DA

bonne Conception

choix d'un modèle, ou conception, exemples à suivre.



Experimentation
Experimentation :

 

J'ai été passionné par la mécanique du vol et l'aérodynamique, je n'ai pas fait de l'aéromodelisme pour l'amusement à piloter mais plutot pour le côté scientifique.
mon but était d'expérimenter, afin de trouver les vérités, au milieu de cette étrangement grande diversité de types d'avions et de planeurs.


mes explications ne sont peut être pas tres précises, mais les faits que je développe sont vrais car tirés de l'experience en vol.


j'ai fait 40 modèles RC et 750 planeurs VL, tous différents.
mes tres nombreuses experimentations m'ont permis de constituer une grande base de données fiables.


mon but était de trouver la conception idéale, le modèle parfait.

 

 


 


Configurations
Configurations :

il existe beaucoup d'objets volants de toutes les formes, qui ont réussi à voler.

mais ce n'est pas parsque ça peut voler que ça vole bien,

innutile de se précipiter sur un Rafale, ou un Blackbird, ou une aile-volante etc...

il n'y a que la configuration classique qui est satisfaisante.

les autres n'ont que des inconvénients et aucun avantage.


AILES
AILES :

Geometrie :


[1]
Aile entièrement en forte flèche :
Totalement stupide, une des pires ailes qu'on puisse faire, aucun avantage que des inconvénients.
- finesse abominable.
- aile fragile, résiste mal aux Gs.
- Noze-slice à faible vitesse (l'arrière de l'aile décroche en premier, l'avion s'enfonce de l'arrière, cabre à plus de 45°, dangereux).
(beaucoup d'exemples. aile tres utilisée pour le vol transonique).


[2]
Aile idéale (Delta) :
L'aile de référence, BF droit, BA en flèche. c'est l'aile la plus stable qu'on puisse faire.
à basse vitesse il n'est pas ou peu nécessaire de soutenir le manche, l'avion a un comportement tres sain, confortable, agréable...
(les meilleurs avions existants : F-16, T-50 Golden Eagle... A-4 Skyhawk, M-346, YAK-130, L-15...).
[3]
Aile Delta avec forte flèche au BA :
C'est l'aile la plus stable, la seule que l'on puisse faire sans empennage horizontal. grâce à sa stabilité naturelle.
il n'est pas dutout nécessaire de tirer sur le manche à l'atterrissage (à faible vitesse).
(le Mirage-4 est un exellent avion supersonique).
- un fait intéressant, grace à sa tres grande corde il peut voler tres lentement (vitesse mini tres lente).
- l'inconvénient c'est une mauvaise finesse à cause de la forte flèche au BA.
- les performances sont correctes en ligne droite à tres faible incidence, mais avec plus d'incidence la trainée devient considérable.
par exemple en virage l'avion perd sa vitesse... consomme beaucoup, nécessite un moteur tres puissant...
en cas de panne moteur, il ne pourra pas franchir une grande distance en vol plané.
(F-106 Deltadart, F-102 Deltadagger...).

donc finalement la seule application c'est le vol supersonique en ligne droite (utilisation avion espion. comme le SR-71 Blackbird).
pas intéressant dutout en RC.
je l'utilise pour des petits planeurs de vol libre en indoor, intéressant pour le vol lent d'intérieur.


[4]
BF avec tres faible flèche :
c'est juste pour faire joli, BF maximum 5 ou 6 degres d'angle.
aile correcte.
(F-4 Phantom, MIG-25, MIG-29, Hawk, F-15...).


