Avion résistant au vent

Salut, 

Au fil de quelques recherches sur le net, certains sujets on attiré mon attention.

Tout d'abord là dedans : http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20070021697.pdf

Notamment la dernière partie qui traite de "gust response" qui pourrait se traduire par la réponse ou la réaction aux rafales.



Pas de solution miracle, rien n'est détaillé. Mais on voit sur l'image ci-dessus qu'ils s'intéressent à la position du longeron par rapport à la ligne, approximative, du centre de poussée (si c'est bien la traduction de center of pressure...).

Peut-être jouent-ils sur la déformation de l'aile qui subit une rafale, en faisant en sorte que la déformation détruise le surplus de portance qui vient déstabiliser l'avion.

Du coup, je me suis dis "mais comment font les oiseaux ?". On trouve sur Youtube des vidéos avec des oies filmées depuis un ULM, par exemple :
https://www.youtube.com/watch?v=PPTRoZce5d8
https://www.youtube.com/watch?v=o7skbqxsQno

Y en a plein... 

En vol plané, on voit bien le corps du bestiaux relativement immobile alors que les ailes ont souvent des petits mouvements, difficilement interprétables même avec la vitesse à x0.25. Mais ça ne m'étonnerais pas que les bernaches et autres contrent les rafales et turbulences par une action sur l'angle d'attaque et la surface de l'aile dans le but de détruire la portance apportée par les rafales.



Ensuite, j'ai trouvé ce document, centré sur le sujet des "GRW" : gust resistant wing ! Attention, c'est sponsorisé par l'air force   :

http://www.sutd.edu.sg/cmsresource/idc/papers/2006-_A_Novel_Exploration_into_Gust_Resistant_Operation_of_MAVs-UAVs_thru_Transformation-GRW_MAV06_Conference_UT_and_USAFA_Final.pdf

Bon ok, c'est de l'anglais, c'est assez dense, etc.

Je retiens surtout que les solutions recherchées à la déstabilisation de l'avion (ou du drone pour être précis) dans les rafales tournent toutes autour de l'amortissement du surplus de portance généré par les à coup du vent. Le problème ne se limite surement pas à ça, mais c'est une approche intéressante.

Ils retiennent 3 solutions intéressantes pour les MAV (micro aerial vehicles), les petits vions vions de l'air force : "The three chosen concepts include a) Ports in the wings, b) Elastically hinged spoilers and c) Variable dihedral angels between the fuselage and wings."

Soit :
- les ailes trouées,
- les volets ou spoiler à charnière élastique,
- les ailes à angle de dièdre variable (et non pas des anges, angles pas angels...).

Malheureusement, ce papier n'est qu'une ébauche et ne traite que partiellement les ailes trouées :



Ils semblent avoir une préférence pour les solutions b et c.

Mais ces solutions ne sont pas sans inconvénients au niveau des performances générales de l'aile, notamment la portance max, bien réduite, et la finesse de l'aile (Cz/Cx) :





Quoi qu'il en soit, les auteurs semblent avoir noté une diminution des perturbations de l'ordre de 50 %. Comment ont-ils mesurés ça ? sais pas...

En tout cas, ça me semble un sujet marrant à explorer, et ça fait un moment que j'aimerais me lancer vers un projet d'avion FPV très léger, avec le minimum et peut-être même pas de servo de caméra, ni OSD. Le minimum, avec une bonne surface alaire, construction légère.

Je crois que je vais essayer des trucs un peu à la con genre avec des trous ou des ailes qui bougent. 

Ailes démontables bien sûr, et ultra simples de base : je pense faire des stabs horizontaux énormes (ENORMES !!!) qui feront office de gouverne de roulis (si si !!).

Mais je rêve là, sans rien sur le papier ni à l'atelier.

Mais ça va se faire !!!

A+

Il y a eu un article dans Le Fana, sur des essais d'un avion à ailes montées souples à l'emplanture, (mais les ailes elles même étaient rigides) pour absorber les turbulences. Résultat très mitigé, voir néfaste, mais le procédé n'était peut être pas pertinent. Il faudrait que je retrouve l'article.
L'idée m'a effleuré aussi, je pensais à l'assemblage souple des bordés des knörr des vikings, qui acceptaient une certaine déformation dans les vagues
Effleuré seulement.

