A propos de la traînée des formes

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A propos de la traînée des formes

Message  yomgui le Mar 5 Fév - 0:33

Bonjour tout le monde,

J'entame un sujet qui, je le crains, risque d'être un peu "prout prout".

Tant pis... Smile

Tout le monde a une idée de ce qu'est la traînée, je reviens pas sur le détail,
juste la formule de base :

Fx = 0,5*rho*Cx*S*V²

avec donc:

Fx la force de traînée en N,
rho la densité de l'air en kg/m3,
Cx le coefficient de traînée,
S la surface de référence en m² (surface frontale, mouillée ou alaire, etc.)
V la vitesse du flux d'air en m/s.

Bon, il faut bien que je rappelle que je n'ai aucune formation ou diplôme en aérodynamique, mécanique des fluides, etc. donc la suite n'est pas gravée dans le marbre hein.

Estimer la traînée correctement est un plus pour la conception d'un modèle, notamment pour le choix de la motorisation (quelle poussée pour contrer quelle traînée...). Ici, je m'intéresse à la "traînée parasite", celle qui à l'inverse de la traînée induite ne dépend pas de la portance (vu que le sujet est les formes et non les ailes, ça reste logique).

Il existe des méthodes pour estimer le coefficient de traînée parasite d'un avion, toutes consistent à faire la somme des traînées parasites des différents composants (ailes, fuselage, verrière, etc.). La traînée de chaque composant est calculée selon sa forme, notamment son allongement, sa surface mouillée, le nombre de Reynolds, de Mach, et divers autres paramètres. La méthode est assez efficace si bien complète et surtout si elle s'applique à un avion bien fin et de préférence de grande taille. Pour un modèle en mousse de moins de 2m d'envergure, c'est plus compliqué.

Bon, blah blah blah... j'ai donc voulu tâter la méthode en condition réelle.

Première étape, les essais en vol. J'ai un magnifique avion pour le FPV qui est un vrai casse-tête niveau calcul de la traînée :



Il a vécu ! Enfin bon, connaissant les tr/min en vol et la vitesse de vol, je peux estimer la poussée développée grâce aux données de l'équipe de Monsieur SELIG sur les hélices de modélisme, ce n'est qu'une estimation bien sûr, un ordre de grandeur, partant de là et sur des vols en palier bien stabilisés, on peut quand même se faire une idée de la traînée.

Ci-dessous, la polaire estimée (coeff. de portance en ordonnée, coeff. de traînée en abscisse) :



Les croix noires c'est les mesures expérimentales, les lignes sont la traînée calculée à base d'une estimation. C'est bien beau, le seul soucis c'est que le coefficient de traînée calculé a dû être plus que doublé pour correspondre au coefficient "mesuré". Je parle du coefficient de traînée mini, les variations selon la portance sont plus, et bin... dépendante de la portance... hé hé hé....

Bon, y a pleins de trucs qui dépassent (caméra, pitot, tringlerie, antennes...) qui sont difficiles à prendre en compte, mais quand même, la différence reste notable.

Deuxième étape, la soufflerie:

J'ai ensuite fait un mini fuselage, taillé dans la mousse (polystyrène extrudé) au fil chaud, de 43 cm de long sur 6 cm de large :





J'ai fait un support/balance pour la forme, placé dans la soufflerie :



Ok, il est plus compliqué que nécessaire, mais c'est surtout de la récup' du support que j'utilise pour les tests d'hélice.

En ce qui concerne la soufflerie, elle est de type à chambre de test ouverte, la veine à une largeur de 30x30cm, la longueur de 50cm. La vitesse maxi atteinte est de un chouille plus que 65 km/h. La mesure de la vitesse est difficile et il est possible que je la sous estime un peu, mais cela n'apparaît pas sur mes tests d'hélices comparés à d'autres sources, elle est peu stable et l'anémomètre met quelques longues secondes à se stabiliser, ce qui est assez merdique. Les conditions atmo sont appréhendées via une petite station météo. La balance a une définition de 0,1g, une précision bonne confirmée par la pesée de pièces de monnaie, elle revient bien à zéro après chaque "run". Les données sont "acquises" via une caméra puis entrées à la main dans l'ordi à la fréquence de 1/s, si image nette (!).

Tout d'abord j'ai fait des mesures de la traînée du support seul pour avoir une tare. Deux séries pour confirmer la bonne répétabilité. Puis je me suis lancé dans la mesure de la traînée de la forme profilée :



Premier "run" : la forme est brute de décoffrage, donc de section carrée, sans ponçage avec une surface légèrement duveteuse.
Deuxième "run" : la forme a été poncée au papier de verre grain 500, gommant les irrégularités et arêtes, mais la section est toujours strictement carrée, la surface est plutôt très lisse.
Troisième "run" : la section de la forme a été légèrement arrondie au papier de verre gain 120 puis 500, la surface est plus rugueuse, surtout sur les arrondis.

Vue de la surface au troisième run :



Première constatation, la mesure est très imprécise, je m'y attendais. A quoi correspond la traînée d'un tel fuselage de 43x6cm à 65 km/h ?? --> environ 17g seulement...

Pour interpréter les résultats, il faut les mettre sous forme de coefficient, j'ai retenu 3 façons de les produire.

Premièrement, réduire la traînée sans surface de référence : Cx1 = Fx / (0,5*rho*V²). Dans ce cas on peut estimer les gains directs des modifications d'une forme, mais on ne peut pas réellement comparer deux formes.

Deuxièmement, on peut la réduire selon la surface frontale : Cx2 = Cx1 / Sfrontale. Ici on ne tient compte que de la largeur maxi de la forme, quelque soit la largeur par ailleurs.

Enfin, et c'est la façon la plus pertinente, selon la surface mouillée : Cx3 = Cx1 / Smouillée. Ici on tient plus compte de la forme dans son ensemble.

Exemple des données récoltées, avec le coeff. selon la surface mouillée :



La dispersion des points de mesure est très importante. On voit quand même l'amélioration flagrante, pour la forme avec section carrée, suite au ponçage. Une surface pourrie ne donne pas de bonnes performances, c'est pas nouveau mais j'avoue être surpris par l'ampleur suggérée ici.

