Juin 2016 - Colloque de Cachan

14 juin:
Colloque de Cachan.
 Le 10 et 11 juin a eu lieu le colloque aéronautique de Cachan auquel j'ai participé en qualité d'intervenant. J'ai été invité par Matthieu Barreau à faire un exposé sur un sujet concernant l'aéronautique légère. J'ai choisi le domaine qui nous tient à cœur depuis quelques temps (années), le refroidissement moteur de nos avions légers.
 Le sujet ayant déjà été traité au colloque précédent de 2011, notamment par Gilles Thésée ("Des mégajoules à plus savoir qu'en faire"), promoteur du site Contrails, je me suis efforcé d'aborder le sujet avec un angle différent, quoique compatible fort heureusement. Gilles avait plus abordé la question du refroidissement des moteurs par liquide (étude du MCR 4S), pour ma part, j'étais plus orienté refroidissement par air.

 Je vous invite donc à télécharger en pdf mon article sobrement intitulé "WATT THE FUCK", référence à nos problèmes pour retrouver les watts manquants lors de nos essais.

 Déroulé du colloque.
 Une première pour moi de m'exprimer devant 134 personnes, un peu le trac donc, mais une fois parti, il a fallut me freiner pour ne pas trop dépasser les 45 minutes qui m'étaient imparties.
 Les présentations étaient de qualité, l'ambiance géniale et Matthieu un organisateur bienveillant et soucieux du bien être de tous. Le boulot qu'il a fourni, de préparation des actes, d'organisation du colloque est phénoménal. Un grand merci à lui, à ses étudiants, à Seb le dessinateur et aux bénévoles de l'IUT pour ce colloque d'une grande qualité.
 Je repars de là gonflé à bloc pour la suite de nos essais !


Entrées d'air, nouvelle conception.
 J'ai déjà déterminé la surface de mes deux entrées d'air qui devront faire 97 cm2 de surface chacune.
 Comme indiqué précédemment, j'ai choisi une forme annulaire pour atténuer les effets de la proximité du cône d'hélice et du gradient latéral de vitesse dû à l'hélice. On doit même pouvoir faire un peu mieux en conservant globalement cette forme, mais en déformant l'entrée pour la rendre encore moins sensible au gradient latéral, c'est à dire en prenant un rapport largeur / hauteur non pas égal à 1 mais à 0,9 en forme d'ellipse verticale. On ne peut pas la rendre beaucoup plus étroite (genre meurtrière), car pour une surface de section donnée, la surface interne augmenterai trop et les pertes par frottement interne également. Et puis je n'aurais de toutes façons pas assez de place verticalement pour composer avec le capot existant.

 Par ailleurs, il y a une sorte de symétrie de révolution autour de l'axe hélice, ce qui logiquement conduit à déformer l'entrée, le grand axe de l'ellipse se courbe alors comme un cercle, et l'ellipse se rapproche alors de la forme d'un haricot.
 Ça donne ce qu'on voit sur la composition photographique. Hauteur 12,3 cm et largeur 10 cm.
 Cette forme va donc me permettre de réaliser les plastrons d'entrée d'air que je vais plaquer en lieu et place de l'actuelle entrée.

 Ensuite viendra le temps de réaliser la veine du divergent interne qui s'emboitera de l'intérieur sur l'entrée. Je veux pouvoir contrôler précisément l'évolution en section du divergent selon une loi qui me garantisse un gradient de pression horizontal constant (méthode de calcul exposée dans mon article "watt the fuck"). Il me faudra donc réaliser ce divergent avec des plaques fines (2 cm) de polystyrène extrudé que je vais empiler les unes derrière les autres et dont l'évolution de la surface sera conforme à mon modèle. Leur forme pourra évoluer progressivement pour éviter les obstacles et tendre vers la forme de la dernière plaque devant s'ajuster à la face avant du plenum supérieur (chambre).
 Je vais intercaler entre chaque plaque de polystyrène des patrons de forme en alu de 5/10 dont la surface sera parfaitement choisie. Une fois les ajustements effectués in situ, je collerai toutes les plaques, il ne restera plus qu'à poncer la mousse jusqu'aux patrons en alu pour avoir un moule mâle parfait pour y stratifier le divergent.
 Note: la surface de chaque plaque d'alu sera contrôlée au poids avec une balance super précise.
Y'a plus qu'à !



Courrier des lecteurs.

