Premières approximations sur les dimensions et le choix des profils.
Les Be 9744 et 9745 sont du plus haut intérêt pour leur faible trainée. En revanche ils semblent rétifs à descendre en dessous de 50.000 Re. Il faut donc faire attention à ce qu'on en fait. Voyons où nous en sommes pour une aile de 1,30 m d'envergure.
Puisque l'allongement est faible, de l'ordre de 10, j'évalue la portance générale de l'aile à Cz 1. Peut-être la surestimai-je? Certes le profil peut nettement plus (Cz1,4 et plus) mais ce n'est vrai que pour la partie centrale de l'appareil et non pour ses parties distales. Et ce Cz ne pourrait être utile qu'avec un allongement plus grand. Avec Cz 1 je calcule une vitesse de 5 m/s, ce qui me paraît tout à fait réaliste. La vérité est qu'avec ce Cz et une surface de 16 dm2 la portance serait de 244 g. Avec 230 g, ce qui serait un miracle pour un premier modèle, la vitesse à peine va changer.
Ainsi le profil central de 160 mm de profondeur serait à 56.000 Re et le suivant de 140 mm serait à 49.000 Re. Cela est satisfaisant pour la partie fixe. Si elle est très courte nous pourrions avoir une corde de 150 mm ce qui nous monterait les Re à 52.500.
Bon ! La partie battante a pour elle la vitesse ajoutée de son propre mouvement. Pourtant je veux faire une machine qui grimpe, fait son arrêt moteur et plane. Un flop ne serait pas une base de comparaison intéressante en face des wakefields à hélice. De plus nous souhaitons une machine capable d'échapper aux turbulences qui règnent près du sol, grimpant franchement au début du temps moteur.
Nous n'avons rien à perdre. Nous avons vu que pour construire léger à résistance égale nous avons intérêt à diminuer le moment à l'emplanture. Ainsi bien qu'elles aient une répartition de portance sub-elliptique les ailes donnent une meilleure performance globale. Cela ne s'applique pas entièrement aux wakes et nordiques de masse fixée par le règlement. Mais ce qui se gagne en inertie transversale se repercutera sur le plané, les récupérations étant plus agiles.
D'autre part le moment à l'emplanture est directement responsable de la force nécessaire au battement. Si nous le diminuons nous pourrons et devrons battre un peu plus vite des ailes, ce qui diminuera le heaving et bénéficiera au rendement des profils.
Cependant si nous respectons cette règle nous allons avoir des bords marginaux fonctionnant à des Reynolds très faibles. Y-a-t-il des profils aptes à voler à 20.000 Re ? Oui, il y a des profils creux avec des rapports L/D de 20 environ une perte de vitesse brutale et une trainée prohibitive en dessous de Cz 0,8 ou au mieux 0,7. Ils ne sont donc pas aptes au vol battu et à ses portances faibles lors de la remontée.
Quels Reynolds atteignent les extrémités de nos ailes à une vitesse de 5 m/s ?
Si elles mesurent 60 mm : 20.000 Re,
70 mm : 24.500 Re,
80 mm : 28.000 Re,
90 mm : 32.000 Re.
Pour le moins elles n'atteignent pas les 50.000 Re et nous ne devions pas passer au-dessous!
Il y a une solution qui consiste à diminuer la portance de ces extrémités par vrillage ou par vrillage aérodynamique. La différence est que dans le second cas il y a évolution du profil avec ou sans torsion géométrique. Alors la corde peut rester à 90 mm. Mais nous sommes toujours en dehors du domaine d'utilisation des BE 9744 et 9745.
Il se trouve que ces sections supportent bien une petite intervention. En réduisant leur épaisseur à 6% et en diminuant leur cambrure à 3% nous obtenons des profils de peu de portance qui ont cependant une faible résistance aux petits angles (jusqu'à -2º, très près de la portance nulle) et cela nous va bien pour le projet en question. Les profils intermédiaires semblent excellents.