On va suivre tes essais avec intérêt

Fred

oui, on suit avec intérêt !

J'ai vraiment envie de faire un truc tout simple, mais vraiment que le but premier ce soit d'être simple.

Déjà, un bilan des masses à embarquer :

- contrôleur : 30 g,
- eLogger V4 : 28 g,
- récepteur Frsky : 15 g,
- émetteur vidéo : 33g,
- caméra : 18 g la keychain, l'autre je sais plus, disons 30 g,
- 3S 460 mAh auxiliaire : 44 g,

Soit déjà 180 g minimum, dont 110 rien que pour l'immersion.

- OSD : 15 g 
- capteurs : 15 g à la louche pour un GPS et un compte tour, un thermomètre ça pèse que dalle ou 3 g.
- 2 servos de 9 g... 18 g, disons 20 g.

On est à 230 g. 
272
- moteur de 52 g,
- 3S 1300 mAh, 105 g (j'ai pas plus petit, pour la propulsion), ou une 4S 1000 en option sport (120 g),

Disons 380 g la ferraille, ...allez 400 g !

Une cible à 700 ou 800 g selon l'emballage et les ailes, c'est peut-être jouable ? quitte à abandonner l'OSD et les capteurs, voire tout passer sur la batterie de propulsion et gagner les 44 g de la batterie auxiliaire.

L'autre idée, c'est des biens gros stabs et le roulis sur les stabs horizontaux. Les stabs verticaux au bout des horizontaux, un peu comme ça (pour pas que la dérive ne soit trop masquée par l'aile et les stabs horizontaux) :



La mousse en bleue, en jaune du balsa, éventuellement renforcé, à voir. Un peu léger peut-être ?

Un stab énorme avec le roulis à l'arrière, ça me rappelle les multiples dérivés de Pou du ciel :

... voir le Mauboussin "Hémiptère" :

Pour l'instant, ton idée ce serait quoi? une aile souple avec un longeron très en avant? des gouvernes avec de la tringlerie souple?

salut

le poids de l'avion joue aussi ? si oui comment pourrait on le déterminer

Pour commencer je pensais essayer les ailes trouées et les volets libres avec charnières élastiques. Et ensuite plein de trucs, même sans rapport avec la question du vent.

Faire plein d'ailes différentes en gros, même du n'importe quoi si c'est marrant.

Mais comment quantifier un minimum les perturbations du vent ? j'ai un accéléromètre avec le logger, peut-être qu'on pourrait comparer les variations sur 2 axes (j'ai un axe mort ???), sur un circuit prédéterminé. L'idéal serait de pouvoir changer d'aile au cours d'une même séance : faire 3 tours, poser, changer l'aile, repartir pour 3 tours, etc. Avec une aile "spéciale" et une aile "témoin".

D'où l'idée du roulis sur le stab horizontal : l'aile n'incorpore pas de mécanique ou câbles, c'est juste une planche maintenue par des élastiques ou je sais pas, qu'on enlève et remet super facilement.

Pour l'influence du poids, j'imagine qu'on peut faire sur le même principe, dans la limite d'un poids trop élevé bien sûr.

yomgui a écrit:D'où l'idée du roulis sur le stab horizontal : l'aile n'incorpore pas de mécanique ou câbles, c'est juste une planche maintenue par des élastiques ou je sais pas, qu'on enlève et remet super facilement.

Voila une bonne occasion pour moi pour radoter et remettre sur le tapis le fameux stab en vé inversé de mon Easystar modifié :
Son stab en vé inversé donnait à la fois du roulis et du lacet, pour une envergure équivalente au stab d'origine. Le peu de roulis ajouté au lacet de ce 2 axes lui donnait un comportement de 3 axe
Enfin, c'est une idée comme ça...

J'y viendrais peut-être, je pars sur une aile démontable et aussi un empennage démontable, donc pourquoi pas ?

Bon, pour l'instant j'arrive à un dessin de ce genre, avec une aile classique :



Le détail n'est pas encore précisé, mais à priori l'électronique rentre plus ou moins.

La position du stab n'est pas super satisfaisante comme ça : ça touche à l'atterro ! A revoir surement...

