositif, mais parallèlement à ce projet, un autre est en route pour remplacer les carènes de roues jugées trop lourdes et dont le dessin aérodynamique reste perfectible. Je vais donc me fixer comme objectif de compenser la masse du volet ventral par l'allègement des carènes de roues, ce qui semble à vue de nez possible.

Nous ne toucherons pas à la puissance car cela détériorerait la sobriété de l'avion, sa masse et son rayon d'action, un fragile équilibre qui nous permet d'envisager sereinement une journée de vol en montagne sans ravitaillement intermédiaire.

Enfin, le taux de montée, comme vous le savez, a été amélioré d'environ 15% grâce aux saumons de voilure principalement. Notre seule piste pour l'améliorer encore est d'alléger encore et toujours, mais c'est de plus en plus difficile.

Dessins de coin de table et grattage de tête :

Ce projet n'est pas né dans nos cerveaux malades par hasard, mais en observant la trappe de visite dans le plancher du fuselage. Elle est fixée par une charnière piano dans sa partie avant et est maintenue fermée par quelques vis. Mais quand elle est ouverte, elle ressemble furieusement à un volet. « Et si on mettait un volet ? » me suis-je entendu dire au père. « Et puis on pourrait raccorder aux volets d'ailes qui ont déjà leurs extensions ! »

Cette histoire remonte déjà à quelques temps, mais comme tout projet, il faut qu'il mûrisse un peu pour tenter d'identifier toutes les contraintes et difficultés techniques. Je l'ai donc remis au goût du jour récemment et nous avons réalisé une ou deux « réunions de travail » au hangar dans ce but. L'état des lieux nous a déjà permis de tirer des conclusions.

Les contraintes et les besoins :

Premièrement, il faudra rendre étanche le fuselage quand le volet est sorti pour éviter que de l'eau ou des gaz d'échappement n'y pénètrent, ce qui peut être fait par une surface de forme adéquate placée dans l'ouverture. En fibre de verre par exemple, très léger et permettant une adaptation aux câbles et poulies de commandes de vol qui passent au milieu de l'orifice vers la queue.

Deuxièmement, nous pouvons conserver le système de charnière piano, mais il faudra en mettre une plus sérieuse. Cette charnière pourra garder le même lieu de fixation sur l'avion, la baguette en bois sur laquelle elle est attachée semble structuralement adaptée à supporter quelques kg.

La grosse difficulté, c'est la chaîne de commande pour un avion qui n'est pas prévu pour cette évolution. Mon cœur penchait initialement pour une commande manuelle mécanique, comme pour les volets de voilure, cela permet de sentir les efforts. Idéalement le volet pourrait être mu par la même chaîne de commande que celle des volets existants dans un but de facilité d'utilisation. Mais je me suis dit que ça serait se priver d'une utilisation en pur aérofrein au-delà de la vitesse du placard volet. Un autre constat une fois installé dans l'habitacle, il n'y a pas de place raisonnable pour installer une autre commande mécanique, accessible des deux places avants, et qui n'interfère pas avec le pilotage actuel de l'avion. Ne reste donc possible, pour une utilisation séparée aérofrein/hypersustentateur que l'option d'une commande indépendante électrique dont l'interface pilote peut aisément prendre place dans le pylône central.

On trouve sur le marché différents types de vérins électriques et je n'ai pas de doutes sur la possibilité de trouver le modèle adapté. Ce choix technologique étant fait, reste le problème d'installer la cinématique dans un environnement très contraint. J'ai naturellement pensé à ce qui se fait déjà ailleurs pour mouvoir les spoilers ou les aérofreins d'avions de chasse, avec un vérin qui agit directement sur la surface mobile. Après observation, nous avons conclu qu'il n'était pas possible de placer le vérin en intérieur tout en assurant l'étanchéité dont j'ai parlé précédemment, le vérin passant nécessairement au travers de la surface d'étanchéité avec des déplacements longitudinaux importants. Trop compliqué donc de maintenir l'étanchéité.

