Défi aerofred : projet d'une aile équipée de becs de bord d'attaque basculants pour le Zitoir II

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Défi aerofred : projet d'une aile équipée de becs de bord d'attaque basculants pour le Zitoir II

Message  Fred Van.H. le Dim 1 Nov - 23:02

Bien que le défi aerofred soit du pilotage en immersion, je poste ça ici vu qu'il s'agit pour l'instant de la conception de l'aile. Ou plutôt de vérifier l'intérêt d'un artifice aérodynamique Wink




Parmi mes marottes, j'ai une certaine attirance pour les dispositifs hyper-sustentateurs. Tout prétexte est bon pour en installer sur mes avions Laughing
Ici, l'idée est de diminuer au maximum la surface d'aile de mon futur avion de course afin de limiter sa traînée, tout en conservant assez de portance au moment voulu pour atterrir à vitesse raisonnable. En augmentant la cambrure d'un profil mince, en théorie on augmente son coefficient de portance et donc, on devrait pouvoir se contenter de moins de surface d'aile et se poser pourtant à la même vitesse. Sur un delta sans empennage, l'usage de volets d'atterrissage est inenvisageable car ils compromettraient l'équilibre du vol puisque leur usage correspondrait à l'installation de gouvernes de profondeur braquées à plein piqué . Par contre, des becs de bord d'attaque basculants, un peu comme ceux qui équipent le Mirage 2000, devraient remplir cet office. Mais Est-ce assez bénéfique à nos échelles pour justifier la complexité et la masse ajoutée? Allez savoir  Question  Neutral  
C'est un peu pour me faire une première idée de ce genre de choses que j'ai construit ma petite soufflerie.


J'ai réalisé une maquette dont les dimensions sont à 60% de celles de l'aile projetée, avec un bout de fuselage plus court mais plus large en compensation, et en respectant la proportion de ce qui est devant et derrière le cg.
Celle maquette est montée  pivotante librement au niveau du centre de gravité, et équilibrée. Elle est équipée d'un servo pour actionner la gouverne, et c'est avec une radio commande que se fait la variation d'assiette. Ce procédé est utile car l'augmentation de la cambrure provoque une modification du CM0 (coef. de déplacement du centre de poussée du profil ) qui doit être compensée par une action à cabrer sur la gouverne de profondeur pour retrouver un vol équilibré. Hors, ce bord de fuite plus relevé, si il redonne de la stabilité, à tendance à diminuer la portance de l'aile.
Bref, on gagne ici, on perd là, que gagne-t-on au final  Question   Neutral





*courbe vert foncée avec les points ronds blancs :  aile lisse.
*courbe marron points carrés :  bec extérieur uniquement, inclinés à 10°
*courbe violette points croix : bec extérieur 10°, bec intérieur 5°
*courbe jaune points noirs : Becs extérieur 20°, bec intérieur 13°

-Première surprise, la traînée augmente peu aux faibles Cz quand les becs sont sortis, ou à peine. Je ne m'explique pas que la polaire jaune (becs fortement sortis) ne donne pas plus de traînée que l'aile lisse, à moins qu'il ne s'agisse d'un défaut de réglage de tare de la balance de traînée.
-Deuxième surprise, quand leur inclinaison est modérée, les becs ne changent pas la portance que peut fournir l'aile, mais diminuent la traînée aux grands angles. La finesse est améliorée.
-Troisième surprise, l'angle maximum auquel l'aile accepte de se cabrer sous l'effet de la gouverne est toujours le même : 22°. En la cabrant, l'aile atteint presque 25° puis redescend à 22° d'elle même et refuse ensuite d'augmenter son incidence même en cabrant au maximum. Peut être que la corde de la gouverne est insuffisante Neutral
Cet angle est celui de la partie centrale de l'aile, entre bec et gouverne, et je ne tiens pas compte du déplacement du bord d'attaque et du bord de fuite pour définir un nouvel axe.