A+

Ce projet me fait penser qu'actuellement je construis une aile de forme et de masse comparable à la X8, mais nettement plus rigide. Impossible de comparer les deux dans les mêmes conditions météo exactement, puisque ma X8 est morte, mais on verra bien ce que ça va donner dans les turbulences. J'ai peut être eu tort de rechercher cette rigidité, après tout

Oh, c'est pas sûr du tout, c'est comme toujours: y a pas de solution miracle et les avantages d'une aile flexible, s'il y en a, sont compensés par des désavantages, surtout au niveau des perf.

J'ai commandé du balsa...

Tiens, j'ai utilisé les anciennes données que j'avais récupérées avec le Furax, pour voir ce qu'on peut déduire ou pas des données de l'accéléromètre.

J'avais donc testé différentes hélices sur le Furax, en faisant des aller retours à vitesses et altitudes plus ou moins constantes. La vitesse du vent peut à peu près être estimée d'après la différence de vitesse GPS entre l'aller et le retour. C'est approximatif bien sûr !

J'avais aussi enregistré les accélérations sur l'axe Z (de bas en haut). 

J'ai repris les enregistrements et pour chaque segment de vol j'ai calculé l'écart type des mesures des G sur l'axe Z. L'idée c'est que plus l'avion est secoué, plus les variations du nombre de G sont importantes, donc plus l'écart type est important... je suis pas certain que ça soit judicieux, mais bon... faute de mieux...

Premièrement, l'écart type (axe y) selon la vitesse du vent (axe x) (moyenne sur un aller retour) :



On voit que la corrélation est très faible, il y a une légère tendance à augmenter avec la vitesse du vent, mais c'est vraiment pas franc. On note juste que les plus petites variations de G sont obtenues dans un vent quasi nul.

De plus, la tendance est inversée dans certains cas, si on détaille les sessions :



On voit que la 3ème série, en vert, à une relativement bonne corrélation, mais c'est surtout parce que le vent devait se lever en même temps que j'augmentais la vitesse lors des aller retours.

En effet, la corrélation est bien meilleure, même si loin d'être excellente, quand on compare l'écart type à la vitesse air de vol :



La, on voit la tendance générale bien marquée, et logique finalement : plus on va vite, plus on encaisse des G...

On peut juste noter que les 3 premières séries, bleue, rouge et verte, sont plus ou moins rangées par ordre de vitesse de vent calculée, qui est respectivement de l'ordre de 7 à 8 km/h pour la bleue, 5 km/h pour la rouge et moins de 1 km/h pour la verte.

La violette est largement au dessus malgré un vent faible, dans les 2 à 3 km/h. Je ne l'explique pas... peut-être simplement que l'accéléromètre était moins bien fixé, allez savoir !

Bref, tout ça pour dire que l'accéléromètre peut être intéressant mais que le mieux est peut-être de simplement comparer les images vidéos, voire de filmer mes doigts pour voir si je fais plus ou moins de corrections de trajectoire !! (ah ouais, ça peut être une idée  )

A+

Salut,

J'ai un peu précisé les proportions de la bête. Vu que le dessin avance pas mal, il est temps de vérifier que ça tient debout au niveau calage des surfaces, volume de stab... et aussi bien sur au niveau performances. 

Vu de dessus :



Vu de profil :




Qu'est-ce qu'en disent PredimRC et Tetacalc ? les dimensions relevées sont celles nécessaires à une petite simu.

Volumes de stab : 
Ça donne toujours une idée à savoir si on est dans la norme ou pas. 
Volume du stab horizontal : 0,53 soit plutôt correct (PredimRC donne 0,3 pour un racer et 1 pour un avion d'acro, en gros...)
Volume du stab vertical : 0,041, soit peut-être un peu faible mais dans la norme (Raymer donne 0,02 pour un planeur, 0,09 pour un avion de transport).

Avec ces valeurs, déjà ça laisse un peu de marge pour augmenter l'envergure si nécessaire.

Calage de l'aile et du stab horizontal :
A ce niveau, je fais entièrement confiance en PredimRC. Mais d'abord faut choisir un profil et viser un coefficient de portance.

Pour le profil, ça sera à priori variable mais bon... disons un SA7035 par défaut, parce que je l'aime bien et qu'il devrait coller pas mal, et de toute façon j'aurais probablement du mal à tenir les coordonnées, donc peu importe : 9 % d'épaisseur relative, cambrure à 2,6.