Indépendamment de la surface, on voit ci-dessous avec le coefficient calculé sans référence à une surface, que la forme arrondie traîne quand même moins avec une surface pourrie qu'une forme de section carrée bien lissée :



Mais l'avantage vient en bonne partie de la diminution de la surface mouillée.

Bon, et comparé à la théorie ?

Ci-dessous, le coeff. relatif à la surface mouillée comparé à la théorie, multipliée par 2,08 pour le forme brute de section carrée, par 1,6 pour la forme lissée de section carrée et par 1,95 pour la forme de section arrondie avec un ponçage grossier :



Le facteur semble suivre grosso merdo la rugosité de la surface. Par contre, les tendances selon le nombre de Reynolds rendues par la théorie ne sont pas retrouvées en pratique (la tendance était pourtant bien reproduite quand j'ai mesuré la traînée du support seul), ce qui me laisse penser qu'il y a probablement des soucis d'influences entre support et forme, et entre forme et chambre de test.

Pour conclure : soignez vos finitions ! enfin bon, pour les tests en soufflerie, une bonne précision est difficile à obtenir, mais je devrais quand même pouvoir tirer des conclusions grossières sur des effets bien marqués.

Pour la suite : j'aimerais tester un peu plus la qualité de la surface, mais aussi des modifications telles que un nez raccourci avec un moteur, antennes, caméra, etc. et pare brise ou verrière fermée, etc.

Des idées ?
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Re: A propos de la traînée des formes

Message  Rémy60 le Mar 5 Fév - 19:12

Des idées non mais des questions oui scratch
Tu utilises quoi comme moteur? hélice? pour ta soufflerie? Tu aspires ou tu souffles?
La chambre d'essaie me parait super grande?! Sinon c'est vrai que c'est super complexe la mécanique des fluides mais super intéressant.
Y'aurait-il a un gain à entoiler le fuselage? Surface plus lisse mais poid plus élevé?
Je viens de finir mon système pour mesurer la portance mais je serai curieux de connaître le tien pour la trainée? Si c'est possible d'avoir deux trois photos?
J'arrive à atteindre 80km/h dans la mienne mais la chambre de mesure me parait beaucoup plus petite que sur la tienne.
Continue c'est super intéressant ce genre de post "prout prout" lol!
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Re: A propos de la traînée des formes

Message  yomgui le Mar 5 Fév - 20:06

Salut Rémy !

Bin, justement le moteur me pose (encore et toujours) des problèmes. C'est un moteur de scie circulaire de 1400W, donc courant AC à charbons. La vitesse est (mal) régulée via un variateur fait maison, avec un potar, qui est d'ailleurs le point faible apparemment, mais comme j'y connais rien... Le moteur entraîne deux hélices graupner de 20x12 pouces à 3600 tr/min environ au max, soit une conso de 1100W, aspirant l'air dans la soufflerie.

En fait, je crois que l'idéal serait simplement de monter un système RC avec brushless et contrôleur capable de tourner les hélices à 3600 tr/min, même si ça m'oblige à charger des batteries.

La chambre de test est assez grande mais elle manque quand même de longueur pour tester des formes profilées un peu longues. L'avantage de la chambre "ouverte" est de pouvoir mettre plein de trucs dans la soufflerie mais en dehors du flux d'air.

Le système de balance est en photo dans mon premier message, on voit le capteur de force de la balance de précision chinoise à 10$ que j'ai désossé. Il n'y a aucun problème avec le fait que la force ne soit pas appliquer dans l'axe direct du capteur, au moins jusqu'à une certaine distance, j'ai vérifié : pas de problème de bras de levier !

Entoiler le fuselage ou le lisser au max est sûrement bénéfique niveau traînée, donc très certainement aussi niveau vitesse et autonomie pour la plupart des modèles, même avec une petite prise de poids à mon avis.

Dès que j'ai un peu de temps je te fais des photos de la balance, mais bon... encore une fois, j'en suis pas complètement satisfait !

Guillaume
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Re: A propos de la traînée des formes

Message  Fred Van.H. le Mar 5 Fév - 21:42

Le première chose que j'ai envie de répondre, c'est en tant qu'administrateur de ce tout petit forum :
Bravo, et merci pour les contenus originaux et de qualité que tu apportes à ce forum, qui de ce fait devient de moins en moins insignifiant Cool

La deuxième, c'est que je suis un peu en peine, en semaine, pour trouver assez de lucidité pour réfléchir efficacement. De plus, je ne suis pas du soir. Mais bon, deux remarques, tout de même :

- 17g pour 65km/H 43X6X6cm , j'avoue que je m'attendais à plus. Ce qui me fait dire que les traînées parasites dues à tout ce qui dépasse, doivent tenir une place importante dans la somme des traînées d'un avion complet, car il faut bien que la traînée soit causée par quelque chose Neutral
17g, c'est la version carrée, ou arrondie?

- Entre la version carrée rugueuse, et l'arrondie, Il y a 25% de traînée en moins. Ce n'est pas rien! Cela vaut donc la peine de soigner un peu l'aérodynamique.

J'attends la suite avec grande impatience: Etat de surface ( entoilage au scotch?) , moteur protubérant, caméra à l'air ou en cockpit...

Fred

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Re: A propos de la traînée des formes

Message  yomgui le Mer 6 Fév - 0:04

Merci Fred pour l'intérêt !!

J'espère juste que je raconte pas trop de conneries...

Les 17 g c'est la forme carrée brute de décoffrage, donc plus du double de ce que prévois la théorie avec une belle forme bien profilée, bien lisse.

Là je l'ai passé à l'enduit de rebouchage puis amoureusement poncée, si j'ai un créneaux dans l'emploi du temps... on verra si c'est mieux... ou si je mesure de travers Rolling Eyes
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Re: A propos de la traînée des formes

Message  Fred Van.H. le Mer 6 Fév - 6:24

Un intéret supplémentaire de voir relater tes expérimentations, c'est que ça finira bien par me pousser à m'y mettre moi aussi. Ma soufflerie est pratiquement finie depuis des lustres, et je ne me décide pas à y passer les quelques heures qui suffiraient à la rendre opérationnelle.

Parmi les tests que j'aimerais faire,

-voir quelle est la traînée d'un train fixe par rapport à un train rétractable avec ses trappes fermées avec le peu de précision qu'elles ont en général, histoire de voir si en modélisme le gain sur la traînée justifie la masse supplémentaire, ou permet de gagner sur la vitesse.