[5]
BF en faible flèche inverse :
Une variante de l'aile Delta classique.
la finesse est un peu meilleure.
tres bon choix.
(F-5 Tiger, T-38 Talon...).
[6]
BF en flèche inverse significative :
La stabilitée est moins bonne.
nécessite un plus grand bras de levier arrière.
bonne finesse.
(F-104 Starfighter, F-35, Ching-kuo...).
[7]
Aile en flèches opposées symétrique :
nécessite un grand bras de levier arrière.
je déconseille cette aile.
bonne finesse.
forte tendance à déclencher.
il est nécessaire d'avancer plus le CG (quitte à ce que le comportement en tanguage ne soit plus neutre).
(T-33 Shooting-star, Camberra, YF-23...).
[8]
BF en tres forte flèche inverse :
énorme connerie, vraiment instable.
l'aile qui déclenche le plus.
décrochage soudain, brutal, l'avion se met en piqué d'un coup.
nécessite un tres grand bras de levier arrière, et d'avancer plus le CG (pas de comportement neutre en tanguage possible).
ne pas faire ça.
(L-39 Albatros...).
[9]
Aile "Delta à reculons" :
énorme connerie totalement instable.
nécessite un CG tres tres avant, et une tres longue queue.
décrochage tres violent, l'avion se met en piqué vertical d'un coup.
ne jamais faire cette aile. abominable.


[10]
Aile droite rectangulaire simple :
aile simple, solide, qui ne déclenche pas ou peu.
nécessite un grand bras de levier arrière.
(tres utilisée en aviation légère. A-10 Warthog).

 

[11]
Aile en "double Delta" :
énorme connerie.
- finesse abominable.
- les mêmes inconvénients que l'aile Delta en forte flèche mais en pire.
- Deep-stall-rear tres violent !
(que des horreurs à piloter : SR-71 Blackbird, Saab Draken, Tupolev TU-144, navette spatiale américaine...).

il y a une question de rapport entre le bras de levier avant déstabilisateur / et le bras de levier arrière stabilisateur.
[12]
Aile Gothique :
aile unique du Concorde. jamais reproduite heureusement.
encore bien pire que l'aile en double Delta.

 


FLECHE DU BORD D ATTAQUE
FLECHE DU BORD D ATTAQUE :

 

 

Une aile avec BF droit et BA en flèche est stable.
l'aile la plus stable est l'aile Delta.


à l'inverse une aile avec BA droit et BF en flèche inverse est instable.


toutefois il faut savoir que la flèche diminue la finesse (point faible de l'aile Delta).
 

_______

 

Les 2 ailes extrèmes :


vues de profil et de dessus.
lignes isobar (de même pression)
P = vecteur Portance


L'incidence augmente...

 

Aile avec BA droit :


1) intrados à plat, on constate que le CP est plus en avant que pour l'aile Delta.
la portance est deja plus forte. (il faudra de préférence choisir un profil plus fin pour une aile à BA droit).


2) le CP avance, c'est une instabilité (plus le CP avance, plus l'avion voudra cabrer, plus l'incidence augmentera, et plus le CP avancera...) cette aile est instable.
pour les avions à BA droit il faut un bras de levier arrière plus grand, ça atténue le problème mais l'avion est quand même instable malgres tout.
généralement on choisit d'avancer le CG pour ce genre d'avion.
la gestion de l'incidence est de toute façon difficile pour le pilote.
la portance augmente plus vite.
ce type d'avion est tres vif, il est possible de se prendre facilement des G, et de virer serré (warbirds chasseurs de la 2nd GM par exemple...).


3) la portance devient extrèmement forte.


4) les contraintes sur l'air sont trop fortes, l'écoulement se décolle et transite en turbulent (c'est le décrochage aérodynamique) la portance chute.
le décrochage aérodynamique sur ce genre d'aile est tres dangereux.
la transition des filets d'air de laminaire à turbulent et leur décollement, ne se fait pas de façon régulière. (certains pilotes disent même qu'ils sentent des tremblements).
il se forme des sortes de bulles collées à l'extrados de l'aile qui se déplacent de droite à gauche.
on se retrouve facilement avec une portance disymétrique, une aile beaucoup plus décrochée que l'autre, c'est le phénomène du déclenché. l'avion pivote brutalement en roulis,
pour se retrouver sur la tranche ou pire...
ce phénomène a tué énormément de gens.
les avions sensibles à ce problème du déclenché sont tres nombreux.
(la grande majorité des planeurs, beaucoup d'avions légers, Warbirds 2ndGM, L-39 Albatros...) méfiez vous.


Concernant la trainée, elle est plus faible que pour le Delta.
la finesse est bien meilleure.


