InterAction

ECOULEMENT SUR UN PROFIL

Interaction — 2024-10-31T14:34:28Z

Au paragraphe 5) Décollements et gradient de vitesse (ou de pression), je lis :
...
En effet, par sa seule présence, un corps épais plongé dans un écoulement oblige les filets fluides à le contourner donc à parcourir un chemin nécessairement plus long dans un même laps de temps (sinon il y aurait accumulation), donc à le parcourir à une vitesse qui sera d'autant plus élevée que l'objet est épais.
...

J'ai déjà vu ailleurs cette explication de l'accélération de l'écoulement du au "chemin plus long à parcourir dans le même temps" et je la trouve pour le moins discutable sinon totalement fausse. La bonne explication selon moi tient dans la remarque entre parenthèses (sinon il y aurait accumulation) qui est en fait une référence a la loi de conservation des flux énoncée au début de l'exposé. L'écoulement accélère non pas parce que la distance est plus grande mais parce que la section est plus faible. Mettons ces deux explications concurrentes à l'épreuve d'une expérience discriminante : que se passe-t-il dans l'écoulement le long d'une plaque sans épaisseur (ou plutôt, disons, d'épaisseur négligeable) mais avec cambrure et corde parallèle à l'écoulement ? selon la théorie de la "distance plus grande à parcourir", la distance est plus grande aussi bien du côté concave que du côté convexe, donc il devrait y avoir accélération des 2 côtés. Selon la théorie de "conservation des flux", la section diminue du côté convexe, augmente du côté concave, donc l'écoulement doit accélérer du côté convexe, ralentir du côté concave. Que dit l'expérience ?

Merci pour votre commentaire.

Contournement du bord de fuite. Pour un profil, l'explication est un peu plus complexe et fait appel à une séquence d'évènements mis en évidence par Prandtl, à savoir :

Au démarrage de l'écoulement ou à la mise en incidence, on a affaire à un écoulement potentiel plan sans déflexion avec contournement du bord de fuite (BF) par l'écoulement.

Cet écoulement est impossible en permanence, car le bord de fuite à rayon nul engendrerait une accélération centripète de contournement très grande, voire infinie et donc une force "visqueuse" très importante, ce qui n'est pas possible. Cette zone s'enroule et se détache emportée par le fluide sous le nom de tourbillon libre. Le "vide" ainsi créé accroît la différence de pression statique sur l'extrados, entre le bord d'attaque BA et le bord de fuite BF, donc la vitesse d'écoulement et la différence de pression extrados-intrados donnant la portance, le tout s'accompagnant d'une déflexion de l'écoulement. Nous sommes bien en présence d'évènements imbriqués.
Cette différence de vitesses extrados-intrados est équivalente à un tourbillon lié à l'aile superposée à l'écoulement incident et d'intensité égale et opposée à celle du tourbillon libre : tout ceci entraîne une déflexion de l'écoulement ; une vitesse au niveau du bord de fuite égale à l'extrados et à l'intrados (effet utilisé pour le calcul de la portance sous le nom d'hypothèse de Joukowski).

Donc tourbillon lié, libre, différence de pression et vitesse sont les mêmes aspects du phénomène de génération de portance. Pour la plaque concave, c'est l'aspect déflexion (= changement de direction) de l'écoulement qui domine, donc la réaction sur la plaque et non le changement de vitesse. On voit d'ici la complexité des phénomènes imbriqués et les interactions possibles. Le tout est aussi lié par les sections des filets fluides.

RIBLET

Interaction — 2024-10-31T14:34:26Z

J'étudie actuellement les problèmes d'état de surface des avions. Je sais que les avions de ligne sont recouverts d'une peinture munie de stries. A quoi servent ces rayures ? (A recoller la couche limite ?) De plus, comment sont-elles orientées par rapport au sens de l'écoulement d'air ? Je vous remercie.
Salutations.
C.

Bonjour,
Il ne s'agit pas de peinture, mais d'un film plastique strié longitudinalement. Ces stries (appelées "riblet") sont microscopiques, et ne servent pas à recoller une couche limite décollée (phénomène macroscopique qui nécessite des turbulateurs qui peuvent dans certains cas avoir une dizaine de centimètres de hauteur !), mais à diminuer la production d'énergie turbulente dans la couche limite. En clair, l'écoulement est turbulent, mais moins agité que sans riblets.
Pour une explication plus rigoureuse, vous pouvez consulter le bouquin de turbulence de Chassaing (page 262).

Cette diminution de la production d'énergie turbulente tend à retarder la transition laminaire-turbulent de cette couche limite, et à gagner sur le coefficient de frottement qui est plus faible en laminaire qu'en turbulent.

Le problème qui se pose est celui de la maintenance de l'état de propreté de ces riblets car, vu leurs petites dimensions, un nettoyage courant a vite fait de les combler. L'autre problème est la masse apportée par ce film compte tenu des surfaces à couvrir, masse dont le transport n'est pas gratuit. Les gains en consommation étant marginaux et compensés (sinon surcompensé) par les pertes en masse à emporter, cette mode semble avoir rapidement passé.

Très cordialement

(PS : Merci à David Alfano pour ses explications complémentaires)
Pour en savoir plus :

Effet des parois rainurées (« riblets ») sur la structure d'une couche limite turbulente

Aircraft viscous drag reduction using riblets

ADAC

Interaction — 2024-10-31T14:34:23Z

Je passerai cette année des concours d'écoles d'ingénieur, et une des épreuves à l'oral (pompeusement appellée Travail d'Initiative Personnel Encadré) nous permet de faire un exposé sur un sujet presque libre. J'ai donc choisi de parler des avions à décollage et atterrissage court. J'ai quelques difficultés à me procurer des informations fiables. Je me permet donc de vous demander des tuyaux.
J'avoue que j'hésite à pousser la mécanique du vol au-delà du manuel de pilote, c'est à dire de sortir des explications simplistes (et fausses dans certains cas). Cependant je n'ai pas dans ma filière de cours de mécanique des fluides, et l'immersion ne me semble pas très aisée. Peut-être pouvez-vous me conseiller un ouvrage adapté ?
Je parle d'un certain nombre de dispositifs hypersustentateurs, mais je ne suis pas sûr d'avoir fait le tour. Existe t'il quelque chose en dehors des becs de bord d'attaque, volets, et ailes soufflées et du très particulier Varivol de Gérin ?
Je finis par deux exemples chocs : le Breguet 941S et le presque ULM Slepcev Storch. Y a t'il des stols plus performants ?