-voir si les rubans adhésifs renforcés ayant une forte rugosité qu'on trouve couramment en magasin de bricolage, dégradent les qualités d'un profil quand ils sont posés à cheval sur un bord d'attaque.

- cockpits ouverts/cockpits fermés/caméra à l'air libre.

- efficacité des AF que j'utilise comme gouvernes de lacet suivant l'angle d'ouverture.

- les états de surface, mais tu t'y colles et c'est très bien.

Etc

Je sais qu'il existe des souffleries numériques, des modélisations, des résultats publiés, mais j'éprouve le besoin de voir du réel à notre échelle, pas du virtuel. Et toi, qu'est ce qui te pousse à faire ça?

Encore bravo de t'être lancé dans cette étude!

Fred
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Re: A propos de la traînée des formes

Message  yomgui le Mer 6 Fév - 23:34

Admin a écrit:Et toi, qu'est ce qui te pousse à faire ça?

Euh... à part un esprit torturé je ne sais pas trop Very Happy non, en fait ça fait juste partie du jeu j'imagine, sans prétention du tout, j'aime bien me prendre pour l'ingénieur, le pilote d'essai et tout et tout. Tout ça reste quand même du bidouillage.

J'ai eu quelques soucis aujourd'hui avec le variateur (mon ignorance totale en matière d'électronique n'arrange rien...) donc je n'ai pu tester qu'à pleine vitesse. Après c'est la vitesse qui fait qu'on s'approche le plus des conditions réelles au niveau des Reynolds.

Hier j'ai passé une couche d'enduit de rebouchage sur la forme puis je l'ai bien poncée au grain de 500. La forme a pris 2,4 g dans l'opération, soit environ 0,36 g/dm². Sur mon avion de 1m24 d'envergure et 1,1 kg ça correspondrait à un surplus de 30 g.

Le test comparatif "mousse poncée vite fait" / "fine couche d'enduit poncée" semble assez significatif :



Avec ici le coefficient de traînée mini selon la surface frontale (c'est la surface de référence la plus facile à mesurer). On peut estimer la diminution de traînée à environ 10 % (en restant prudent niveau précision) ce qui n'est pas négligeable. Cela reste quand même largement supérieur à ce que la théorie prédit (+ 90% environ !), mais cette dernière est probablement établie d'après des formes parfaitement lisse, bien profilée et de section circulaire...

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Re: A propos de la traînée des formes

Message  Fred Van.H. le Jeu 7 Fév - 22:52

Donc si je résume bien, par rapport à la première forme de section carrée et état de surface grossier, on a
-15% de Cx avec un ponçage plus soigné
-15 autres % avec des angles largement arrondis
= -30%
Sur les 70% restants, -10% grâce à un enduit finement poncé.
Restent donc 63%
Sur les 17g initiaux, si je compte bien il reste dans les 10 ou 11g.
C'est de cet ordre la?

C'est énorme Shocked
Cela laisse à penser que l'état de surface des ailes et empennages peut pratiaquement faire la différence entre une bouse et un avion aux qualités convenables.

Cela me rapelle une histoire :
Avec des copains, on avait prévu de passer le W.E. du 11Nov ( 1987, si je me souviens bien) à faire de la pente au Blanc Nez.
Hors, seul l'un de nous avait un planeur. Alors les copains se sont tournés vers moi en me disant : "toi qui connais les ailes volantes, ( tu parles, j'en avais fait... une!)tu vas nous en dessiner une. Les ailes volantes, ça va vite à construire, apparemment".
On a donc fait sur mon dessin, 5 ailes volantes identiques. A l'arrache! bords d'attaques des dérives laissés carrés, fuselage anguleux, raccords approximatifs etc.
Mais ça a volé! On a même mis une certaine ambiance, sur le Blanc Nez ce week end là, avec nos 5 ailes en l'air en même temps.
Pendant l'hiver, j'ai désentoilé, reponcé, profilé, arrondi, affuté et tout et tout. L'été dans les Alpes, avec l'ami Thierry, qui avait emmené la sienne restée "de série", la mienne grattait nettement la sienne.
La différence n'était pas dans la masse ni dans le profil ou la géométrie, mais uniquement dans les traînées parasites.
L'engin pesait environ 650g pour 120cm d'envergure.

Que penser des mousses à l'état de surface granuleux, qui volent pourtant assez bien?
Ceux qui ont essayé d'en entoiler au film ou au scotch rapportent des résultats mitigés, mais jamais mesurés.
Peut on supposer un effet de turbulateur sur les ailes? Neutral


yomgui a écrit: ça fait juste partie du jeu j'imagine, sans prétention du tout, j'aime bien me prendre pour l'ingénieur, le pilote d'essai et tout et tout.
Pareil!
J'aime concevoir des avions : je me mets dans la peau du client qui a besoin d'un avion pour accomplir un certaint type de mission, dans celle du chef du bureau détude qui choisit des solutions tecniques, du pilote d'essai etc.

yomgui a écrit: ...mais cette dernière est probablement établie d'après des formes parfaitement lisse, bien profilée et de section circulaire...
C'est un peu ça aussi qui me meut (meu-meu? ) : nos avions n'ont jamais des finitions parfaites, des bdf finissant en lames de rasoir, des profils parfaitement respectés. Les conditions d'essais en souffleries réelles ou virtuelles sont elles proches de nos réalités?

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Re: A propos de la traînée des formes

Message  yomgui le Ven 8 Fév - 21:21

Donc si je résume bien, par rapport à la première forme de section carrée et état de surface grossier, on a
-15% de Cx avec un ponçage plus soigné
-15 autres % avec des angles largement arrondis
= -30%
Sur les 70% restants, -10% grâce à un enduit finement poncé.
Restent donc 63%
Sur les 17g initiaux, si je compte bien il reste dans les 10 ou 11g.
C'est de cet ordre la?


Je note bien une baisse du Cx avec un ponçage soigné, l'ampleur est plus difficile à estimer précisément par contre, 10 % ? 15 % ? ça dépendra de l'état initial et du ponçage.
Arrondir les angles semble surtout avoir comme effet de réduire la surface mouillée.
Au final, à 65 km/h, l'ordre de grandeur c'est 18g pour la forme brute à 13~14g pour la forme arrondie et lissée. C'est sûr que c'est quand même pas négligeable et ça ne m'étonne pas que quelques efforts sur la finition puisse faire la différence.