__________


Aile avec BA en forte flèche :


1) intrados à plat, la portance est plus faible que pour l'aile droite.


2) la portance augmente plus doucement.
le CP ne se déplace pas dutout, il reste là où il est.
cette aile est stable (plus précisément neutre).
l'aile Delta est la seule aile vraiment stable, c'est pour cette raison que les avions à aile Delta sont les seuls à pouvoir se passer d'empennage horizontal (sans problèmes).


3) la portance augmente doucement.


4) la portance augmente sans phénomènes gênants.
il n'y a pas de décrochage aérodynamique.
il est possible d'augmenter considérablement plus l'incidence.
cette aile peut fonctionner à tres forte incidence et à tres faible vitesse.
ce type d'avion est le meilleur pour voler lentement, et c'est le plus stable.
idéal pour débutant. (la plupart des "jets" sont difficiles à piloter, au contraire pour un Delta c'est ce qu'il y a de plus facile).


Trajectoire des filets d'air : une partie importante de la masse d'air qui était censée passer à l'intrados entre dans un mouvement de spirale pour passer à l'extrados,
c'est pour cette raison que l'écart de pression entre l'intrados et l'extrados est plus faible, et qu'il faut plus d'incidence pour faire le même virage.


à corde égale (CAM) et à incidence égale, il vire beaucoup moins serré, mais quand l'avion à aile droite atteint sa limite, le pilote du Delta peut encore tirer sur le manche,
ce qui revient presque au même.
sauf que l'avion à aile droite peut maintenir sa vitesse et continuer de tourner...


Concernant la trainée, elle est beaucoup plus forte.
un avion de ce type nécessite un moteur particulièrement puissant,
sa consommation est tres importante, et donc son autonomie en vol est plus courte.
surtout à tres forte incidence, le pilote est obligeé de mettre plein gaz, et pourtant l'avion ralentit, ne pouvant pas forcément maintenir le virage.
choisissez un moteur à tres faible Kv, avec une hélice bipale de tres grand diamètre et tres faible pas.


La finesse est vraiment mauvaise, en cas de panne moteur, bien que le posé se fera plus en douceur, plus court... la distance parcourue en vol plané sera courte, ce n'est pas un planeur.


Donc la seule utilisation pour laquelle un avion Delta doit être choisi est le vol lent (voir photo plus bas M-2000), les décollages et atterrissages courts...
et éventuellement ça fait d'assez bons avions supersoniques (en ligne droite).


______


L'idéal vous l'aurez compris, est de trouver le bon compromis entre les 2 géométries.


vous essayez un modèle, vous voyez ce que ça donne en vol, et vous choisissez ce qu'il vous faut,
soit une aile plus droite, pour plus de finesse,
soit une aile avec plus de flèche pour voler plus lentement, décoller et se poser plus court, plus facilement, en douceur.

 


Allongement
Allongement :

 

Avec un plus grand allongement on améliore la finesse, mais on augmente la vitesse mini (vol lent impossible).
(atterrissages plus difficiles notament etc...)


Avec plus de corde on peut voler plus lentement, mais on y perd en finesse.
dans ce cas essayer éventuellement une géométrie élliptique.
ou tester les saumons d'aigles (avec 3 ou 4 pointes).


en (Avion) RC il est préférable d'avoir une assez grande corde, pour voler pres de soi, pouvoir virer serré, voir son avion de près, se poser en douceur...
en planeur on n'a pas le choix, il faut un grand allongement.

 


bon exemple configuration classique.


Ailes évoluées
Ailes évoluées :

 

[1 2 et 3]
Ailes Delta améliorées.
la meilleure est l'aile Diamant.
[4]
Aile similaire experimentale...


[5]
Aile droite avec saumons pointus. exellente pour les planeurs.


[6]
Aile Elliptique.
la plus utilisée pour les planeurs.


[7]
Aile Delta à forte flèche améliorée. cette fois ci ce n'est pas pour une question de finesse, mais de stabilité.
cette aile est plus stable que l'aile Delta simple, elle est idéale pour un avion sans empennage horizontal.
c'est celle que j'utilise en vol libre indoor.