A notre connaissance, non. La raison en est simple : les phénomènes physiques mis en jeu pour créer la portance présentent nécessairement des limites qui, par principe, ne peuvent pas être franchies. Quand on en est loin, il est facile avec très peu de moyens d'obtenir un gain significatif (ex. : des volets simples) ; mais au fur et à mesure que l'on se rapproche de ces limites (volets doubles fente, à recul, etc...), les gains deviennent de plus en plus marginaux (phénomène de saturation), pour un investissement qui devient de plus en plus important (en complexité, en masse, en coût, en in-sécurité), comme par exemple avec les volets soufflés.
S'il s'agit de le faire avec une finalité qui dépasse la seule question aéronautique (cas de l'Etendard qui, s'il n'avait pas été muni d'un tel système, n'aurait pas pu être embarqué), la question peut être revue (d'autant que les budgets de l'époque semblaient, eux, être illimités !). Mais pour l'aviation légère, voire moins légère, la masse non négligeable qu'un tel système supplémentaire apporte, et l'accroissement de surface portante que cette sur-masse réclame pour être emporter, sur-compense très rapidement l'économie de surface qu'était sensé apporter cet artifice hypersustentateur.
Par ailleurs, d'élémentaires questions sécuritaires se posent d'emblée :
Que se passe-t-il en cas de carafe moteur ?
Le système fonctionne-t-il sur batterie ? Combien de temps ?
A quelle vitesse vais-je me poser en campagne puisque l'hypersustentation a disparue ?
Que se passe-t-il si la panne survient en approche alors que je vole déjà à une vitesse bien inférieure à la vitesse minimale de sustentation en lisse ?
Que se passe-t-il si la panne est asymétrique ?

Question:Existe-t'il des vidéos de Br 941 ?

La réponse :

Peut-être, mais nous n'en n'avons pas. (Si d'éventuels lecteurs en ont, qu'ils nous fassent signe, nous transmettrons).

Question : J'ai bien peur que la formule STOL, que je pense encore d'actualité - ne serait-ce pour les pays n'ayant pas de pistes luxueuses - ne soit plus ou moins enterrée. Les avions de transport militaires ne décollent pas sans 800 m de piste et seuls certains avions légers et ULM (et encore ...) semblent taillés pour l'aviation champêtre.

La réponse :

En fait l'aviation champêtre existe déjà, et elle est bien plus efficace que l'aviation des ailes soufflées : c'est celle des autogires...

Question : J'espère me tromper. Savez-vous si des recherches sont en cours dans ce domaine ? Il serait tout de même dommage qu'une technologie comme l'aile soufflée soit tout simplement perdue.F.

La réponse :

Il existe une technologie bien plus efficace que le soufflage des ailes, mais c'est une technologie de laboratoire.
Je pense à celle du tapis tournant (cylindre tournant au bord d'attaque entraînant une bande souple qui contourne la quasi-totalité du profil à une vitesse égale à la vitesse de vol).

Cette technologie permet de supprimer le frottement visqueux (puisqu'il n'y a plus de gradient de vitesse, la peau se déplaçant à la même vitesse que l'écoulement), et donc de supprimer tout décollement (l'écoulement est adhérent jusqu'à plus de 110 ° d'incidence !).
Mais est-ce que cela va amener beaucoup de Cz max ? Oui, en théorie, à condition que cela se fasse entre 2 cloisons, ou à condition que l'envergure tende vers l'infini ! Pourquoi ? Parce que l'aile (pour faire simple) ne fait que défléchir un tube de courant dont le diamètre est l'envergure, et qu'en bout de plume la surpression d'intrados s'empresse de compenser la dépression d'extrados, d'où les tourbillons marginaux dont l'importance croît avec la baisse de vitesse. Alors, bien sûr, on peut "gratter" un peu dans les coins du tube de courant pour le rendre moins rond...

Mais on ne le rendra jamais plus carré qu'un carré dont le côté a toujours pour dimension... l'envergure ! La potentialité de gain d'un dispositif hypersustentateur se situe donc approximativement dans la différence de surface entre un rond et un carré, l'extrémité du carré constituant une discontinuité (acceptable pour les mathématique, mais non pour la physique) que l'on peut, certes (et avec quels coûts !), approcher, mais jamais atteindre (asymptote).

La problématique est d'ailleurs la même que pour ceux qui tentent par moult dispositifs de diminuer ces tourbillons marginaux parce qu'ils sont responsables aussi de la traînée induite...
Cordialement.

METHODES SYNTHETIQUES & METHODES ANALYTIQUES

Interaction — 2024-10-31T14:34:22Z

Alors, voila briêvement, je suis ingénieur aéro-elasticien, mais ma passion c'est plutôt les petites machines rapides, ou tout du moins efficaces, et l'industrie lourde des gros porteurs, ça roupille beaucoup trop à mon goût, bref c'est pas de ce côté qu'il faut chercher l'innovation.
Si j'avais eu vent de votre stage de conception "avions légers", j'y aurait participé avec grand plaisir, mais je viens just de découvrir votre association, et je me pose une question, qui a l'air fondamentale à vos yeux :
Je ne cerne pas bien ce que vous appelez "methodes synthétiques" en regard des methodes analytiques (que vous jugez "classiques")....