Que penser des mousses à l'état de surface granuleux, qui volent pourtant assez bien?
Ceux qui ont essayé d'en entoiler au film ou au scotch rapportent des résultats mitigés, mais jamais mesurés.
Peut on supposer un effet de turbulateur sur les ailes?


Pour l'effet de turbulateur sincèrement j'en ai aucune idée. Probable aussi qu'entoiler les ailes n'a qu'un effet marginal dans certains cas, par rapport à toutes les autres sources de traînée. Mon zinc traînait beaucoup beaucoup avant que je fasse quelques améliorations assez simples, maintenant il traîne juste beaucoup, pas beaucoup beaucoup Smile, c'est pas toujours facile de juger.

Les conditions d'essais en souffleries réelles ou virtuelles sont elles proches de nos réalités?

Bin c'est justement la question ! Mathieu Scherrer avait lancé un "concours" de prédiction de la traînée d'un planeur, suivi d'un passage en soufflerie:

http://sailplane-matscherrer.blogspot.fr/2008/04/results-from-wind-tunnel.html

On voit que les différentes méthodes à base de soufflerie virtuelle donnent des résultats plutôt proches de la réalité, y avait aussi une discussion sur modelisme.com où monsieur F. Aguerre confrontait son PrédimRC avec ces mêmes résultats d'une façon tout à fait satisfaisante. Moi-même, utilisant la "drag built-up" (pardon pour l'anglais, je connais pas la traduction) de Daniel P Raymer dans Aircraft design: a conceptual approach (ce n'est pas la seule) je trouvais des résultats très proches concernant le Cx mini. Mais le Jibe 2 en question a une très bonne finition, les charnières de gouvernes sont étanches, y a rien qui dépasse, le profil est probablement très net, etc. Mes zinc traînent plus que prévu, c'est clair !

Je suis désolé, j'ai la migraine qui pointe son nez...

J'ai en réserve des essais avec une fausse caméra, une plaque verticale de 3x3x1 cm. Sa traînée suis bien la théorie. J'ai pu la diminuer de moitié en y collant au dos une forme profilée. Demain je ferais d'autres tests mais je ne sais pas quoi encore !

J'en suis à pas loin de 800 points de mesures entrés à la main... ça prend du temps (et ça prend la tête aussi !)
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Re: A propos de la traînée des formes

Message  Fred Van.H. le Ven 8 Fév - 21:55

Comment calcules tu le nombre de Reynolds pour une forme quelconque?
Pour une aile c'est simple, on prend en compte la corde. Mais pour un truc-machin de forme non régulière?

yomgui a écrit: Mon zinc traînait beaucoup beaucoup avant que je fasse quelques améliorations assez simples
Quel genre d'améliorations?


yomgui a écrit: On voit que les différentes méthodes à base de soufflerie virtuelle donnent des résultats plutôt proches de la réalité, y avait aussi une discussion sur modelisme.com où monsieur F. Aguerre confrontait son PrédimRC avec ces mêmes résultats d'une façon tout à fait satisfaisante. Moi-même, utilisant la "drag built-up" (pardon pour l'anglais, je connais pas la traduction) de Daniel P Raymer dans Aircraft design: a conceptual approach (ce n'est pas la seule) je trouvais des résultats très proches concernant le Cx mini. Mais le Jibe 2 en question a une très bonne finition, les charnières de gouvernes sont étanches, y a rien qui dépasse, le profil est probablement très net, etc.
Dans ce cas, l'intéret du genre d'essais que tu fais réside bien dans l'évaluation des traînées parasites

yomgui a écrit:
J'ai en réserve des essais avec une fausse caméra, une plaque verticale de 3x3x1 cm. Sa traînée suis bien la théorie. J'ai pu la diminuer de moitié en y collant au dos une forme profilée. Demain je ferais d'autres tests mais je ne sais pas quoi encore !

J'en suis à pas loin de 800 points de mesures entrés à la main... ça prend du temps (et ça prend la tête aussi !)
Ca fait combien, cette fausse caméra, en grammes de traînée? Au fait, ça ferait combien, en watts de moteur? Ca se calcule comment, ça?


Pourquoi pas essayer de la mettre derrière un pare brise? Quelle serait la traînée d'un cockpit fermé capable de l'abriter?
J'imagine aussi que sa position plus ou mois reculée par rapport au nez, sa distance par rapport à la forme, ( on voit beaucoup de caméras placées sur des pieds les surélevant un peu ) doivent avoir leur importance.

La migraine, je connais bien. Plus de 25 ans qu'on se cotoie Neutral


Samedi 10h :
Avec vos conneries à toi et Rémy... Laughing
Ce matin à l'atelier, j'ai commencé à bidouiller mon matériel pour finaliser mon installation Wink


Fred
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Re: A propos de la traînée des formes

Message  yomgui le Sam 9 Fév - 11:18

Je calcule le nombre de Reynolds par rapport à la longueur totale du fuselage (la forme), donc ici 43 cm. Peut-être que je me fendrais d'un résumé détaillé des résultats quand j'en serais au stade où je ne saurais plus quoi faire d'autre. Je trouve ça bien la forme forum à ce stade, ça me lève la tête du guidon et c'est très bien.

Les améliorations que j'ai apporté à mon zinc c'est de noyer l'émetteur vidéo et ses câbles dans le fuselage, boucher quelques discontinuités du fuselage, réduire une entrée d'air pour la ventilation à l'intérieur du fuselage (inutile par les températures actuelles autour des 0°C), mettre un profilé derrière la caméra. C'est vrai que l'amélioration était surtout sensible parce que je fais des mesures directes en vol, ça reste très modeste. Faut dire aussi qu'il reste du boulot pour en faire un racer Laughing

La traînée de la fausse caméra peut être estimée ci-dessous (FAL = forme arrondie lissée):



En puissance, suffit de multiplier la traînée par la vitesse:



La puissance moteur nécessaire dépendra de l'efficience (la fameuse !) du système de propulsion, donc essentiellement du moteur et de l'hélice, qui doit pouvoir être estimée à 40 à 50 % dans la plupart des cas.