Résultat intéressant : en inclinant suffisamment les becs, j'obtiens enfin une augmentation substancielle de la portance à grande incidence, du moins à traînée égale aux autres courbes, donc augmentation de la finesse encore. La portance maximum est, je le concède, légèrement plus importante, sans plus. Mais je n'ai pas dit mon dernier mot Wink




à suivre

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Re: Défi aerofred : projet d'une aile équipée de becs de bord d'attaque basculants pour le Zitoir II

Message  Fred Van.H. le Mar 3 Nov - 22:13

Reprenons : Pas ou peu de différence de traînée à faible incidence, meilleure finesse aux grands angles...
... En y réfléchissant à peine, pourquoi se casser la tête avec des becs mobiles? Cela n'aurait pas de sens  Neutral
Les performances sont globalement améliorées sur toute la courbe, il n'y a donc pas de raison de rentrer les becs. Le simple fait de diminuer la surface de l'aile permettrait de diminuer la traînée de l'avion, même à faible incidence. Je me faisais une joie d'installer un système qui aurait fait très classe sur mon futur avion, mais une géométrie fixe a le double avantage de la rigidité et de la légèreté.

Je n'ai pas eu l'occasion de connaître l'angle d'attaque à l'atterrissage du Zitoir, mais à l'œil et d'après mes souvenirs, je ne crois pas qu'il ait excédé les 15° à l'arrondi. Si mon œil et mes souvenirs sont justes, cela correspond en plein à la zone dans laquelle la portance est améliorée de 25%.
Mais pourquoi l'avion ne se cabre-t-il pas plus? Est on alors au décrochage, ou Est-ce la limite de l'efficacité de la gouverne de profondeur?
Si la gouverne est encore efficace et l'aile pas encore au décrochage, le supplément de portance qui existerait à plus grand angle serait-il exploitable?


Hum...
Quel crédit peut on accorder aux résultats de mes tests ?

Si le variateur de fréquence de ma soufflerie ne flanche pas en cours de route, (il me donne des signes de faiblesse  Neutral ) il y a encore pas mal d'essais à faire. J'aimerais en particulier augmenter encore l'angle des becs, mais aussi trouver le moyen d'affiner les mesures de traînée à faible Cz, en lisse et en "cambré".

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Re: Défi aerofred : projet d'une aile équipée de becs de bord d'attaque basculants pour le Zitoir II

Message  yomgui le Mer 4 Nov - 17:44

Salut Fred !

Oui, c'est intéressant tout ça et je me disais à peu près la même chose : tes courbes semblent indiquer que t'aurai aussi bon compte à laisser les becs ouverts puisque la traînée est améliorée quelque soit la portance.

En tout cas, les valeurs que tu retrouves me semblent plausibles pour une vitesse à 40 km/h. Pour plus de détail, il serait intéressant d'avoir les dimensions exactes de l'aile, cordes, longueur, flèche. Et une photo de profil becs ouverts et fermés, ne serait-ce que pour voir comment évolue l'angle de la corde par rapport au fuselage.

Je ne suis pas très à l'aise avec les profils d'aile volante (disons encore moins qu'avec les profils classiques)...

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Re: Défi aerofred : projet d'une aile équipée de becs de bord d'attaque basculants pour le Zitoir II

Message  Fred Van.H. le Mer 4 Nov - 20:43

Salut Yomgui,

yomgui a écrit:... et je me disais à peu près la même chose : tes courbes semblent indiquer que t'aurai aussi bon compte à laisser les becs ouverts puisque la traînée est améliorée quelque soit la portance.