Pour faire simple : avec les méthodes analytiques, vous fixez 9 paramètres et vous calculez le 10 ème, avec une méthode synthétique, vous fixez 1 paramètre, et en fonction des exigences du cahier des charges (masse à transporter, vitesse, distance franchissable), vous calculez les 9 autres... Evidemment, comme peu de choses sont connues, nous fixons des paramètres plausibles (issus des statistiques), et nous procédons par itérations successives. La méthode constitue l'inélégance par excellence pour les puristes mathématiciens, mais la méthode marche, elle est compréhensible par le quidam moyen (qui veut résoudre un problème pratique et qui s'en fout de la méthode : lui, à terme, il veut voler) et, autre avantage, elle est autocorrectrice : 2 choses l'une : soit il y a une réponse au problème et les itérations font que tous les paramètres convergent vers leur valeur finale, soit il n'y a pas de solution et les paramètres divergent : il faut donc modifier les conditions de départ, ou modifier le cahier des charges. Nous, nous faisons cela sur le papier, d'autres le font sur objet (il faut se remémorer l'aventure ATL de chez Robin dont la première itération sur objet était : 195 kg à vide et 43 cv, et la dernière itération : 340 kg, et 85 cv... toujours insuffisants)

Question de F.M :... J'ai pour ma part travaillé avec des méthodes anglo-saxonnes assez décevantes type "Raymer, Roskam, Torenbeek", du nom de leurs auteurs, qui sont des bibles dans l'industrie (surtout le monde anglo-saxon), mais qui ne permettent au final au mieux que d'égaler ce qui se fait de plus performant, mais certainement pas de progresser....

La réponse :

On peut qualifier l'aérodynamique (subsonique s'entend) comme une "science close". Tout ou presque, est déjà connu. Tout ou presque a déjà été testé, et les anciens étaient certainement moins manchots que les modernes qui semblent être handicapés par la technologie censée les aider, une technologie qui permet, certes, de formidables performances en terme de rapidité, mais qui a la fâcheuse tendance à rendre la pensée visqueuse... La roue existe, inutile donc de la réinventer. En revanche, il y aurait de gros efforts à faire en termes d'adaptation (des moyens aux fins), et d'optimisation qui n'est certainement pas une maximisation d'un paramètre comme l'entend le sens commun (pendant que les autres paramètres dérivent...), mais au contraire la recherche de la constellation des valeurs pour les paramètres, qui permettent, ensembles, de donner le résultat le mieux adapté au cahier des charges initial. Le progrès aérodynamique n'est donc pas illimité ! Au contraire, et cette limite est asymptotique : on pourra toujours s'en rapprocher d'une quantité, d'abord de plus en plus petite, nécessairement ; ensuite on pourra le faire pour un coût qui, lui, est exponentiel. Le tout est de savoir à quel prix on fixera la limite de l'acceptable économique.

Question de F.M :...En fait je ne suis même pas arrivé par ces méthodes à redéfinir un avion type MC-100 ou MCR-01 VLA (je pensais "étalonner" les formules d'estimation statistiques avec ce type d'avion, sans succès). J'avais dans l'idée de dessiner un jet de sport autour de 2 DGEN de Price-Induction, mais je suis arrivé assez rapidement aux même conclusions que votre étude sur la propulsion "on-line", c'est-à-dire que la poussée de ces moteurs n'est vraiment pas suffisante (si jamais ils voient le jour) pour garantir une vitesse de croisière qui donnerait une consommation au kilomètre raisonnable (en dessous de 250 noeuds, ça ne semble pas valoir le coup). Quant au budget pour le réaliser.......
Votre site ne fait d'ailleurs pas mention de vos activités en dehors du stage annuel et on en sait assez peu sur votre association au final (on a envie d'en savoir plus !).

La réponse :

Nous sommes tous des bénévoles, dispersés qui plus est sur tout le territoire national, ce qui ne simplifie pas les choses. Chacun bidouille donc dans son coin, selon ses potentialités dont la première est le temps. Le moment fort est évidemment notre stage de juillet où quantité d'anciens membres reviennent, soit pour rafraîchir leurs connaissances ou pour dépasser leur acquis, soit pour faire profiter les autres de leurs réflexions, mais tous reviennent surtout pour le plaisir de partager intensément une passion commune qui ne se limite pas seulement à voler.

DISTINCTION DES SURFACES DE TRAINEES

Interaction — 2024-10-31T14:34:20Z

Lorsque l'on s'interesse au détail des traînée, comment fait on pour séparer les cfe de surfaces portantes et les cfe de surfaces non portantes ?

Les Cfe des surfaces portantes s'extraient des données de profils que l'on trouve dans les catalogues de profils... Si un profil donne un Cx de 0,006 c'est que son Cfe est de 3/1000 puisque la surface mouillée projetée d'un profil est égale à 2 fois sa surface en plan... Non ?
Le Cfe du fuselage (et de tout le reste) n'est donc plus qu'une différence (pondérée des surfaces mouillées projetées respectives) entre Cfe global et Cfe surfaces portantes. Cela suppose évidemment que l'on connaisse le profil utilisé, mais une fois faite la distinction entre profils laminaires et non-laminaires, les différences ne sont pas énormes... Cela suppose aussi que l'on inclut les traînées supplémentaires des guignols de volets, etc... dans le Cfe des surfaces non portantes, ce qui n'est pas très gênant. Reste, en revanche les traînées dues à l'existence de fuites au niveau des volets et qui intéressent un pourcentage non négligeable de l'envergure. Mais comme dit : nous nous intéressons aux avions bien faits, pas aux loupés !

PUISSANCE, FORCE DE TRACTION, DIAMETRE BALAYE PAR LE ROTOR

Interaction — 2024-10-31T14:34:17Z

Je vous écrit car je cherche désespérément une formule liant la puissance, la force de traction, le diametre balayé par le rotor, et le NOMBRE DE PALES pour une meme surface balayé.
On trouve beaucoup de formule liant puissance, surface, traction, mais jamais elles impliquent le nombre de pale.
POURQUOI ?!!

On trouve en revanche des abaques qui donnent le rendement, et le calage des pales lorsque l'on entre "Cp" (coef. de puissance) en ordonnée, et le "J" (Coef. d'avancement) en abscisse.