Si j'applique ça à mon zinc, c'est clair que la différence avec caméra / sans caméra reste très modeste, en croisière à 45 km/h, la conso passerait de 38 à 41 W avec la caméra, mouais c'est en gros ça 1,5 W aéro, donc le double à fournir niveau moteur.

La fausse caméra, 3x3x1 cm, est en fait une plaque, pour une telle forme on trouve dans la littérature un Cx de 0,12 environ, en rapport à la surface frontale. Je trouve plutôt de l'ordre de 0,13 à 0,14, ce qui pourrait s'expliquer par la traînée du petit pied et aussi par l'air accéléré par la forme du fuselage.

Pour calculer la traînée : Fx = 0,5 * rho * Cx * S * V² avec S la surface frontale en m² et V la vitesse en m/s.

Pour "convertir" de newtons à grammes on multiplie par 1000/9,81 ...

Photo de la fausse caméra avec le profilé :





C'est un peu du travail de bourrin ! mais ça diminue de moitié la traînée de la caméra.

Je me suis aussi demandé quels résultats ça donnerait en changeant la position, et voir avec une verrière aussi. D'ailleurs, on y voit clair à travers le plastique ?
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Re: A propos de la traînée des formes

Message  Rémy60 le Sam 9 Fév - 13:06

Franchement je suis super impressionné du résultat de la caméra avec le profil derrière, par rapport à sans! Je pensais pas que le gain pouvait être autant significatif! Shocked Je vais réfléchir à deux fois maintenant à tout faire tenir à l'arrache en dehors de l'avion avec du scotch Laughing
Vivement la suite Very Happy
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Re: A propos de la traînée des formes

Message  Fred Van.H. le Sam 9 Fév - 14:02

Cela fait un long carénage, tout de même.
Tu dois avoir des tourbillons entre le fuselage et la caméra. A ce stade, autant relier le carénage de la caméra et le fuselage, ce qui donnerait un carénage ayant un peu la forme des appuis tête des avions à cockpit ouvert des années 30.

Pour ce qui est de voir clair au travers du plastique, disons aussi qu'il y a aussi plastique et plastique.
Dans cette video, tout est vitré en altuglas, et les vitres latérales sont sales.

Le côté réaliste que cela apporte est pour une grande part dans ma motivation à utiliser systématiquement des cockpits vitrès. On y voit forcément un peu moins bien que tout à l'air libre, mais ça a tellement plus de charme! Ca fait partie de l'immersion. Sans compter que ça protège de la pluie, et du vent relatif quand on pousse un peu fort sur le manche. Car parfois, les caméras montées mobiles peuvent se mettre à bouger en piqué, avec les tourbillons.

Je suis tes expériences avec grand intéret, et j'attends la suite avec impatience bounce cheers
J'ajoute que je suis ravi de voir le niveau des contributions à ce forum, bien que je ne comprenne pas tout.
En parlant de ça dailleurs, je dois dire que mon esprit limité et totalement réfractaire aux maths, a souvent du mal à s'accomoder de la forme très scientifique que tu donnes à tes résumés par un souci de rigueur qui t'honnore. Pour cette raison j'aurais besoin, quand je serais en mesure de le faire, de refaire une partie de tes essais histoire de toucher cela du doigt moi même et d'avoir directement des mesures en grammes. Je n'ai pas un cerveau fait pour l'abstraction Embarassed
Une synthèse en fin de campagne d'essais comme tu l'évoques sera bienvenue Wink


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Re: A propos de la traînée des formes

Message  yomgui le Sam 9 Fév - 19:52

Oui, ça fait un long carénage ! j'avais ça sous la main alors... et c'est vrai moi aussi ça m'impressionne pas mal le bénéfice que ça apporte à la traînée de la caméra. Un profilé moins long est peut-être mieux, d'après ce que je lis dans la littérature sur le sujet, à suivre...

Sinon, Fred je suis plutôt d'accord avec toi sur le charme du cockpit, en tout cas ça fait des vidéos sympas Very Happy

Bon, en fait, c'est con, mais j'ai pas de quoi faire une verrière ! alors ça devra attendre un peu. Sinon, j'ai regardé du côté de la traînée des antennes aujourd'hui, très rapidement à cause de mon !%*#|$$ de potar ou je ne sais quoi du variateur de vitesse qui s'évertue à varier sans que je lui demande... c'est agaçant surtout que mon anémomètre moyenne ses mesures, ce qui m'oblige à attendre quelques secondes avant d'avoir une valeur stabilisée, alors si ça bouge toutes les 2 secondes, et bin... c'est pas gagné...

J'ai quand même une mesure à priori assez fiable de la forme avec un tube en alu de 4 mm x 57,5 mm (la longueur de 57,5 mm ne suis aucune logique particulière). A environ 16 m/s (environ 57 km/h), j'ai une augmentation de la traînée de l'ordre des 4 g :



Dans L'Aérodynamique à la portée de tous de Marcel CHABONAT (en français pour une fois Smile ), on trouve une façon de calculer la traînée des cylindres d'une certaine longueur.

La traînée d'un cylindre de 1 m de long pour 1 cm de diamètre est de 0,63 g par m/s au carré, cette valeur étant proportionnelle au diamètre et à la longueur (1 cm de diamètre pour 1 m de long = 2 cm de diamètre pour 0,5 m de long, soit à 10 m/s = 0,63 * 10² = 63 g).

En utilisant mes valeurs (4 g à 16 m/s pour 57,5 x 4 mm), normalisées à rho = 1,225 (je suis plus proche de 1,1 à 1,15 chez moi), j'obtiens la valeur de 0,68 g par m/s au carré. 0,68 contre 0,63 pour des valeurs si basses, ça me va sans problème Very Happy.

C'est pas une traînée immense, n'empêche qu'un peu par ci un peu par là... au final ça commence à faire (sur mon zinc, la traînée de l'antenne du récepteur de la turnigy 9X devrait représenter quelque chose comme 3 % de la traînée totale).

Avec ça on peut se faire une idée de la traînée des antennes, des jambes de train d'atterrissage cylindrique.

Ah, et désolé Fred pour les tartines de math !! les coeff c'est bien pour passer d'une taille à une autre, etc. au final, c'est pas des math super compliquées, la preuve c'est que sinon je serais largué !