 

________

Pour le profil, toujours mono-convexe (plat à l'intrados).

 

 

 


nageoire requin
nageoire requin

ailes mouette
ailes mouette

Saumons
Saumons :

Il faut éviter les saumons droits (surtout sur un planeur qui a particulièrement besoin de finesse et de restitution), la trainée induite est forte, il vaut mieux une forme "nageoire de requin".
 


Poseidon


Saumons
Saumons

(de Luca)


BRAS DE LEVIER
BRAS DE LEVIER :

 

Pour des raisons de stabilité et de finesse il est préférable d'avoir un grand bras de levier (longueur queue).

 


Est ce qu'on obtient de meilleures perfos en réduisant la queue ? (réduisant ainsi un peu la trainée du fuselage).
attention à cette erreur répandue. non.
si la queue est courte, on a un amortissement en tanguage insuffisant (la stabilité en tanguage est insuffisante),
ce qui fait qu'on ne peut pas centrer neutre, on est obligeé de centrer plus avant, avec les conséquences désastreuses que ça a,
le comportement en tanguage devient variable avec la vitesse, et la finesse s'effondre.


avoir une longue queue permet de centrer neutre sans soucis en tanguage, les perfos sont bien meilleures.
d'apres moi la plupart des planeurs sont conçus avec une queue trop courte, c'est vraiment domage.
 

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Bras court / ou bras long ; dans les 2 cas le moment généré par la déportance de la profondeur est le même,
ce qui signifie qu'une profondeur 2 fois plus éloignée appuie 2 fois moins vers le bas.
et fait 2 fois moins de trainée par la même occasion !
on veut obtenir un certain moment, avec le moins de déportance possible, et le moins de trainée possible, donc il faut une longue queue.
(peu d'exemples malheureusement. E-6 Prowler).


Certains avions ont un bras de levier beaucoup trop court, avec une énorme profondeur abominable qui appuie fortement vers le bas.
(Sukhoi SU-27, F-35...).


et que dire de ceux qui n'ont pas doutout d'empennbage horizontal...
avec la déportance des èlevons qui contamine carément directement la portance de l'aile l'annulant.
finesses abominables ! ...
(ailes-volantes, F-7 Cutlass...).

 


CORDES
CORDES :

 

Il y a un principe tres important à respecter dans la conception d'un avion...
c'est le rapport de proportionnalité entre la corde de l'aile et la corde de la profondeur.


la corde de la profondeur doit toujours être beaucoup plus petite que la corde de l'aile.
ainsi un bon empenage horizontal a une petite corde et une grande envergure.

 

 

Experimentation :

 


Avez-vous deja essayé, de changer le rapport corde/envergure de l'empennage horizontal ?

 

avec soit un stab h à grande corde petite envergure / soit un stab h avec petite corde grande envergure.

 

test :
je laisse tracer tout droit le planeur en légère montée, la vitesse diminue... le but est de le laisser décrocher et d'observer ce qui se passe.
(je précise qu'il est centré neutre).

 

ce que j'observe avec la profondeur à grande corde (aussi grande que celle de l'aile) :
le planeur ralentit, ralentit... je ne touche pas aux commandes, il ralentit jusque vraiment tres lentement,
il n'y a aucun signe avant-coureur, rien qui prévient, sa vitesse devient critique...
et tout d'un coup, il décroche brusquement, il se retrouve brutalement en descente à bien 45 degres.
oubien pire, souvent il déclenche.


 
ce que j'observe avec la profondeur à corde particulièrement mince :
le planeur ralentit, ralentit... puis on constate un léger changement dans son attitude,
sa trajectoire fait une légère courbe, il diminue son incidence.
... il se retrouve en légère descente, il reprend de la vitesse.

 

le décrochage a tout simplement été évité, naturellement.
l'aile est restée dans une plage de vitesses avec un bon fonctionnement. c'est tres avantageux.

 

la profondeur est déporteuse,
elle génère une petite force vers le bas,
(il faut un moment cabreur, pour compenser le moment piqueur de l'aile),
selon le principe reynolds, les cordes décrochent des plus petites aux plus grandes.