$C{p} =\frac{P}{rho, N^3.D^5 }$

$J =\frac{V}{N.D }$

Or il existe un abaque pour chacune des hélices bipales, tripales et quadripales (chaque stagiaire les reçoit avec l'épaisse documentation remise durant notre stage). Et nous savons par ailleurs que la NACA a publié dans les années trente des rapports concernant des hélices à 5 et 6 pales.
En outre, il existe des formules de correction du facteur d'activité par pale, les abaques étant donnés pour un AF (activity factor) de 80. Or, il se trouve, par exemple, qu'une hélice bipale corrigée pour un AF global de 210 (AF par pale de 105), a quasiment les mêmes caractéristiques qu'une hélice tripale corrigée de même AF Global (210) mais d'AF par pale de 70. Bien entendu, il y aura une petite différence sur le rendement avec la tripale, parce qu'il y a quand même une pale supplémentaire qui traîne.
Le facteur d'activité (AF) étant en gros un équivalent d'une sorte de rapport entre surface de la pale et l'Aire du disque balayé, le tout pondéré (évidemment) par la distance au rayon des portions de pale considérées.

Comme vous l'avez dit dans votre texte, la pale d'hélice peut être considérée comme une aile, sauf qu'elle tourne autour d'un moyeu. Le problème de la génération de la portance d'une aile est tout à fait identique... la rotation autour d'un moyeu en moins !
Pourquoi une aile génère-t-elle de la portance ? L'explication la plus simple est : parce qu'elle défléchit un tube de courant vers le bas (action égale réaction), un tube de courant dont le diamètre est... l'envergure ! Que l'aile soit monoplane, qu'elle soit biplane, triplane ou en store vénitien (ce qui a existé !), ne change strictement rien du point de vue de la portance (ou du point de vue de la traction en ce qui concerne l'hélice), dès lors que ces diverses géométries ne changent rien à la forme du tube de courant dévié vers le bas. La différence qu'il y a concerne la traînée, car lorsqu'il y a 2 ou 3 ailes, elles traînent 2 ou 3 fois plus qu'une aile seule, du moins en traînée parasite, car la traînée induite (par la portance), elle, n'est pas modifiée, puisque la portance n'a pas changé !

Question de D.R. Pourtant, il me semble logique de penser que plus le nombre de pales augmente sur une même surface balayée par le rotor, plus la force de traction est importante POUR LA MEME PUISSANCE ? Si l'AIRE balayée par la surface du rotor n'était que la seule condition pour augmenter la traction, pourquoi toutes les hélices ne seraient-elles pas à 2 ou 3 pales ?

La réponse :

Les divers abaques montrent qu'à conditions équivalentes, plus il y a de pales, moins le rendement est élevé, encore que la perte soit très faible (de 1 à 2 % environ).

Question de D.R:J'ai aussi entendu parler de soufflantes qui avaient un meilleur rapport traction/puissance qu'une hélice classique POUR LE MEME DIAMETRE (donc meme AIRE). Est-ce juste par le carénage que ce rendement est amélioré, où alors aussi parce-que ces soufflantes on PLUS DE PALES ?

La réponse :

Cela n'a rien à voir avec le nombre de pales. Il suffit, au moyen des abaques hélice, d'établir point par point, une courbe de traction hélice-moteur, depuis la vitesse zéro jusqu'à la vitesse de croisière pour se rendre compte qu'avec une hélice à pas fixe dont les pales ont été adaptées (calées ) pour une croisière, qu'en statique, la traction est relativement faible (parce que les pales sont plus ou moins, voire complètement, décrochées), puis que cette traction augmente à un maximum lorsque la vitesse a augmentée (parce que les pales ont fini par raccrocher), puis qu'elle diminue naturellement pour atteindre leur traction minimale, égale à la traînée de l'avion à la vitesse d'équilibre ( la croisière, ou la vitesse max si le moteur est à puissance max). Autrement dit, si la vitesse d'avancement est trop faible (ou nulle) les pales décrochent et la traction est faible.
Que fait un carénage de soufflante ? Il fait 2 choses : il canalise l'écoulement d'une part, il cloisonne le profil de pale à son extrémité.
En canalisant l'écoulement, il communique à la veine d'air une certaine vitesse avant qu'elle ne parvienne à l'hélice, c'est comme si celle-ci avait une certaine vitesse d'avancement. Les pales ne sont plus décrochées.
En cloisonnant les extrémités de pales, il empêche que l'écoulement ne contourne son extrémité. Comme une aile cloisonnée (telle qu'en soufflerie pour avoir un allongement quasi infini), la pale se comporte donc comme si son allongement était plus grand, ou comme si son facteur d'activité était plus petit.
La réalité confirme cela puisque les carénages d'hélice apportent effectivement un plus dans les engins qui ont une très faible vitesse d'avancement (paramoteur, overcraft, etc.). Ces mêmes carénages deviennent par contre un inconvénient pour des vitesses plus grandes, car le carénage traîne et cette traînée est fonction du carré de la vitesse, et parce que l'allongement de la pale (facteur d'activité inverse) perd son intérêt lorsque le Cz de fonctionnement diminue, comme pour une aile (les avions très rapides n'ont aucun intérêt à avoir beaucoup d'allongement.
Voilà, pour le reste, rendez-vous au stage...

LIFTING BODIES

Interaction — 2024-10-31T14:34:13Z

J'ai enfin lu la majeure partie de votre prose on-line. Je ne sais pas encore si je vais participer à votre stage "aviation légère", mais tout cela m'intéresse beaucoup. La conception me démange vraiment, mais j'aimerais contribuer à faire quelque chose de vraiment novateur, pas un clône de truc déjà existant......