Je trouve surprenant que la traînée soit à peu près la même aux alentours des 0°. Ca semble impossible : 20° d'inclinaison, ça se voit!
De même, je suis étonné que les points typiques (portance nulle, angle maximum possible ) se produisent toujours à peu près au même angle mécaniquement parlant, alors que l'abaissement des becs et son indispensable compensation en cabré, diminuent nettement l'angle aérodynamique. Du coup, si je fais une aile cambrée, je ne suis pas sûr de pouvoir me fier à ça pour savoir à quel angle la caler.
Ou alors il y a quelque chose qui m'échappe Neutral  Il faut que je réessaie.

yomgui a écrit: il serait intéressant d'avoir les dimensions exactes de l'aile, cordes, longueur, flèche. Et une photo de profil becs ouverts et fermés, ne serait-ce que pour voir comment évolue l'angle de la corde par rapport au fuselage.
C'est vrai que je donne peu de détails.
En gros comme ça :
Surface environ 5dm²
flèche 45°
corde d'emplanture : 330
corde du saumon : 75
1/2 envergure : 250 + 1/2fuselage 25mm
proportion des becs : 1/8ème de la corde à l'emplanture, 1/3 au saumon.

Je baisse le bec extérieur plus fort que l'intérieur pour augmenter le vrillage, mais c'est vrai que déjà la différence de proportion corde/bec entre emplanture et saumon le fait aussi  Neutral

yomgui a écrit:Je ne suis pas très à l'aise avec les profils d'aile volante
Si tu savais ce qu'est mon profil  Rolling Eyes
Ce qui me semble important, c'est l'équilibre longitudinal. Comme la gouverne influe sur le CM0 et sur la portance, j'utilise la gouverne pour modifier l'incidence en étant toujours équilibré.
Là, la particularité c'est aussi que c'est toute une aile, qui est étudiée. En flèche et vrillage, avec une extrémité libre, ce n'est pas comme un échantillon de profil.


Bonne nouvelle : j'ai depuis ce soir un variateur tout neuf pour mes moteurs ( en fait je l'avais depuis longtemps dans un coin mais j'avais la flemme de le mettre en service). Il marche feu de dieu, et je vais probablement pouvoir pousser mes moteurs un peu plus fort et augmenter un poil la vitesse du flux à l'avenir  Very Happy

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Re: Défi aerofred : projet d'une aile équipée de becs de bord d'attaque basculants pour le Zitoir II

Message  Fred Van.H. le Jeu 5 Nov - 20:28

Il est rare de voir des photos de Mirage 2000 becs sortis au sol, ils décollent et atterrissent apparemment toujours becs rentrés.

Visiblement, la cambrure créée est importante!


Sur cette photo de profil, il devrait être possible de mesurer les angles  Wink


Le hasard veut que je lis actuellement le hors série du Fanatique de l'aviation consacré au Mirage.
Henri Déplante, directeur général technique : "A cette époque, nous n'avions pas songé à l'intérêt de becs sur une voilure delta"... "Sur le IIIA 01, une deuxième voilure avec un bord d'attaque très cambré avait été prévue avec la première qui était entièrement symétrique. Cette deuxième voilure fut essayée en janvier 1959. L'amélioration apportée en marge de manœuvre était si considérable ( de l'ordre de 39% ) qu'elle sautait aux yeux du pilote. Une fois de plus, chaque médaille a son revers : elle était un peu moins performante vers mach 2 mais fut adoptée".




Moi et l'allemand c'est un peu dur, mais quand j'aurai les yeux en face des trous je me traduirai les légendes. Cela semble intéressant en terme de stabilité et aptitude au vol lent, mais rien sur l'influence sur la vitesse de pointe, évidemment Wink

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Re: Défi aerofred : projet d'une aile équipée de becs de bord d'attaque basculants pour le Zitoir II

Message  Fred Van.H. le Ven 6 Nov - 14:47

Je viens de faire une nouvelle série de tests, et là, je ne trouve plus la même chose. En gros les polaires ont la même forme, mais sont décalées :

En lisse l'aile traîne deux fois moins à faible incidence que cambrée avec les becs abaissés, ( Ce qui est cette fois plus logique) mais aux grands angles l'avantage de portance est moins marqué  pour les ailes cambrées. Cela dit, je n'arrive cette fois plus à dépasser 20° avec les ailes cambrées, probablement à cause d'une surface de gouverne insuffisante. Je n'atteints donc pas le décrochage, et il y a peut etre moyen d'en tirer beaucoup plus Wink

J'ai fais plusieurs fois certaines mesures, notamment celles de l'aile lisse que j'ai refaite en fin de séance pour vérifier la répétabilité. Hors, la répétabilité est bonne Neutral .