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Re: A propos de la traînée des formes

Message  Fred Van.H. le Sam 9 Fév - 20:59

yomgui a écrit:Oui, ça fait un long carénage ! j'avais ça sous la main alors...
Au dela d'une certaine longueur et avec un état de surface genre polystyrène non recouvert, la quantité de surface mouillée ajoutée doit créer assez de traînée pour compenser le gain apporté par la forme fuselée, je pense. Cela dit, quand on a ça sous la main, il est naturel de s'en servir.

yomgui a écrit: Bon, en fait, c'est con, mais j'ai pas de quoi faire une verrière ! alors ça devra attendre un peu.
Les matières qui ont les qualités voulues ne se trouvent pas forcément à tous les coins de rue, il faut bien le reconnaitre. Un bon test, quand on trouve une feuille de matière transparente, consiste à l'incliner fortement comme un pare brise de Mirage, pour voir si on voit encore correctement à travers dans ces conditions. Ensuite quand on trouve, on stocke.


yomgui a écrit: En utilisant mes valeurs (4 g à 16 m/s pour 57,5 x 4 mm), normalisées à rho = 1,225 (je suis plus proche de 1,1 à 1,15 chez moi), j'obtiens la valeur de 0,68 g par m/s au carré. 0,68 contre 0,63 pour des valeurs si basses, ça me va sans problème Very Happy.
En effet, c'est très correct, comme concordance.
Une idée en passant : pour des petites choses comme ça, pourquoi ne pas en disposer carrément 3 ou 4 en tirailleur, histoire de diviser par autant les marges d'imprécision?

yomgui a écrit: C'est pas une traînée immense, n'empêche qu'un peu par ci un peu par là... au final ça commence à faire (sur mon zinc, la traînée de l'antenne du récepteur de la turnigy 9X devrait représenter quelque chose comme 3 % de la traînée totale).
Oui, les petits ruisseaux sont réputés capables de faire de grandes rivières.
3%, c'est déja beaucoup. Si on pense aux guignols, tringles, élastiques et tourillons, jambes de train, fentes de gouvernes, fils divers courant à l'extérieur, ( j'en ai vu qui scotchaient des antennes de 60cm parallèlement à l'aile à l'extrados sur le premier tiers de la corde!) gopro bien de face, raccords douteux entre surfaces etc qui sont fréquents sur les avions, on comprend vite qu'il n'est pas bien difficile de gagner des minutes d'autonomie. Mais avant de voir les résultats d'études comme la tienne, on ne se doute pas à quel point!

yomgui a écrit: Ah, et désolé Fred pour les tartines de math !! les coeff c'est bien pour passer d'une taille à une autre, etc. au final, c'est pas des math super compliquées, la preuve c'est que sinon je serais largué !
n'essaie pas de te faire passer pour plus nul en math que moi. Dans ce domaine, je ne crains personne. Pire, j'en suis fier! Laughing
C'est comme ça, j'ai un esprit intuitif. On ne se refait pas. Je parierais que le tiens est plutôt analytique Wink



Petit hors sujet, enfin pas tant que ça :

J'y ai passé l'après midi, mais ma soufflerie est opérationnelle. C'est un peu grâce à vous, les gars! Very Happy
Il n'y avait plus grand chose à faire : j'ai un peu remanié la mécanique du matériel de mesures, et tout est maintenant câblé. Un seul accu 2s pour alimenter les deux balances électroniques à la place des piles 9v, et la motorisation du support pour les profils, pour changer l'incidence.
J'ai donc une balance de traînée pour un grand plateau sur lequel je peux mettre ce que je veux, y compris ledit support pour échantillons de profils, lui même disposant de sa balance de portance. J'ai un temps songé à lui installer un système pour la mesure du Cm0, mais je ne savais pas trop comment faire ça et j'ai provisoirement abandonné cette idée. Encore que pour mes ailes volantes ce serait d'un certain intéret.
La vitesse dans la veine est de 43km/h max, dans une section de 33x33cm. Un peu lège, comme vitesse, mais pour l'instant on s'en contentera.
Yapuka l'utiliser. C'est con à dire, mais je ne sais pas par quoi commencer Rolling Eyes
En fait, si : j'ai 5 ou 6 échantillons de profils découpés à la CNC par LOMA. 150mm de corde, 300 d'envergure. E374, E186, E197 et deux ou trois autres dont un Wortman épais. J'ai leurs polaires quelque part. Avec ça, je peux voir si ce que je mesure est à peu près cohérent avec la théorie, bien que ce soient des polaires obtenues par modélisation mathématique, pas soufflerie. Pas grave. Je ne cherche pas à trouver des valeurs dignes de souffleries de pro de la recherche. Si déja les différences que je trouve entre ces profils sont de proportions cohérentes, ça me suffira pour vérifier la sensibilité de la machine et passer aux essais proprement dits.
Mais assez squatté le post de Guillaume, j'en ouvrirais un pour mes essais Wink

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Re: A propos de la traînée des formes

Message  yomgui le Dim 10 Fév - 12:08

43 km/h pour 150 mm de corde ça reste pas loin de notre ordre de grandeur en condition réelle.

Ils sont en mousse tes profils ? je serais curieux de voir si tu notes une grosse différence avec d'une part les polaires, et d'autre part avec le même profil avec un traitement de surface différent (entoilage, etc.)

Aujourd'hui c'est moi qui suis un peu en manque d'imagination, ou de motivation (c'est dimanche après tout, la flemme !).

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Re: A propos de la traînée des formes

Message  Fred Van.H. le Dim 10 Fév - 14:08

yomgui a écrit: 43 km/h pour 150 mm de corde ça reste pas loin de notre ordre de grandeur en condition réelle.
Oui, ça va encore. Mais quand je vois qu'avec une section de veine similaire tu obtiens 65km/h, je me dis que je peux faire mieux. J'ai utilisé des moteurs d'aérothermes parce que ça permettait, en utilisant le secteur, d'avoir une vitesse très constante. Ces moteurs sont conçus pour tourner des milliers d'heures sans usure, mais avec une petite puissance. Alors que notre utilisation est de quelques minutes occasionnellement, avec si possible de la puissance. J'ai pris ce que j'avais trouvé à l'époque :


Comment la tienne est elle motorisée? quel genre d'hélice?

yomgui a écrit: Ils sont en mousse tes profils ? je serais curieux de voir si tu notes une grosse différence avec d'une part les polaires, et d'autre part avec le même profil avec un traitement de surface différent (entoilage, etc.)
Oui, un genre de roofmat pour planchers.
Pour l'instant ils sont bruts de découpe, avec de petites imperfections.
J'ai quelques difficultés à lire la traînée, car les indications varient trop. Probablement des turbulences. Il faudrait trouver un système d'amortissement, ou utiliser une balance... mécanique à aiguille!!! Car faire des moyennes de tête en pleine action... Shocked

yomgui a écrit: Aujourd'hui c'est moi qui suis un peu en manque d'imagination, ou de motivation (c'est dimanche après tout, la flemme !).
C'est humain Smile Je serais bien allé voler, mais avec cette flotte Crying or Very sad

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Re: A propos de la traînée des formes

Message  yomgui le Dim 10 Fév - 15:09

Moteur de scie circulaire avec réducteur, donc de type "universel" avec charbons, 1400W :



3600 tr/min et 1100W consommés au compteur.