J'aurais quelques petites questions/réflexions à vous soumettre (si vous avez le temps d'y répondre), rattachées à vos préoccupations aérodynamiques.
1) Sur les fuselages :
Vous parlez beaucoup des problèmes de trainée (les plus complexes et les plus négligés, il est vrai), mais vous ne parlez pas vraiment des problèmes de portance....du fuselage. Deux exemples de fuselages porteurs : A) l'atlantica www.wingco.com , et B) dans une certaine mesure un "canard" d'aéromodélisme, manifestement extrapolé d'un varièze, le "gryphon" :
http://perso.wanadoo.fr/aviationdesign/gryphon/Gryphon.htm

La problématique du fuselage porteur est souvent revenue dans l'aviation. En particulier dans les ailes volantes. Il est effectivement tentant de souhaiter enfermer toute la charge utile dans l'épaisseur du profil.
Cependant, elles posent à mon avis quelques problèmes :

L'allongement : en vitesse subsonique, des allongements de 7 à 10 sont souhaitables pour garantir de bonnes perfos en montées, en virage. avec des profils d'environ 13% d'épaisseur relative. Un homme assis, c'est environ 1,3 mètre de haut, celà donne une corde de 10 m et une envergure de 70 à 100 mètres !!!

Donc l'aile volante façon Boeing n'est pas pour demain. De ce point de vue, l'aile volante Northop était plus intérressante car uniquement destinée à transporter des bombes, donc peu épaisse.

Deuxième problème : L'hypersustentation. Pour réduire les surfaces, il faut hypersustenter. Cela entraîne un fort coef de moment que l'on équilibre avec un plan déporteur (l'empennage horizontal) situé au bout d'un assez grand bras de levier. Cette déportance, minimisée grâce au bras de levier diminue quand même un peu le Czmax de l'avion (environ 10%).
Si le bras de levier est très court (cas d'une aile volante- le profil utilisé adopte une double courbure- ce qui revient à coller un empennage déporteur au profil d'origine), la surface de "l'empennage horizontal" sera très importante et la déportance d'autant plus importante. Le Czmax avion sera donc très faible. En voulant réduire la surface du fuselage, on augmente la surface d'aile. C'est ce que l'on appelle la notion de taux d'échange.
La maximalisation d'un seul paramètre entraîne malheureusement souvent la dégradation des autres. C'est bien le problème en conception avion. Un avion est le résultat d'un compromis entre un nombre très important de paramètres et toute la difficulté est d'harmoniser les compromis. Cela ne peut se faire qu'en construisant un modèle GLOBAL de l'avion. Modèle qui permet de mesurer directement l'impact sur les perfos d'une variation de paramètre.

Question de F.M (suite) : A) Vous affirmez, logiquement, que la flèche est néfaste à la laminarité, or l'Atlantica en accuse une très prononcée pour que les élevons permettent un contrôle en tangage suffisant à la différence d'une aile volante dans sa conception. Cela voudrait-il dire qu'il ne faut PAS utiliser de profil laminaire sur les "bouts" d'aile puisqu'ils sont si loin en arrière, où que ce soit quand même envisageable avec certains profils ? Dans le cas d'un renoncement à la laminarité, je m'interroge sur le gain en surface mouillée, et donc sur la traînée de frottement (et de pression induite par la viscosité ), par rapport à un fuselage non porteur, doté d'ailes "droites", mais à profil laminaire. Je m'interroge aussi sur les problèmes de couplage aérodynamiques entre les dérives/winglets et les élevons (jamais vu de littérature là-dessus, vous avez des graphes, abaques sur le sujet ?). Y aurai-t-il autre chose qui vous choque sur cette configuration ?

La réponse :

Que de questions !!!!!
Oui, la flèche est néfaste à la laminarité ! Un écoulement longitudinal non négligeable apparaît qui vient épaissir la couche limite sur les saumons.
Autre problème de l'aile volante de type Horten. afin de ne pas utiliser de profils à double courbure trop prononcée, les frères Horten avaient adopté des ailes à forte flèche et très fortement vrillées.
Cela pénalise beaucoup les perfos à grande vitesse, car à faible Cz (croisière) les extrémités d'ailes sont déporteuses. Le coef d'oswald se "casse la gueule" et la traînée induite (Cxi = (Cz)2/Pi.l.e) qui est normalement négligeable à grande vitesse, redevient importante.
Encore une fois la notion de taux d'échange.

Autres choses qui me "choquent" :
Le choix de la configuration "propulsif".
Sans parler des problèmes de sécurité posés par l'enclume et le hachoir situés dans le dos des passagers (que se passe-t'il en cas de crash ? Méditer l'histoire du Capitaine Ferber mort écrasé par son moteur au début du siècle) ; que dire du rendement de l'hélice placée dans le sillage (couche limite) du fuselage. Améliorer l'aérodynamique du fuselage pour perdre en rendement d'hélice.... pas sûr que ce compromis soit le meilleur.
Enfin l'utilisation d'un arbre de transmission avec tous les problèmes que cela entraîne.

Question de F.M (suite) : De manière générale, je serais intéressé d'en savoir plus sur les fuselages porteurs pour l'aviation générale (ça paraît à priori dommage d'avoir juste un truc qui "traîne"), si vous avez des références..... D'où le lien avec un appareil aux antipodes de l'Atlantica à fuselage porteur : le suppositoire tri-surfaces : 2) Sur les configurations : vous abondez dans le sens des analyses courrament faites sur le Starship et l'Avanti. A notre échelle, les suisses mettent au point un "tri-surfaces", inspiré de l'Avanti. Par rapport à un MCR dont il n'arrive pas tout à fait à égaler les performances ni la masse. L'avantage de cette formule est, paraît-il, de minimiser la trainée en jouant à la fois sur le plan canard et le plan horizontal pour produire le minimum de traînée en croisière (je ne sais pas si l'Avanti permet de le faire, les volets sur le canard ne semblent servir qu'à l'hypersustentation), et de pouvoir utiliser des volets en ayant la capacité de contrebalancer le moment piqueur avec le plan horizontal arrière. En fait , bien que la formule ne semble pas concluante pour la formule "VLA" économique, je me pose la question de son intérêt pour des puissances et vitesse supérieures. Il paraît que les avantages de la formule tri-surfaces utilisée par Piaggio sont déposés et protégés par un brevet, donc public, savez-vous comment le trouver ? Auriez-vous des références sur les comparaisons tri-surfaces / canard / géométrie classique d'un point de vue mécavol (trim en croisière, en approche) /pénalités en termes de traînée induite et masse structurale (les moments de flexion à l'emplanture doivent être assez supérieurs à ceux de l'Atlantica par exemple)..... D'après un ami américain qui a travaillé sur le sujet, ces questions de trim ne se poseraient que dans le cas d'appareils à chargement variables (valable donc pour l'Avanti, mais pas pour un monoplace par exemple, pour un biplace+bagages ?)