A ce stade je trouve les polaires plus logiques que les précédentes, mais il faut que je modifie la maquette en augmentant la surface de la gouverne.

Fred

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Re: Défi aerofred : projet d'une aile équipée de becs de bord d'attaque basculants pour le Zitoir II

Message  Fred Van.H. le Ven 6 Nov - 21:46

Encore des résultats différents Rolling Eyes

Les courbes ont toujours à peu près la même gueule d'un essai sur l'autre, mais souvent décalées de quelques grammes. Imprécision mécanique, probablement. A force je commence à avoir une idée de la tendance, mais difficile de la quantifier. En fait, je devrais peut être faire mes essais autrement : je devrais faire les essais des différentes configurations sans éteindre les balances ni refaire la tare entre deux, contrairement à ce que j'ai fait jusque là. Je devrais aussi pousser un peu les moteurs pour gagner quelques km/h. Plus les forces seront importante, moins l'imprécision mécanique aura d'influence Wink

Bon en gros pour l'instant, à faible portance (je n'ose pas dire "Cz" vu que je ne me donne pas la peine de le calculer) la traînée est 50% plus forte avec les becs sortis; vers 20° ça donne dans les 15% de portance en plus pour la même traînée, ou 25% de traînée en moins pour la même portance.
A réessayer avec les prescriptions ci-dessus.

Intéressant : Becs abaissés, si on ne ferme pas la fente laissée à l'extrados ( ils sont articulés à l'intrados ) on perd environ 5% de portance, et la traînée augmente de 6% Wink

Fred

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Re: Défi aerofred : projet d'une aile équipée de becs de bord d'attaque basculants pour le Zitoir II

Message  Fred Van.H. le Dim 8 Nov - 7:06

Reprise des essais avec la nouvelle procédure :

-Désormais, après avoir mis en marche les balances, je fais tourner la soufflerie à petit régime histoire de laisser le temps à l'électronique de chauffer tout en étant ventilée.
-Ensuite, je teste la configuration voulue, puis sans jamais refaire la tare ni arrêter les balances, je remets l'aile en configuration "lisse" et le mesure pour avoir une référence.
-De plus, la vitesse est passée de 40 à 45km/h. Je crois même que je devrais pouvoir atteindre les 50km/h à l'avenir.

Les courbes sont plus cohérentes entre elles!

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Re: Défi aerofred : projet d'une aile équipée de becs de bord d'attaque basculants pour le Zitoir II

Message  Fred Van.H. le Dim 8 Nov - 22:10

Bon, alors plus moyen de scanner quoi que ce soit, et c'est dommage vu que j'avais une ou deux jolies polaires à montrer.
Les derniers essais montrent que les becs sont bénéfiques quand ils sont abaissés jusqu'à 25°, apportant 20 à 25% de portance en plus, mais qu'à 30° ils ne font que de la traînée.
A propos de traînée, à faible Cz elle est d' 1/3 plus forte avec les becs sortis.

Reste à voir si le jeu en vaut la chandelle scratch

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Re: Défi aerofred : projet d'une aile équipée de becs de bord d'attaque basculants pour le Zitoir II

Message  yomgui le Lun 9 Nov - 8:34

Bah, y a pas de raison que ce ne soit pas utile dans un cas ou un autre, j'ai peut-être des doutes pour un racer, où on cherchera finesse et légèreté. Mais bon, tu sais moi j'aime pas trop me compliquer la vie (un peu fainéant sur les bords !!), c'est donc un avis tout personnel.

Tu peux les prendre en photo tes courbes ? je parle des polaires hein, je te demande pas de faire un blog d'adolescente.