 
Bonjour,
Je suis toujours avec intérêt vos expérimentations. Sur mon avion, il y a quelques années, j'avais fait des mesures de température de l'air ambiant sous capot qui m'avaient conduit à conclure que l'entrée d'air gauche était plus efficace que la droite. J'avais donc fortement réduit l'entrée d'air droite, ce qui avait permis d'obtenir une certaine symétrie des températures.

Sur le Diamond DA40 version Lycoming, le plénum de refroidissement est alimenté par la seule entrée d'air gauche, voir doc joint. L'autre entrée d'air est utilisée pour le radiateur d'huile et la climatisation cabine. J'imagine que Diamond a choisi le côté le plus efficace pour refroidir les cylindres.
Ces deux exemples sont à l'opposé de vos conclusions. N'est-ce pas étonnant ?
Cordialement
Rémi

De moi:

Merci Rémi, 
 Je réfléchissais à une réponse à vous faire mais une chose m'étonne dans votre remarque. Je ne comprend pas la logique qui vous a conduit face à une entrée d'air droite moins efficace à la réduire encore plus. Un lapsus ? 
Cordialement
FP

De Rémi: 
 Non ce n'est pas un lapsus mais je n'ai sans doute pas assez détaillé: j'ai ressorti mes notes de 2006 pour décrire ma manip: j'avais placé les deux sondes de température symétriquement dans le compartiment moteur. Avec les entrées d'air d'origine (identiques et symétriques) la température à droite était nettement plus élevée qu'à gauche. J'avais ensuite réduit symétriquement les sections d'entrée car je considérait que celles-ci étaient surabondantes. Dans cette configuration je retrouvais sensiblement le même écart de température droite/gauche. Pour équilibrer ces températures, j'avais ensuite naturellement agrandi l'entrée droite. Résultat inattendu: la température gauche ne change pas et à droite elle augmente. Ensuite, nouvel essai avec l'entrée gauche totalement obturée: la température G diminue et la tempé D augmente. Enfin essai avec l'entrée d'air droite obturée: les tempé D et G sont presque identiques, très légèrement plus chaud à G.

J'en avais tiré deux conclusions:

- les flux se croisent sous le capot !?

- l'entrée d'air droite est beaucoup moins efficace que la gauche.

J'ai finalement adopté une configuration où les surfaces d'entrée D/G sont respectivement 1/3 - 2/3, ce qui donne des températures homogènes.

J'ai mis en PJ le tableau de ces mesures de 2006. Dans ce tableau toutes les températures sont en delta T par rapport à la température extérieure. Pour chaque configuration, le chiffre entouré est la moyenne des delta T relevés.

Pourquoi "pomme de douche" ?: j'avais moulé les réducteurs d'entrée d'air sur une douchette prélevée dans la salle de bain. Le diamètre était pile celui des entrée d'air d'origine et ça permettait de faire varier la section en ajustant la longueur.

Espérant que ces détails clarifient mon commentaire.

Cordialement

Rémi

De moi: 
Pour ma compréhension j'ai encore une ou deux questions; 
Quel est le type d'avion, quel moteur?
Les sondes de température, quelles étaient leurs positions dans le compartiment moteur? Dans le plénum inférieur, avant, arrière ? 
Aviez vous également un moyen de contrôler les températures culasses (je suppose que non)?

Très intéressant, me permettez vous de publier?

J'espère que la salle de bain était toujours utilisable pendant vos manipes :)

Cordialement
FP


De Rémi:

C'est un Europa, Rotax 912 ULS.

Les 2 sondes mesurent les températures de l'air ambiant. Elles sont placées au niveau des carburateurs, donc vers le haut et l'arrière du compartiment moteur.

 Les entrées d'air circulaires sur lesquelles j'ai travaillé ne servent qu'a ventiler le compartiment moteur, les culasses étant refroidies par liquide avec conduit dédié vers le radiateur, les cylindres étant refroidis par air via un plenum alimenté par sa propre entrée.

 La forme des réducteurs d'entrées d'air (moulés sur la douchette) est destinée à rejeter l'air frais vers le haut, pour mieux ventiler l'allumage et les carbus du Rotax situés au dessus du moteur.

Les températures culasses sont mesurées sur les cylindres 2 (avant gauche) et 3 (arrière droit).

Ces températures n'ont pas été affectées par les modifs des entrées d'air circulaires: logique compte tenu de la ségrégation des refroidissements.

Certes c'est une configuration assez différente de celle du Speed Jojo, mais je pense qu'on doit pouvoir en tirer des enseignements.