La réponse :

Pfff. Là j'avoue que je sèche. Le mieux serait de contacter Mr Bugeau, aérodynamicien chez Dassault, membre de l'association et spécialiste du trois surfaces (auteur de l'article "Laminarité et aviation légère" ainsi que d'une étude aérodynamique de la configuration trois surfaces parue dans expérimental )
Question de F.M (suite) :

3) Sur la propulsion : Votre article descend en flèche les réacteurs DGEN de Price-Induction. Je m'interrogeais sur la viabilité de ces engins, qui ne poussent pas assez à mon avis (en altitude surtout en pour les hautes vitesses) . Un rapide calcul à l'aide de leur logiciel d'avant projet, pour une hypothétique cellule de BD-5J remotorisé à l'aide d'un de leur engins me donne une vitesse de près de 290 noeuds, ce qui me semble pas mal pour un premier avant projet (en fait j'ai pris cet avion comme exemple, parce que ses caractéristiques sont facilement disponibles : géométrie, masse, masse du moteur, surface mouillée). Pas pu extrapoler à un biplace (mono ou bi-réacteurs), mais ça me semble pas complètement foutu. En fait, pour faire le lien avec votre article sur la laminarité, pour réaliser une cellule laminaire maximale genre "têtard", en formule propulsive, c'est probablement la seule solution quand on sait les problèmes de transmission de puissance à l'hélice avec des moteurs en position centrale. J'admets que ça limite les formules concevables, mais en concevant l'appareil autour du moteur (en non pas en adaptant des jets à des cellules standard), comme ça devrait être le cas pour tout avion (surtout pour un jet !), je pense qu'il n'est pas impossible de concevoir quelque chose de taille réduite qui croiserait vers 300 noeuds ou plus, alors que par exemple l'adaptation d'un turboprop type Walter serait moins simple et ferait une cellule plus lourde.

La réponse :

D'accord avec vous sur les conclusions, mais n'oubliez pas de méditer les conséquences de choix trop extrêmes : Cas du V-prob MAx, fuselage têtard, laminarité très étendue, moteur propulsif et crash au premier vol vraisemblablement par instabilité due aux profils NLF aux faibles Reynolds et un mort à la clef, car pas de casque !
Méfiez-vous aussi des logiciels miracles qui de plus sont diffusés par ceux là même qui vendent les DGEN !
Pour moi, ces petits réacteurs ne sont bons que pour deux choses :
motorisation des missiles de croisière
Motorisation des drones rapides.

Question de F.M (suite) : 4) Culture générale : Vous semblez avoir une passion pour les racers Caudron, avez-vous déjà analysé le Bugatti 100-P ? Des commentaires sur cet avion ?

La réponse :

Oui, en fait c'est moi : Matthieu BARREAU qui est passionné par ces avions. Ce que j'aime c'est le rapport performance/simplicité de ces avions dont le CFe (maintenant vous savez ce que c'est) varie entre 4,5 et 5,5. Pour info, 5,5 c'est le CFe du Colomban ban bi.
Et tout cela sans profils laminaires !!!!
Riffard était un grand bonhomme.
Je n'ai jamais analysé le Bugatti 100P. Superbe avion, mais il n'a jamais volé. L'avion est très intérressant mais les solutions adoptées me semblent très compliquées.

Question de F.M (suite) : Pour terminer, vos critiques de Rutan sont bien etayées, mais puisque vous semblez maitriser la plupart des choses que lui ne maîtrise pas, avez-vous conçu et réalisé un appareil dans le cadre de l'association par exemple ? En dehors ? Comme on dit, "la critique est aisée, mais l'art est difficile", non ? Je trouve votre cahier des charges bien optimiste : croiser à 600 km/h avec 135 cv et 2 personnes, je n'y crois pas beaucoup. Le NEMESIS NXT devrait aller à ces vitesses, mais avec plus de 300 cv, et le Lancair Legacy de Darryl Greenamyer atteint ces vitesses grâce à une préparation moteur qui l'amène à délivrer plus de 500 cv.... Au fait, pour avoir vu les résultats de courses en classe "sport" à Reno, le Varieze de Klaus Savier se classait plutôt mieux que certains Venture ou Lancair, et avec des puissances raisonnables je crois me souvenir, comme quoi....

La réponse :

Une précision : L'article sur les Canard est un article de commande du Magazine Experimental, à l'époque dirigé par F. Besse. Il s'agissait de présenter le point de vue : "contre" de manière argumentée.
Et de fait, on nous reproche souvent ces écrits (le ton est je vous l'accorde volontairement provocateur) mais rarement les faits exposés.

Des pistes sont suivies pour concrétiser des projets mais le temps et l'argent manquent souvent aux membres de l'association.

Pour le cahier des charges, vous avez raison il est très optimiste. Il s'agit en fait des limites théoriques du possible avec un moteur style "Inter Action" et tout le reste bien optimisé. C'est la raison d'être de l'association et donc un but loin devant.
Cependant, plus raisonnablement il est possible d'atteindre les 400, 450 km/h dans les mêmes conditions et "relativement" facilement. Je veux dire que tout ce qui est nécessaire pour atteindre de telles perfos est parfaitement connu !