 

dans le cas de la profondeur avec une corde aussi grande que celle de l'aile :
le fonctionnement du stab h est garanti jusqu'au dernier moment, jusqu'à une vitesse vraiment critique,
l'aile et le stab h décrochent ensemble, en même temps, brusquement.

 

dans le cas de la profondeur maigre :
le stab h décroche, bien avant l'aile. sa déportance diminue.
le moment cabreur donc diminue.
il ne compense plus le moment piqueur de l'aile.
le planeur se met en douce rotation, il diminue son incidence...
ce qui l'empêche de ralentir plus, et évite donc au reste de décrocher.
l'aile et la dérive sont maintenus en bon fonctionnement.

 

Conclusion : il est bénéfique d'avoir une profondeur maigre, à grand allongement.

 

 

_______


Reynolds : le nombre de Reynolds désigne l'efficacité d'une surface (aile, stabilisateur...), la vivacité de fonctionnement de cet élément en quelque sorte,
cette vivacité dépend d'énormément de paramètres, ayants des importances différentes.
les 2 principaux sont : la vitesse de l'air, et la corde.
autrement dit le Reynolds sera extrèmement élevé si on a une grande corde et que l'on est en train de voler à grande vitesse (l'aile d'un Mirage 4 à mach 2 par exemple).
et le Reynolds sera faible si on a une corde tres mince et que l'on vole lentement (l'aile d'un planeur en phase finale d'atterrissage par exemple).


Décrochage : le "décrochage", est une perte de portance, due à de multiples origines complexes.
sur certains avions le décrochage sera tres progressif et doux, sur d'autres il sera tres tardif et brutal (abattée).
règle : les cordes décrochent dans l'ordre des plus petites aux plus grandes.


voici 2 exemples extrèmes opposés, et l'explication sur les conséquences en vol [ image ]

 


- l'avion qui a une aile mince et une profondeur avec une grande corde :
d'une part, vous constatez que le réglage du point neutre de la gouverne est beaucoup plus vif et précis,
le débattement de la gouverne de profondeur devra aussi être diminué.
ensuite, le test consiste à faire ralentir l'avion (moteur au minimum), ou le planeur,
on vole en palier, voir en légère montée,
on ne touche pas aux commandes on laisse tout au neutre, et on observe le résultat.
avec ce modèle, il n'y aura pas de diminution de l'incidence, il n'y aura pas de perte progressive d'altitude, la trajectoire ne se courbera pas,
il va ralentir à une vitesse étonament tres lente.
le décrochage est tres tardif et va survenir brutalement, l'avion va tomber d'un coup sec.


avec un tel avion on a l'impression que le CG est trop arrière et qu'il faut l'avancer (ce que beaucoup font à tort, ils croient que le problème c'est le centrage), les réglages en tanguage sont tres difficiles à faire, tres pointilleux (précis).


de plus, ce comportement de "décrochage pointu tardif", a des conséquences dangereuses, il est responsable des déclenchés (départs en vrille)...
ce grave problème tres répandu a tué énormément de gens, on le constate surtout sur des planeurs puisqu'ils ont des ailes tres fines avec une corde particulièrement petite, alors que la forme de la profondeur est rarement adaptée en conséquence.

 


- l'avion qui a une aile avec une grande corde et une profondeur mince :
comportement tres sain, sans mauvaises surprises.


il est préférable et plus facile de faire la profondeur monobloc avec un axe qui traverse le fuselage.
test du décrochage :
au fur et à mesure que la vitesse diminue, l'incidence diminue, la trajectoire se courbe en douceur.
il reprend une pente de descente qui maintient une vitesse correcte.
on ne constate donc rien, il n'y a pas de décrochage.


si maintenant vous prenez les commandes, et que vous insistez en tirant sur le manche pour le forcer à ralentir et à décrocher,
c'est plus sécurisé, il va décrocher plus tôt et moins brutalement.

 

 

- autre possibilité : si l'empennage horizontal est collé au BF de l'aile, c'est à dire dans le cas d'une aile-volante, c'est la corde entière qui compte (donc correspond au cas de profondeur grande corde mais en pire).