L'aspect sécurité d'utilisation :

En parallèle vient aussi l'aspect sécurité structurale. Les vérins à vis électriques (nous avons éliminé l'option hydraulique trop lourde) sont irréversibles, c'est à dire qu'une charge trop importante ne fera au mieux que bloquer le vérin en empêchant un braquage plus important au moment de la surcharge aérodynamique, qui se traduira par une surcharge électrique et une mise en sécurité, mais il ne pourra pas permettre une rentrée « naturelle » sous efforts. Or mon but est de pouvoir utiliser cette surface également en aérofrein toutes vitesses, c'est à dire sans placard. Un rapide calcul des efforts attendus prenant en compte la surface, le braquage et la vitesse donne des valeurs très importantes. A titre d'exemple, si l'on braque une surface de 0,3 m2 à 90° d'un écoulement à 205 km/h, l'effort sur le volet avoisine les 150 kgf, ce qui n'est évidemment pas acceptable. Ainsi, même si cela est possible, on ne peut raisonnablement pas demander au pilote de calculer pendant qu'il pilote le braquage maxi de son aérofrein en fonction de la vitesse. Donc apparaît la nécessité d'une certaine forme de régulation (passive pour plus de fiabilité) qui pourrait être obtenue par la mise en série d'un ressort dans la chaîne de commande.

Choix de configuration simple :

Toutes les considérations précédentes m'amènent à m'orienter vers une solution par câble extérieur, qui agirait en traction pour sortir la surface, avec un ressort en série qui permettrait l'effacement progressif sous efforts aérodynamiques croissants. Le vérin pourrait trouver sa place en toute simplicité sous le plancher de l'habitacle, en extérieur, avec un carénage pour minimiser sa traînée et le protéger des projections d'eau.

Développer un outil de calcul :

La configuration générale étant maintenant figée, il existe tout un tas de variables qu'il va falloir définir et maîtriser. Les besoins doivent conduire à un dimensionnement optimisé pour ne pas exploser le devis de masse. Pour cela, je vais développer un outil de calcul (OpenOffice Calc) qui permettra de faire des choix éclairés pour le dimensionnement des éléments du système. Il devra permettre, à partir d'un modèle aérodynamique, de calculer tous les efforts induits sur le volet et la cellule, ainsi que de prévoir les performances avion, à savoir, l'impact des volets sur la vitesse de décrochage en fonction hypersustentateur et l'efficacité en fonction aérofrein.

Merci de votre attention, la suite prochainement.

 

17 octobre.

Carénages de roues.

 J'ai commencé à travailler sur les nouvelles carènes de roues. C'est assez compliqué de partir de rien quand il faut réaliser des volumes complexes sans outils de CAO. Mais d'un autre coté, j'aime bien la sculpture et j’assouvis mes besoins artistiques. Il ne faut pas s'imaginer que les côtes sont au millimètre, les courbes s'évaluent le plus souvent à l’œil en respectant quelques principes d'aérodynamiques de base. Je ne sais pas encore trop comment je vais faire certaines choses, mais je navigue à vue et jusqu'ici, ça a toujours donné de bon résultats. Alors je persévère.

 J'ai débuté en prenant les formes de l'existant et en reportant sur des plaques de médium les deux profils. J'ai pris soin de boulonner le carénage sur la plaque pour ne pas qu'il bouge pendant que je reportais à l'équerre le contour.

 J'ai donc dessiné une coupe verticale et une horizontale.

 

 

 

 Voici le dessin brut obtenu pour la coupe verticale.

 C'est un carénage type DR400 qui a été adapté par le père il y a 30 ans. Il est supposément positionné sous l'aile du tricycle, mais plus en arrière que sur notre avion, c'est à dire à un endroit où les filets d'air sont parallèles à l'intrados. Donc sur DR400, le carénage est soufflé à peu près dans son axe, ce qui est bien.

 Le problème, c'est que ce n'est pas notre cas, car le carénage est à l’aplomb du bord d'attaque, avec un flux d'air de contournement courbe et descendant.

 Mon but est donc de relever un peu le museau de ce carénage et de réduire le convergent entre l'aile et le carénage en "tendant" les lignes de sa partie supérieure. La conséquence, c'est que la partie "ventrue" passe en dessous. Il faudra s'habituer à ce design, mais ça va pour moi.

 Sur cette image cohabitent l'ancien carénage et le projet. La colonne vertébrale du profil tente d'épouser un peu mieux l'intrados de l'aile.

 Et puis j'ai reporté sur la plaque le profil souhaité. Je conserve à peu près la même garde au sol pour la montagne. J'ai aussi modifié le profil pour quelque chose de plus "laminaire", donc plus pointu. Mais vous ne retrouverez pas le rétreint de cône arrière très à la mode auquel je ne crois pas.

 Après découpe, j'aurai un gabarit pour couper la mousse des futurs moules.