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Re: Défi aerofred : projet d'une aile équipée de becs de bord d'attaque basculants pour le Zitoir II

Message  Fred Van.H. le Lun 9 Nov - 21:46

Ca y est, j'y suis arrivé  Very Happy Je ne suis pas trop féru de ces technologies modernes  Crying or Very sad  clown




C'est toujours en grammes.

Le bec côté intérieur est abaissé de 15°, l'extérieur de 25°.

Ces courbes sont à prendre avec prudence, vu l'imprécision de la mise à zéro des balances. Mais je pense qu'à part ça, la sensibilité est suffisante. Donc d'un essai à l'autre les courbes peuvent se décaler, mais leur forme reste cohérente, et en procédant par comparaison au cours d'un même essai sans dérégler la tare des balances, je crois que c'est valable pour se faire une idée des ordres de grandeur.

En tout cas ces résultats semblent logiques : avec les bec, plus de traînée à faible incidence, plus de portance à forte incidence, angle de portance nulle diminué; c'est ce que j'attendais.
20% de portance en plus, ça commence à être intéressant. Plus du double de traînée pour la grande vitesse, ça justifie de les rentrer.
En essayant différentes combinaisons d'angles, il y a peut être moyen d'atteindre les 25% de portance en plus.
Je vais essayer aussi un profil symétrique non vrillé, pour voir si ça change les choses.

J'envisage de faire une cellule réduite aux 2/3 de la surface du Zitoir I. La traînée devrait être réduite presque dans les mêmes proportions, sauf que la largeur du fuselage ne pourra pas être réduite.
Presque 1/3 de traînée en moins, ce n'est pas rien!!! ton racer n'a qu'à bien se tenir Twisted Evil ^

Fred

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Re: Défi aerofred : projet d'une aile équipée de becs de bord d'attaque basculants pour le Zitoir II

Message  Fred Van.H. le Mer 11 Nov - 20:48

J'ai multiplié les essais aujourd'hui, et voici ce que j'obtiens généralement

En pointillé jaune et noir, l'aile du Zitoir I ( proportionnellement).
En bleu, l'aile du projet Zitoir II en lisse. 66% de la surface de celle du Z1.
En noir et en rose,  deux angles de braquage des becs de l'aile du Z 2.

Je plafonne à 10 ou 12% de portance en plus. C'est pas la gloire  Crying or Very sad
Les becs permettraient de compenser la moitié de la différence de portance entre l'aile du Z1 et celle plus petite du Z 2, soit dans les 2 ou 3km/h. J'espérais mieux, mais je n'ai pas encore dit mon dernier mot Neutral





Un peu fruste, mais les formes sont justes

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Re: Défi aerofred : projet d'une aile équipée de becs de bord d'attaque basculants pour le Zitoir II

Message  Fred Van.H. le Dim 15 Nov - 23:00

Ma dernière carte par acquis de conscience : essayer et comparer avec un profil plus classique sur un delta modèle réduit, à savoir un bon vieux profil symétrique d'épaisseur identique, genre NACA 005.


Si j'en crois les résultats de mes modestes expériences, l'aile sans vrillage, è profil symétrique, a une traînée comparable à celle genre Zitoir. Par contre, elle donne à chaque nouvelle série de mesures environ 10% de portance en moins que celle du Zitoir. Etant donné la répartition d'épaisseur, j'aurais cru que la différence aurait été moins de traînée à faible portance avec le profil symétrique, et à cause du plat dessous et du vrillage, un peu moins de portance. Vrai pour la portance, donc, faux pour la traînée mais peut être simplement imperceptible pour la soufflerie.

10% de portance en plus, c'est ce que j'obtiens avec les becs sortis avec l'un ou l'autre profil. J'en conclue que  le profil dissymétrique du Zitoir équivaut à un profil symétrique de même épaisseur avec des becs de bord d'attaque abaissés, mais un peu moins de traînée.