Hélices Graupner G sonic 20x12:



Je regarde toujours l'état du support, s'il y a du jeu qui apparaît, etc. avant un test, et la température du moteur après le test, qui reste gentillement tiède pour l'instant.

J'ai aussi la balance de traînée qui remue pas mal, turbulences sans doute. Du coup je filme tout avec la mini caméra porte clés et saisie les données ensuite avec le windows movie maker qui permet d'afficher les images à 0,04 seconde d'intervalle. Une saisie par seconde, et si la lecture n'est pas bonne je prends la première image stable qui se présente, puis continue une saisie par seconde... pour une trentaine de valeurs... la quantité compense la qualité !

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Re: A propos de la traînée des formes

Message  Fred Van.H. le Dim 10 Fév - 17:47

Pas con, tout ça.

Je suis étonné que tu ais laissé autant de jeu entre le bout des pales et les parois du conduit. Je me suis attaché à en laisser le moins possible, comme dans les turbines de propulsion de modélisme. Je m'interroge aussi sur la forme de mes pales : on dirait des hélices de bateau. Pourquoi les pales de ventilateurs sont elles si larges, alors que celles des avions sont minces. Pour le silence?

Pas con, le coup du camescope. Mais ça ne simplifie pas le boulot. J'aimerais bien trouver une solution. J'ai essayé un amortisseur, cet après midi, mais ça diminue trop la sensibilité. Finalement, le pis aller que j'ai trouvé est de lester le plateau pour donner de l'inertie et changer la fréquence des imperceptibles rebonds qui sont la cause probable de ce souci. Malgré ça, ça reste aléatoire. Je pense que la flexibilité du bareau de jauge de contrainte y est également pour quelque chose.
Je me demande aussi si la taille de la pièce a une importance en dehors de la distance entre la sortie du conduit et le mur qui est fatalement derrière : l'air devient il turbulent dans la pièce au bout de quelques instants, et cela peut il affecter les résultats?

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Re: A propos de la traînée des formes

Message  yomgui le Dim 10 Fév - 23:32

Oh bin, j'ai laissé 1 cm au plus près entre le bout de pale et la paroi, ça me semblait déjà pas beaucoup.

Pour la taille des pales, je ne sais pas trop, on dirait qu'ils ont pris des pales larges peut-être parce que limité dans le diamètre, dans les tours (je suis pas sûr qu'il y ait beaucoup le choix en triphasé), et pas regardant dans le rendement.

Mes pales d'avion ne sont pas non plus l'idéal j'imagine...

Y a plusieurs choses qui me viennent à l'esprit par rapport au manque de stabilité de tes mesures de la traînée. Déjà le redresseur de flux, mais je vois que t'en a déjà mis. Ensuite, c'est vrai que l'air circule, entrant puis sortant de la soufflerie, où il est considérablement ralenti d'un coup, puis remontant la soufflerie par l'extérieur pour être à nouveau aspiré et accéléré. Tout ça peut faire des vagues si j'ose dire, il faudrait voir si tes perturbations sont cycliques. Avant de mettre le redresseur de flux j'avais clairement des oscillations dans les mesures, toutes les 3 secondes environ plein pot, bien amortie par le redresseur de flux.

J'avais aussi eu besoin de lester à fond ma première balance pour la poussée des hélices. Elle était du type en équerre sur pivot, la poussée soulevant une masse de 800g environ qui venait peser sur la balance, la lecture était donc négative. Cette balance racontait n'importe quoi une fois passé le stade du moulin à vent et appuyant au lieu de soulever.

De plus j'ai eu des soucis avec certains moteurs d'entrainement de l'hélice testée, qui devaient être trop lourd au bout du bras de levier (je n'avais pas ce soucis avec de plus petits moteurs), mais ce n'était quand même pas clair ce qui se passait, la poussée étant systématiquement surestimée à la plus grande vitesse (53 km/h environ à l'époque). J'ai soupçonné un problème au niveau de l'évacuation de l'air de la chambre de test, une dépression venant soulever la balance, etc, etc.). Tous les problèmes ont été réglés en installant directement le capteur de force au cul du moteur, réduisant considérablement toutes les interactions.

En tout cas c'est cool que tu bidouilles aussi ce genre de soufflerie, elles sont loin d'être parfaites, on est pas des chercheurs du MIT, mais c'est bien aussi je trouve de tâter un peu en direct, même si c'est imparfait y a toujours du bon à apprendre.
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Re: A propos de la traînée des formes

Message  yomgui le Lun 11 Fév - 23:02

Il m'arrive souvent de filmer mes vols avec la petite caméra porte-clés (808V16), celle avec la lentille fish-eye. Je la fixe très simplement avec du velcro. Il m'arrive aussi du coup de laisser des bouts de velcro à différents endroits sur l'avion. Cette caméra peut aussi servir pour l'immersion. Un de ses intérêt est sa forme plus aérodynamique que mon autre caméra qui s'apparente à une plaque verticale de 3x3x1 cm.

Installée sur la forme arrondie et lissée (FAL) :



Bon, c'est pas la "fish-eye" puisqu'elle me sert à saisir les données...

En l’occurrence, j'aurais peut-être dû la mettre plus en avant, pas dit que ça change grand chose en fait (?).

J'ai fait une série avec la caméra montée et une avec juste le velcro. Ci-dessous, la FAL seule comme référence et la même avec 4 cm de velcro puis avec la caméra en plus :



Et là un graphe avec la vitesse au carré (m/s) en abscisse:



Donc la forme de base traîne de 0,0447 g par m/s au carré.