Pour le CZ, disons une croisière à 60 km/h pour un avion de 750 à 1000 g, surface de 18,60 dm² (surface exposée seulement, 20,20 dm² pour corde*envergure). Le CZ tourne alors autour des 0,3.

Retour à PredimRC avec ces infos, le stab étant bêtement parallèle à l'axe du fuselage, le calage d'aile retenu est de l'ordre de 1°.

Le CG :
Avec une marge statique de 7 %, PredimRC place le CG à 40,8 mm du bord d'attaque, Tetacalc à 38,7 mm. Bref, faut viser les 40 mm en gros.


Les performances :
Là c'est un peu la boule de cristal... Tout repose sur l'estimation de la traînée d'un côté et l'estimation de la poussée de l'autre.

Pour ce qui est de la traînée, Tetacalc et PredimRC ont des approches similaires mais qui diffèrent un peu dans le détail, celle de PredimRC étant plus poussée, celle de Tetacalc plus "adaptable" (on peut plus bidouiller, ce qui est un avantage et un inconvénient...).

On peut déjà regarder la finesse, CZ/CX.

PredimRC (ligne pleine = 750 g ; pointillés = 1000 g) :



Tetacalc (ligne bleue = 750 g ; rouge = 1000 g) :



Les deux ne sont pas d'accord, que ce soit au niveau de la valeur max (environ 7 pour PredimRC, 8 pour Tetacalc) ou de la vitesse correspondante. Tetacalc est plus optimiste... 

Pour les performances motorisées il faut déjà envisager une motorisation. Ici, je partirais bien sur un moteur EMP N2836 de 1100 de KV, tournant une APC 9x6E, alimenté par une 3S.

Cette motorisation correspond dans Predim à un moteur moyen, moyennement chargé par une hélice moyenne, le tout pompant 17 A de la batterie. 

La poussée et la traînée calculées par PredimRC puis Tetacalc :






La vitesse maxi semble être dans les 80 à 90 km/h, ce qui conviendrait très bien. Tetacalc est plus pessimiste ici, ça tient à la traînée calculée plus forte aux grandes vitesses et à une poussée s'écroulant plus rapidement. En fait, on voit aussi que PredimRC prévoit une traînée liée à la portance plus forte, il semble alors difficile d'espérer voler à moins de 40 km/h alors que Tetacalc laisse penser que l'avion y serait relativement confortable. A voir.

Pour ce qui est du taux de montée, l'avis de PredimRC et de Tetacalc :






Les deux modèles renvoient des valeurs assez proches, Tetacalc étant plus pessimiste ici. Dans l'absolu ce sont de toute façon des valeurs confortables en FPV, surtout à masse mini.

Enfin, l'autonomie. Pour une croisière à 60 km/h, Tetacalc suggère 10 min de vol avec une 3S 1300 mAh, 16 min avec une 3S 2100 mAh (pour une masse totale de 1000 g). A 50 km/h, on a respectivement 15 et 22 min.


Bon... tout ça pour dire que le dessin actuel paraît crédible, si ce n'est une autonomie un peu basse. Faut voir s'il est possible de mettre les 2 batteries éventuellement, voire deux de 2100 mAh, ou même une grosse 4S...

Bref, je continue comme ça ??

Aujourd'hui, bilan des masses !



Bon, là il manque encore certaines choses, ne serait-ce que la colle...

Viser les 900 g ne semble pas inatteignable. Voire même 750 à 800 g en version allégée FPV naturiste (sans logger ni OSD).

Aller, j'en ai marre pour aujourd'hui...

Pour la construction aussi, tu es maniaque des chiffres!!!!
Tu as raison : C'est un domaine dans lequel le petits ruisseaux font les grandes rivières

Très interressant cette histoire. J'avais aussi pensé une articulation en jonction fuselage/ailes mais c'était pour donner plus de réalisme en vol sur un Ptérodactyle de vol de pente (pour faire peur aux promeneurs) .
Par contre je n'avais pas du tout pensé à l'aspect "absorbeur de perturbations". Il y a surement un bon "tarage" à trouver pour que ça marche bien.