J'ai joint quelques photos montrant les différentes variantes de l'entrée d'air bâbord.

Bien sûr vous pouvez publier.

Rémi

PS: si vous le souhaitez, nous pourrions en discuter de vive voix, à côté de nos avions. Je suis basé principalement à Bordeaux et secondairement à Tallard ou je serai en juin et Août prochain.


De moi:
 En effet, la problématique que vous évoquez est très différente de celle du speedjojo.
Si j'ai bien saisi, vous alimenter l'intérieur du capot avec de l'air destiné aux deux carburateurs qu'il convient d'alimenter avec de l'air à la même température, dans le but de ne pas créer de déséquilibre de puissance entre cylindres. 
 Je pense qu'en effet, la circulation de l'air sous votre capot est parfaitement imprévisible, voire circulaire, ce qui vous a conduit aux tâtonnements que vous évoquiez jusqu'à obtention de l'effet désiré, vous l’avouerez en dehors de toute logique. J'ajoute que l'utilisation de convergents en entrée d'air conduit à des vitesses importantes d'entrée d'air, et ces "jets" entrants dans le compartiment moteur vont induire une circulation interne assez désordonnée. Un exemple, si vous remplissez une bassine avec un tuyau d'arrosage, l'eau va se mettre en rotation dans la bassine pour peu que le jet soit décalé du centre de la bassine. C'est une image bien sûr, mais elle permet de visualiser l'idée. L'air ainsi mis en circulation va, au gré des sources de chaleur rencontrées, augmenter en température, ce qui explique vraisemblablement vos écarts de température au niveau des carbus. Dieu seul sait comment circule l'air sous vos capots :)
 Plus sérieusement, vous avez placé des convergents dans vos entrées d'air, ce qui vous a vraisemblablement été dicté par le bon sens commun, c'est malheureusement une très mauvaise idée et vous n'êtes pas le seul à l'avoir eu.
 En faisant cela, vous perdez de la pression d'alimentation pour votre moteur et donc de la puissance. 
 Au vu de vos photos, vous avez la place pour deux beaux divergents,  qui calmeront les courants désordonnés et récupèreront plus de pression statique pour alimenter vos carbus. J'ajoute que l'air circulant moins vite sous les capots, son augmentation de température sera plus faible, il se pourrait même que le différentiel de température entre carbus soit annulé également. Vous avez deux belles entrées d'air circulaires, il faut en profiter!
 On voit d'ailleurs sur vos mesures que les pommes de douche augmentent sensiblement les delta T mesurées indépendamment du déséquilibre, ce qui vous fait perdre de la puissance moteur. Par ailleurs, vous vous battiez pour un différentiel de 7°, ayez quand même en tête que cela ne représente qu'environ 2,5% de déséquilibre de puissance entre les cylindres alimentés par chacun des deux carbus.
 Je suis désolé de vous le dire, c'est jamais agréable à entendre, mais je pense que votre configuration initiale était meilleure. Vous pouvez l'améliorer en faisant l'inverse, un divergent !
 Pour en revenir au début de notre conversation, vous avez sûrement raison, l'entrée gauche doit donner plus que la droite. Sur notre avion, la pose d'une cloison de séparation n'a pas résolu le problème du cylindre avant gauche plus chaud. L’hypothèse que nous faisons est  que nos entrées d'air sont pour le moment inadaptées, l'entrée gauche crée même, avec le cylindre plus en avant coté gauche le convergent qu'il faut éviter! Nous allons donc dessiner des entrées d'air ressemblant aux vôtres, avec un beau divergent derrière.
Bien cordialement 

De Rémi:
Votre démonstration sur les inconvénients des convergents, notamment les écoulements désordonnés qu'ils entrainent sous le capot, est convaincante et je vais reconsidérer ma configuration.

Je fais toutefois remarquer que ces convergents n'ont aucun impact sur la pression d'entrée des carburateurs car ceux ci sont alimentés par une entrée d'air dédiée (et étudiée pour récupérer la pression dynamique).

Cependant la longueur des conduits d'alimentation fait que l'air d'admission est malgré tout réchauffé par l'air ambiant sous le capot, d'où l'intérêt de bien ventiler ce dernier.