4 cm de velcro "coûte" 0,0046 g par m/s au carré de plus.

La caméra 808 sur son bout de velcro "coûte" 0,0246 g par m/s au carré de plus que la FAL.

Par comparaison, la caméra 3x3x1 cm affichait 0,0780 g par m/s au carré et 0,0371 g par m/s au carré avec le carénage profilé. La 808 semble donc bien légèrement plus aérodynamique, même collée au fuselage (la 3x3x1 était fixée sur un pied fait d'un tube carbone 3mm).


Par la suite, j'ai voulu voir quelles améliorations on pouvait apporter à un stab en mousse:







Ce stab est à la base un stab horizontal de Yak-3 au 1/12e, légèrement raccourci pour rester dans les limites du relativement acceptable vu les dimensions de la soufflerie. Il a été découpé à la scie à fil chaud sur pivots (à pantographe). Le profil est (sensé être) symétrique, le bord de fuite est très large, par soucis initial de rigidité et solidité face aux chocs éventuels. La surface est grossièrement affinée.

J'ai fait 2 tests, un avec le bord de fuite épais, l'autre avec le bord de fuite affiné par ponçage :





Pour l'occasion, j'ai pu faire une modélisation dans une soufflerie numérique, XFLR5. Le programme permet même une analyse des profils avec un bord de fuite épais !

Les dimensions du stab sont les suivantes:

Emplanture:
- corde : 110 mm,
- épaisseur relative : 9,8 %.

Saumon:
- corde : 59 mm,
- épaisseur relative : 9,1 %.

L'envergure est de 95 mm, la flèche de 39 mm.

Dans la soufflerie, le stab est très proche de la sortie de la chambre de test, les vibrations sont fortes et les mesures plus que limite limite niveau précision. Il est très probable que cela augmente sensiblement la valeur de la traînée mesurée. Dans XFLR5, j'ai établie les polaires des profiles avec Ncrit = 1, ce qui correspondrait à une soufflerie carrément pourrie et un niveau élevé de turbulence. Le stab entier est analysé en VLM. Je m'excuse pour tout ce charabia technique, disons que j'ai mis tous les pions pour avoir une simulation à peu près réaliste, mais dans ces conditions c'est de toute façon pas gagné d'avance !

Quoiqu'il en soit, le coefficient de traînée du stab calculé par XFLR5 est de 0,0156 avec bord d'attaque épais, 0,0132 avec bord d'attaque affiné. La méthode de calcule de la traînée parasite que j'utilise habituellement donne un coefficient de 0,0135 (elle ne tient pas compte de la forme exacte du profile, juste de son épaisseur relative, sa flèche, le nombre de Reynolds).

Le test en soufflerie retrouve une moyenne de 0,0301 avec bord d'attaque épais (soit 193 % de la valeur XFLR5) et 0,0268 avec bord d'attaque fin (soit 203 % de la valeur XFLR5).

Je retrouve donc toujours une valeur proche du double de la théorie !

Sincèrement, je crois que j'atteint ici une limite de ma soufflerie ! une traînée de 5 à 6 g à près de 70 km/h... c'est chaud patate !



Faut vraiment que je trouve un moyen d'obtenir une surface parfaitement lisse !
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Re: A propos de la traînée des formes

Message  Fred Van.H. le Mar 12 Fév - 22:02

Toujours plus loin dans les surprises :
Après avoir vu qu'une caméra de 3X3 arrive à traîner plus que la forme de 43cm par 6x6, voici que 4cm de velcro arrivent à l'équivalent de 10% de la traînée de cette même forme! Comme quoi une petite vérue, même si ça n'a l'air de rien ...
Cela montre que la continuité et la régularité des formes compte autant que leur volume.

Pour rendre lisse la forme, le plus simple c'est l'entoilage thermo-rétractable ou le scotch d'emballage.
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Re: A propos de la traînée des formes

Message  yomgui le Mar 12 Fév - 23:36

J'ai jamais pratiqué l'entoilage thermo-rétractable, et l'entoilage au scotch je me demande comment éviter les plis et autres chevauchements.

Je crois que je vais découper une longueur de profile symétrique, au moins y aura une épaisseur constante dans l'envergure, ça facilitera l'entoilage. Je pourrait même l'entoiler au papier de verre, j'aimerais assez pouvoir me faire une idée de la qualité de la surface, de très rugueux à très lisse.

J'ai beau avoir des mesures bien cohérentes d'une plaque et de tubes, que la rugosité de la surface soit responsable d'une augmentation de la traînée de 80 à plus de 100% me fait quand même douter, même si ça rejoint mes vols d'essais (qui ne brillent pas non plus par leur précision bien sûr).

Après, pour mes prochains avions il est probable que je me cantonne malgré tout à mon bon vieux fils chaud, ponçage puis peinture...
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Re: A propos de la traînée des formes

Message  Fred Van.H. le Mer 13 Fév - 21:00

Si on n'en a pas un peu l'habitude, sur du polystyrène, le thermorétractable, si j'ose dire (et j'ose! ) c'est chaud.
Le scotch, c'est pas si difficile que ça. Ca accepte de prendre des galbes modérés, et des entailles judicieuses font le reste. Il y a bien sur des recouvrements, mais comme on colle d'abord les pans qui sont derrière, ces recouvrements sont dans le bon sens Wink
Le résultat est parfaitement lisse, en principe pas de plis. Et si c'est raté, il suffit de le décoller.

yomgui a écrit: Je pourrait même l'entoiler au papier de verre, j'aimerais assez pouvoir me faire une idée de la qualité de la surface, de très rugueux à très lisse.
Le papier de verre? 'parait qu'il y en a qui lui trouvent des vertus de turbulateurs, comme la peau de requin. Ca peut être intéressant.
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Re: A propos de la traînée des formes

Message  yomgui le Mer 13 Fév - 21:45

Finalement, j'ai fait des petits panneaux, 180 mm de corde par 150 d'envergure, profil symétrique. Un poncé, l'autre entoilé au scotch. Bon, la découpe est pas nickel, je devais grelotter un peu trop (3°C dans l'atelier au jugé), du coup même entoilé c'est pas parfait parfait. On verra bien... demain si c'est possible !
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