Reste qu'il y a encore 10%, peut être 15% de portance à gratter sur l'aile du Zitoir en ajoutant des becs, mais je ne sais toujours pas si le jeu en vaut la chandelle  Neutral

... Tout cela sous réserve que mes expériences d'aérodynamique à la petite semaine ne donnent pas des résultats trop fantaisistes  Laughing




-En noir l'aile à profil du Zitoir.
-En espèce de marron, la même avec les becs baissés à 15° pour l'un, 25 pour l'autre.
-En bleu, profil symétrique de même épaisseur.
-En violet, le profil lisse avec les becs abaissés ( mêmes angles)

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Re: Défi aerofred : projet d'une aile équipée de becs de bord d'attaque basculants pour le Zitoir II

Message  Fred Van.H. le Sam 28 Nov - 7:00

En cherchant un peu, on trouve des vidéos d'avions à becs basculants sur divers "jets" modèles réduits. Leurs auteurs semblent ("semblent" parce que le soir après le boulot, se taper des vidéos en anglais, voir en allemand, il ne faut pas me demander trop de certitudes Laughing ) s'accorder sur le fait que becs sortis, l'avion peut être cabré fortement (on s'y attendait) tout en restant très stable (ça c'est pas inintéressant Wink ).  Il faut se méfier des affirmations des auteurs de vidéos qui soutiennent avec parfois peu d'objectivité leur bébé, mais quand des gens qui ne se connaissent pas et ne poursuivent pas forcément les mêmes objectifs mentionnent des effets similaires, on peut raisonnablement leur accorder je pense, un certain crédit Neutral

Je me demande donc si cette stabilité accrue aux grand angles ne permettrait pas d'exploiter l'aile dans une zone de la polaire qui est habituellement inaccessible sans cela. Vous me suivez? Si l'aile est capable de fournir en lisse une quantité importante de portance mais qu'on ne peut pas cabrer assez l'avion pour en profiter faute de stabilité, on peut se demander si il n'y a pas moyen de contourner ce manque. Car il est clair que, si l'aile fournit encore de la portance à 30° d'incidence, le Zitoir ne s'est jamais posé à plus de 15° (à l'oeil). La traînée consomme toute l'énergie cinétique de toute façon très vite, à ces angles là Neutral
La plus-value des becs ne serait donc pas forcément une augmentation du Cz, mais la possibilité de l'exploiter plus largement.

Je sens que je vais faire une dépronnade pour en avoir le coeur net Wink  ou une "coroplastine".  Un truc simple avec le moteur devant et une béquille dessous pour pouvoir continuer à donner du moteur jusqu'au toucher, pour compenser la traînée, et accessoirement fournir un petit peu de portance ( une hélice inclinée à 25°, ça fait toujours un t'cho peu de portance).
Atterrir avec un très fort angle de cabré en dosant gaz et profondeur, le tout en pilotage en immersion  Question  Et pourquoi pas avec un autopilote qui gère les gaz (consigne de vitesse)  et maintient l'assiette  Wink
Le successeur du Zitoir (appellons le "Z2")  pourrait bien avoir le moteur dans le nez...

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Re: Défi aerofred : projet d'une aile équipée de becs de bord d'attaque basculants pour le Zitoir II

Message  Fred Van.H. le Dim 29 Nov - 8:11

Une autre piste mériterait d'être essayée car très simple à réaliser, consisterait à installer des générateurs de vortex.

Le principe de l'aile delta aux grands angles est connu, des vortex se déclenchent spontanément à la base de l'extrados quand l'angle augmente, qui augmentent le cz en modifiant l'écoulement autour de l'aile.




ces vortex peuvent être avantageusement déclenchés plus tôt qu'ils ne ne feraient naturellement, ou amplifiés par des dispositifs simples et peu ou pas couteux en traînée, comme des apex, une double flèche, ou des aigrettes comme celles du Mirage 2000 :



Ils ont aussi l'avantage de localiser le vortex près de l'emplanture, ce qui évite de trop compromettre l'efficacité de l'aileron.

...Je sens que je vais faire une deuxième campagne d'essais en soufflerie!


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