Bien cordialement

Rémi  

25 juin:
Adaptateur radiateur d'huile pour moteur O-200.
 Nous sommes allé avec le père à Montpellier Candillargues chercher un adaptateur O-200 pour dériver le circuit d'huile afin d'installer un radiateur. C'est une pièce qui est assez rare et qui a été produite un temps pour les Rallyes équipés de ce moteur pour la Socata. MR aviation en a encore quelques-uns au prix d'environ 400 euros hors taxe, ça parait cher, mais neuf c'était beaucoup plus cher.
 En fait, c'est plus qu'un simple adaptateur puisqu'il y a une vanne thermostatique interne qui autorise le débit d'huile dans le radiateur à partir de 85°C.
 Du coup, je vais abandonner la régulation en débit d'air de refroidissement que je prévoyais. On a un radiateur gentiment cédé par notre ami Gérard de dimensions 215x72x40, un peu gros à notre goût, mais c'est le plus petit qu'on ait trouvé. Même les petits modèles chez ulm techno sont plus gros. Ça devrait pouvoir rentrer en face arrière du plenum supérieur. 
 Je vous poste une photo du régulateur dès que possible, là j'ai oublié d'en faire une. 
  

ULM au Congo.
 Je viens de faire un vol sur Pointe Noire au Congo. Grosse activité ulm là-bas et accueil très convivial de la communauté française installée.
Pierre Pouchès, dit Peïo était sur place, les mains dans les Rotax éventrés. Charmant personnage, gourou du Rotax mais très modeste. Le carburant sur place met les moteurs à rude épreuve, il est donc prudent de limiter le tbo à environ 1000 h si l'on veut éviter les problèmes. Christophe, un membre éminent du club et instructeur, m'a immédiatement proposé de faire un tour avec son Savanna. On s'est posé sur quelques pistes ulm bien courtes en bord de mer. L’impression immédiate, c'est l'espace de liberté et la beauté des lieux. Les gens vont à la pêche en ulm amphibie par exemple!

 Du coup, j'y retourne fin juillet, et j'ai bien l'intention de passer ma licence ulm congolaise sur place, sur Skyranger, la machine des Peuzin du nord !

 Ci dessus, petite piste en bord de mer et ci dessous, retour en radada vers Pointe Noire.

 Pas facile à voir cette piste.

 Retour à Pointe Noire, semi-directe après le posé d'un liner.

 A l'heure où seuls les moustiques volent encore, mon copilote Marc, qui vient de recevoir sa licence ulm, l'arrose dignement au bar de l'aéroclub. Et quel bar !

30 juin:
 Le 23 juin, je devais avoir une journée managériale (journée de propagande interne) qui a été opportunément annulée, vraisemblablement à cause de l'ambiance sociale délétère qui règne en ce moment dans ma belle compagnie. Du coup, je me suis associé in extremis à un plan foireux organisé par Jean Claude et Papa, une sortie montagne !
 Super météo dans les Alpes sud avec un rendez vous à Mens (sud Dauphiné) et une petite marche pour aller prendre un café au village.
 A une encablure, Notre Dame de La Salette nous attendait, bien tondue. J'adore cette altisurface, une bande sur une crête qui finit sur le dôme, paysage magnifique. Et puis ce terrain exige d'être assez précis au toucher, jugez-en plutôt, une roue en dehors et c'est la grosse punition. Heureusement la remise de gaz est possible jusque très tard en esquivant à droite en cas d'approche mal engagée.
 

  Ensuite nous sommes allé dans le Dévoluy, à Super Dévoluy plus exactement, terrain en altitude.
 Après, il a commencé à faire chaud, même très chaud, standard + 20° pour être exact.

 
 Déjeuner à Gap, puis petit tour à Grand Terrus, beaucoup de thermiques dans l'après midi, ce qui complique pas mal le pilotage.

 Si l'on ajoute les fortes températures et leur influence sur les perfos, ça finissait par devenir vraiment compliqué. On est donc rentré à la maison assez tôt pour ne pas casser le jouet.
 Excellente journée et quelques belles vidéos ramenées qui me serviront plus tard pour un film que je veux faire sur La Salette. J'ai même acquis récemment un drône dji (vidéo 4K) pour faire des prises de vue aériennes de nos activités montagne. Pour l'instant Julien s'entraine avec pour l'avoir bien en main.
 On attaque la trêve estivale, Papa qui n'a pas prévu de s'éloigner envisage quelques travaux d'entretien sur le Jojo, pour ma part je serai en vacances début juillet sans activité Jojo.
 Reprise des activités du blog prévue fin juillet. Bonnes vacances à ceux qui en ont, bon courage pour les autres.