J'ai hate de voir ce que donne la solution aile à trous, très bon sujet de reflexion.

Mais ces trous...
... comment ça marche?

Je crois que l'idée c'est que tous ces dispositifs sont destinés à réduire l'augmentation de portance venant du changement d'angle d'attaque lors d'une rafale, ça amortie les changements de portance en gros si j'ai bien compris.

Bon, je suis par sur de bien percevoir la différence d'avec simplement réduire la surface d'aile (???).

Les trous, je les verrais bien avec un volet sur l'extrados, qui resterait plaqué étanche aux faibles CZ et qui s'ouvrirait tout seul aux plus haut CZ, perturbant le flux et détruisant donc de la portance. 

Mais je suis prêt à essayer n'importe quoi, l'aile sera démontable, sans tringlerie ni servo, juste un bloc avec un longeron éventuellement, et deux plaques de renfort. Donc je devrais pouvoir en sortir à la chaîne. Reste à voir si le roulis à l'empennage est suffisamment efficace. Au pire l'empennage aussi sera démontable, donc rien n'empêche de se rabattre sur une formule classique.

J'avoue que j'essayerais bien aussi les profils KF dont certains sont dingues.

Bof bof, les KF j'y crois pas trop. A part les avantages de simplicité de construction et de décrochage gentil, ça reste pas terrible en matière de rendement par rapport à du classique
En plus c'est lourd avec ces surfaces de collages immenses...

J'y crois pas des masses non plus, ces profils ont trop de qualités (toutes en fait...) d'après leurs défenseurs :

http://rcfoamfighters.com/blog/?p=249

Mais certains semblent effectivement y avoir vu des avantages (d'après wikipedia) :

http://en.wikipedia.org/wiki/Kline%E2%80%93Fogleman_airfoil#Independent_scientific_testing

Disons qu'on en entend régulièrement parler, et que ça me coûterait pas grand chose.

Fred Van.H. a écrit:Pour la construction aussi, tu es maniaque des chiffres!!!!
Tu as raison : C'est un domaine dans lequel le petits ruisseaux font les grandes rivières

Ah ben, c'est surtout que je recule au max le moment de ranger le grenier et de me mettre à découper dans le froid   j'attends le printemps, comme la marmotte 

Après, c'est qu'un bout de mousse mais ça m'amuse, c'est vrai, de faire ça "comme les vrais". Y en a qui aiment les maquettes bien réalistes dans les détails et tout et tout. Disons que j'aime bien les mises au point dans le détails même si c'est un peu futile.

Du coup, j'en suis presque à passer à l'étape mise au point des processus de fabrication : dessin des gabarits à découper la mousse quoi 

Non, mais il faut qu'il soit bien senti le coco parce que j'espère maintenant faire une mini série en fait, vu que y a pas beaucoup de pièces et qu'elle sont simples...

J'ai dû reculer la queue de 80 mm parce que j'arrivais à des problèmes de centrage, j'en suis donc là :





Ouais, y a un servo sous la caméra. C'est une option possible mais pas obligatoire.

Je devrais être à 900 g tout équipé (comprendre 1 kg) et 700 g (comprendre 800 g) en version light pour jouer avec le relief.

Y a plus qu'à comme on dit...

salut Yomgui
très intéressant ton post et ton approche de la construction, je suis depuis le départ et maintenant je m'aperçois que tu arrives à un modèle qui ressemble à un EPPIM avec un coeff de 1.2 pour l'envergure. j'ai encore un EPPIM j'ai débuté en FPV avec lui, il sera intéressant de pouvoir comparer.
bravo pour ton projet
Thierry

Salut Thierry,

C'est de là que vient ton pseudo ?

Effectivement, c'est un peu le même genre.

Ayé, j'ai commencé à tailler des bouts de bois. Il me manque du matos pour faire les guides de découpe de certaines pièces en mousse, du coup je glande sur sketch up pour une "vue d'artiste" (voui Monsieur !), histoire de se motiver :

Salut yomgui

Super et beau Projet
qu'est-ce que tu vas de mettre en motorisation ?

j'ai un avion du même gabarit ou à peu près j'ai mis un 35/30 1400Kv avec une hélice de 8x6, par grand vent c'est à peine assez pour 1Kg250

@+
Serge