Le varieze de Klaus Savier est d'une redoutable beauté/éfficacité. Avec un CFe proche de 4 il flirte effectivement avec les meilleurs. Notez cependant que tout à été fait pour éliminer le culot traditionnel des canards (par exemple le cône d'hélice très bien fait). De plus, une savante préparation moteur lui permet de "tirer" plus de 145 cv de son O-200 !!! +45% On peut saluer la performance et continuer à soutenir que la même qualité de réalisation/finition appliquée à une formule classique donnerait de meilleurs résultats tout simplement parce que l'on pourrait mettre une aile de plus faible surface. Quand on compare des avions parmi les meilleurs, un petit rien de différence peut entraîner de grandes variations de leurs performances.

Pour toutes les autres questions et autres discutages de coup, je ne peux que vous inviter à suivre l'un de nos stages.
Cordialment,

AEROMODELISME

Interaction — 2024-10-31T14:34:11Z

Bonjour et bravo pour site fort intéressant ! J'aurai besoin de votre avis concernant le problème suivant, même si il ne concerne pas directement votre activité puisqu'il s'agit d'aéromodélisme. Je suppose malgré tout que même à échelle réduite les lois aérodynamiques restent sensiblement les mêmes.
Depuis longtemps j'essaie de me faire une "philosophie" sur le dimensionnement des servos utilisés sur les modèles réduits d'avions, et j'avoue que je n'y suis pas encore parvenu, faute de trouver l'information ou la méthode permettant de faire ce choix autrement qu'empiriquement.
Pour un avion de dimensions courantes : pas de problèmes, vu le faibles masses et surfaces de gouvernes mises en oeuvre, les servos dits standards font toujours l'affaire (moment au palonnier = 30 N^cm). Là où ça commence à se compliquer, c'est quand on arrive dans des envergures > 2.00 m et des masses > 8 kg.
Par exemple quels servos faut-il monter sur un avion de 2.50 m (ex : corde d'aile 530 mm, profil NACA 23015) ayant une masse d'environ 14 kg, sans pour autant tomber dans des solutions aussi ruineuses qu'inutiles, genre servos de très fort couple type numériques ?

Mr Pierre Rousselot, membre de l'association, à eu la gentillesse de préparer une réponse très détaillée à Mr D.
Le claviste rappelle que Mr Rousselot est l'auteur d'un très bel ouvrage : "Avions légers" dont vous pouvez retrouver les réferences dans la rubrique "bibliographie". Je laisse donc la parole au spécialiste :

Les gouvernes, autour des trois axes

Gouvernails de direction et de profondeur, ailerons.
Sommaire

Données de base
- Introduction
- Mode d'action des gouvernes
Méthode de calcul
- Mode d'action d'un volet
- Efforts dans les commandes

Pierre Rousselot --- avril 2003

AILES ANNULAIRES

Interaction — 2024-10-31T14:34:08Z

Je suis encore novice en aérodynamique ; je n'arrive pas a trouver d'infos précise sur les ailes annulaires.
Je n'arrive pas a comprendre comme cela vole.
L'allongement infini a t il un avantage sur une aile normale ?
Il existe des modèles avec des hélices a l'intérieur, est ce mieux ? Je suppose que si il n'en n'existe plus aujourd'hui (sauf peut etre pour la voiture volante) c'est que finalement le rendement était peut etre mauvais. Merci d'avance pour votre aide dans mes recherches.

Les ailes annulaires sont catastrophiques en terme de rendement aérodynamique.
Comment ça vole ? Réponse très mal et au prix de multiples asservissements. La traînée est gigantesque à faible vitesse. L'idée de l'anneau provient de la volonté de disposer d'une sorte de double flux pour le décollage et de pouvoir obtenir un fonctionnement en stato à hautes vitesses.

L'allongement infini a t il un avantage sur une aile normale ? Contrairement à ce que l'on pourrait croire leur allongement est extrêmement faible (0,5) ce qui engendre une traînée induite gigantesque. Il est illusoire de croire que l'on supprime les tourbillons marginaux par ce genre d'artifice. La portance à un coût !

Modèles à hélice : C'est forcément mieux pour le décollage car on améliore le rendement propulsif à faible vitesse en intéressant un diamètre de veine plus grand mais au prix d'une surface mouillée supérieure., a part ça, bof !

Fabriquez votre coléoptére (Episcoplane)

DE l'ULM À l'ULM, 3 QUESTIONS DE JC

Interaction — 2024-10-31T14:34:07Z

Question 1 : J'ai parcourru l'article "De l'ULM à l'ULM" avec grand interret. Il devient évident que les progrés techniques n'ont pas apportés grand choses aux qualitées de vols de nos ULMs si l'on compare avec les avions allemands de 1924.

Pourtant que se passerrais-il si l'on reconstruirais un de ces appareils de 1924 en apportant les modifications technique d'aujourd'hui ? Ne ferrait on pas une avancé en terme de qualités de vol sur ces machines d'autan ?

Une autre question : quels appareils actuels en Ultra légers ou écolights vous semblent les plus aboutit techniquement et au regard de votre méthode de calcul, les plus "parfait" sur le marché.

Je vous pose la question car je passe a Aéro et voudrais avoir une idée de ce que je devrais visiter pour me faire une idée du type de machines qui apporterrais vraiment une différrence dans le monde UL.

Mais vous pourriez aussi approfondir cette idée de cahier des charges : Une seule configuration de vol, un regime de vol unique. L'avion On-Off ?

Il n'y a en fait que 2 critères de qualité à réussir pour ne pas louper un appareil :
– La qualité massique c'est le rapport Mv (masse à vide) sur Md (Masse au décollage).
– La qualité aérodynamique ou encore "rendement aérodynamique" qui est le rapport de la traînée pure (hors traînée induite) de l'appareil sur la traînée de frottement qu'aurait une plaque plane de même surface mouillée disposée parallèlement à l'écoulement.

En dessous de Mv/Md = 0,5 avec un moteur 4T, on peut considérer que l'appareil est à revoir sur ce plan-là.
Quant à la traînée (aux nombres de Reynolds des ULM et avions légers) une plaque plane placée parallèlement à l'écoulement présente un Cfe (Coefficient de frottement) de 0,003 (ou encore de 3 ‰). On estime qu'au-delà de 4,5 ‰ (soit 50 % de traînée supplémentaire), il y a un problème.
Reste à faire un diagnostique pour savoir où se situe ce problème (trainée de culot, interaction aile-fuselage, traînée de refroidissement, etc...), et intervenir pour le corriger.