 

 

 


Concernant la conception du stabilisateur vertical, on veut qu'il décroche le plus tard possible (même apres l'aile si on peut),
pour éviter les problèmes de noze-slice (qui provoquent le déclenché), on lui fait la corde la plus grande possible (donc tout le contraire du stab horizontal).


l'erreur est souvent de considérer le stab vertical et la profondeur de la même manière, alors qu'ils ne fonctionnent pas pareil, ils n'ont pas dutout le même rôle.

 


Stabilisateur vertical
Stabilisateur vertical :

 

Le stabilisateur vertical doit être le dernier élément à décrocher,
(profondeur, puis aile, puis stab vertical).

 

Experimentation :


une dérive maigre / et une dérive à grande corde.


ce que j'observe avec la dérive maigre :
le planeur ralentit, ralentit... l'aile et le stab horizontal fonctionnent toujours...
il y a du noze-slice (mouvements d'oscillation en lacet), il est de plus en plus important,
puis le planeur part bien en travers, à ce moment là souvent il déclenche, j'ai même obtenu quelques vrilles.
c'est donc dangereux.


ce que j'observe avec la dérive à grande corde (plus grande que celle de l'aile) :
le planeur ralentit, à une vitesse critique,
il reste bien dans l'alignement en lacet (pas de noze-slice),
le décrochage de l'aile se produit bien droit, le planeur fait une abattée sans déclenché.
un comportement sain.


Conclusion : il est bénéfique d'avoir une dérive avec une grande corde,
la dérive ne produisant pas de trainée induite, on peut agrandir la corde sans affaiblir les perfos.


 


c'est lui qui doit avoir la plus grande corde (plus grande que l'aile).
la corde à l'emplanture doit être énorme.
la corde au sommêt est plus petite (effilement). mais grande quand même, ce n'est pas grave pour la trainée induite car il n'est pas censé y en avoir (pas d'incidence).
aussi, je déconseille de mettre trop de flèche au BA, donc le BF devra être de préférence en flèche inverse.


sur la majorité des avions existants la corde de dérive est trop mince (F-15...).
(je ne trouve pas de bon exemple).


il est éventuellement possible d'en mettre 2 écartés.
mais je soupçone que ça fasse plus de trainée.
(SU-27, MIG-29).
ne jamais les mettre inclinées en V.
(F-18 Hornet, F-22...).

 

 


Corde stab vertical
Corde stab vertical :

Augmentation de la corde du Stab vertical.

 

Reynolds, règle fondamentale : les cordes décrochent de la plus petite à la plus grande.
le stabilisateur vertical doit etre le dernier élément à décrocher, il doit donc avoir une corde tres grande.
sur la plupart des modèles existants elle est trop petite. ne pas hésiter à l'agrandir (comme j'ai fait sur la plupart de mes modèles),
les problèmes d'instabilités en tous genres seront considérablement réduits voir résolus.
(dérappages, noze-slice, déclenchés, phénomènes induits et inverses en roulis...).


nez Caravelle
nez Caravelle

787
787 :

retour aux verrières qui ne gênent pas, 50 ans apres Caravelle.


Choix de l'emplacement du moteur
Choix de l'emplacement du moteur :

 

--> Préservation :
moteur pas devant (ou si on le met devant prévoir un support de fixation fragile qui sert de fusible pour sauver le moteur en cas de choc).


--> Flux d'air admis laminaire :
Il est préférable qu'il n'y ait rien ou presque devant l'hélice, ne pas mettre le moteur dans le sillage de l'aile ou du stab H.
Et pour une hélice interne (dans un tube) un conduit d'entrée d'air pas trop long.


--> Souffle :
Rien ou presque derrière (avec l'hélice au nez il y a trop de perturbations sur l'aile et le stab H).
Pour une hélice interne, la tuyère (conduit de sortie) doit être la plus courte possible.
 

--> Inertie en rotation :
plus les masses importantes sont éloignées du CG, plus l'inertie en rotation est forte, donc si on met le moteur en pusher (derrière) il ne doit pas être trop lourd.