Les machines allemandes des années 20 avaient en général de bonnes qualités massiques. Les matériaux modernes n'y changeraient donc pas grand-choses (ou de façon marginale) sauf sur les temps de fabrications... Malheureusement, si l'on regarde ce que l'on a fait avec ces matériaux modernes, c'est plutôt pire que ce qui existait avant. Et la question des qualités de vol, souvent avancée, n'est pas un argument parce qu'elles sont indépendantes du matériau.

Il y aurait en revanche beaucoup à gagner sur l'aérodynamique qui étaient (en général, mais il y a eu des exceptions proches des limites possibles) très moyennes. Mais si l'on regarde ce que l'on arrive à faire comme catastrophe aérodynamique avec les composites censés autoriser toutes les formes imaginables, on en reste coi ! La mode est aux fuselages pincés, alors que l'on sait depuis Eiffel (1903) quelle forme donner aux corps pour qu'ils offrent le moins de résistance possible à l'air...

Maintenant, puisque vous parlez de "qualité de vol" ( c'est-à-dire de pilotabilité et de stabilités), il faut savoir que c'est un domaine différent, indépendant de celui de la qualité aérodynamique, et qu'il est régit par des lois, parfaitement connues. En général les appareils actuels ont plutôt des qualités de vol acceptables, car cela est immédiatement détectable par les pilotes et que si l'on veut vendre, on fait les modifications pour améliorer tel ou tel comportement, alors que pour la qualité aérodynamique, on constate après coup que les perfos ne sont pas à la hauteur des espérances et, comme "on ne voit rien", on en reste là, ou on met un moteur plus puissant (cf. le succès du Rotax 912 S de même masse que le 912, mais 25 % plus puissant...)

Question 2 : quels appareils actuels en Ultra légers ou écolights vous semble les plus aboutis techniquement et au regard de votre méthode de calcul, les plus "parfaits" sur le marché.

Le plus parfait aérodynamiquement était le Heinkel He 119 V4 de 1937 (2350 cv !) qui obtenait un Cfe de 3,2 ‰ (0,0032), sans profil laminaire soit dit en passant !

Actuellement il semblerait qu'il soit rejoint par le racer "Nemesis". Il y a également le White-Lightning (4 places composite américain 210 CV 440 km/h) qui est à 3,25 ‰.
Pour le reste, Le Lancair et toutes ses copies plus ou moins conformes, y compris ULM, naviguent à plus 5,5 ‰ soit 80 % de traînée de plus que ce qu'il est possible d'obtenir !
Le MCR pour sa part tourne autour de 5 ‰ ... En revanche le MCR est celui qui a le mieux réussi son devis masse, ce qui fait qu'il représente actuellement l'ULM le mieux abouti... Mais pour un coût d'avion certifié ! On est loin de l'esprit ULM.

Un autre aspect sur lequel se pencher c'est celui de la tenue structurelle. C'est bien beau que de gratter à droite et à gauche sur la structure pour grappiller des grammes, et dégager suffisamment de masse à emporter pour ne pas voler constamment en infraction pour cause de surcharge. Mais si cela doit se faire au détriment de la tenue structurelle, cela n'a pas vraiment de sens. Pour ne citer que la "fascination" de Dallach, combien y a-t-il déjà eu de ruptures en vol sous rafale un peu forte, parce que l'appareil, pour être performant est motorisé par un 912 S, qu'il a un allongement important, et qu'il doit malgré tout tenir une masse à vide excessivement faible alors que par ailleurs ont été fait des choix d'équipement superfétatoires, mais néanmoins très pesant tels que train rentrant, hélice à pas variable ?

3eme question Pourriez vous aussi approfondir cette idée de cahier des charges : Une seule configuration de vol, un regime de vol unique. L'avion On-Off ?

La réponse :

Là, on n'est plus dans l'aéronautique... L'aéronautique est un domaine dangereux par nature, parce que tout se termine toujours au sol. Il y a donc une exigence vitale de rigueur, de tous les instants et de tous les domaines, y compris du pilotage. Si l'avion On-Off peut représenter un idéal marketing, il va à l'encontre de l'esprit de rigueur absolue. Et ce n'est pas une attitude dogmatique que je défends là. Si l'esprit ULM se distingue de l'esprit "aéronautique" en ce sens que l'on avait plutôt affaire à une population de "consommateurs" par opposition à une population "d'utilisateurs", il semblerait que petit à petit les choses évoluent vers une plus grande responsabilité. Le concept "On-Off", c'est le concept de l'engin automobile avec lequel on s'arrête en bord de route en cas de dysfonctionnement.

Cela dit, c'est aux utilisateurs qu'il appartient de définir un CdC (Cahiers des Charges), pas au concepteur. Nous pouvons aider un (ou des) utilisateur(s) pour définir un CdC et il n'y a là aucun problème pour nous, mais nous ne pouvons pas nous substituer à eux. Ce qu'il faut encore savoir, c'est qu'il est possible de remplir un CdC donné par une multitude d'appareils tous différents les uns des autres, mais il n'y en aura qu'un seul qui le remplira avec un coût énergétique minimal.
Ceci a pour conséquence qu'un avion n'est réellement adapté qu'à un seul et unique profil de mission. En d'autres termes, l'appareil polyvalent prétendument économique en raison de sa polyvalence, n'est qu'un leurre. Tout avion polyvalent est nécessairement plus coûteux qu'un avion spécifiquement adapté à une mission donnée (CdC).
Bien entendu, il s'agit là d'une position de principe. La réalité est plus nuancée, et l'on peut tenter de trouver les moyens-termes qui permettent d'élargir une "plage" d'optimalité moyennant une dégradation acceptée de 1, 2 ou 3 % sur un certain nombre de paramètres. C'est du reste, dans cet esprit que nous travaillons.

En espérant avoir répondu à vos interrogations