On peut craindre de rencontrer les inconvénients de ailes elliptiques. Le décrochage des bords marginaux peut se produire avant celui du centre d'aile. Du coup la stabilité en roulis souffre aux grands angles. On peut penser à différentes solutions : vrillage, flèche de bord d'attaque, bord marginal elliptique ou en forte flèche, profil au nez à la retroussette comme le BE5055VN1. Cela peut-il s'appliquer à notre BE9744-9745 modifié ? Cela reste à essayer et ne concernerait que quelques centimètres en bout d'aile. Il y a une autre solution peu utilisée actuellement en modélisme : la fente qui imite la mahutte de la plupart des oiseaux. Fixe ou automatique ? Voilà la question ! En tous cas si je me fie de la simulation je n'ai pas beaucoup de raisons de douter du décrochage bénin de ces profils minces. Ils ont peu de différence d'angle de meilleure performance avec les BE d'origine mais commencent à décrocher un peu plus tôt : 8º au lieu de 10º. Vrillage ? Ou simplement turbulateur pour gagner un peu de portance tout en haut ? L'alula (nom latin de la mahutte) est tentante mais risque de trainer beaucoup. Et le réglage d'une fente automatique sera difficile à cette échelle.
Maintenant que se passe-t-il si nous voulons caser un petit servo de contrôle du vrillage comme ceux du SmartBird ? Bien, selon certaines analyses cela serait possible, selon d'autres la trainée devient énorme en dessous de 40.000 Re. Il semble que l'aérodynamique comporte un part d'incertitude ! Mieux vaudra tolérer une petite nacelle profilant ce servo à l'intrados, si du moins le contrôle de vrillage est électrique/électronique.
Les plans.
De ce qui précède je déduis des plans.
La partie centrale contient le mécanisme. Elle fait partie du pylône ou cabane. Elle a une profondeur de 160 mm et elle est large de 100 mm.
Le reste de la partie fixe a 150 mm de demi envergure et sa profondeur passe de 160 mm à 150 mm.
A l'emplanture nous nécessitons toute l'épaisseur du BE 9744-5. En s'approchant de la partie battante le profil peut déjà avoir perdu un peu d'épaisseur puisque les câbles ou tirants ont pu être rapprochés et qu'il n'y a plus de clef à intégrer. Je chois en effet une clef plate en fibre de carbone, passant entre les platines du mécanisme pour assembler les ailes au fuselage.
La première partie de l'aile battante mesure 150 mm d'envergure et les cordes passent de 150 mm à 135 mm. La dernière partie mesure 300 mm d'envergure. Sa profondeur va de 135 mm à l'articulation à 90 mm, 200 mm plus loin. Ensuite elle perd de la surface avec un BA en flèche à 30º. A l'emplanture de cette portion le profil est le BE mais il a déjà perdu de l'épaisseur (8%). Quand nous arrivons aux 90 mm il n'a plus que 6% d'épaisseur et sa cambrure est de 3%. C'est le moment d'essayer un profil de BA à la retroussette et de perdre encore en épaisseur. Cette partie pourrait aussi avoir un BA sans flèche si au cours de la construction nous voyions que le poids est en augmentation. Nous en profiterions pour simplifier le dessin de l'aile qui ainsi serait entièrement sans flèche de BA et aurait gagné un peu de surface.
La construction de la partie centrale est en structure. Ensuite il faut avoir une construction destinée au vrillage. Dans tous les cas la « peau » sera moulée. On peut penser à la réaliser en résine imprégnant un tissus comme la soie par exemple. Un autre choix serait de faire cette peau d'une fine feuille de polycarbonate moulée à chaud. Cette peau repose sur une structure assez lâche de nervures et longerons. Les nervures ne sont pas collés aux longerons. Le mini servo de torsion est placé à l'emplanture de cette partie distale et transmet ses ordres à la dernière nervure par le longeron (tube FdC). Ouverte au bord de fuite, simple surface sur quelques %, la peau d'intrados doit être contrainte à presque se fermer par quelque élastiques ou des pinces la rapprochant de la peau d'extrados.
La cabane.
Cette partie prend un grande importance. Elle n'est pas destinée à éloigner l'aile du fuselage, encore que si secondairement, mais à inclure le mécanisme de battement et déphasage. Ses dimensions sont déterminées par le tambour vertical en avant de l'aile. Celui-ci est conique et la bobine même est elliptique, presque plate. Ainsi le couple est à son maximum aux changements de direction du battement, quand l'inertie des ailes joue un rôle important et le couple reste plus ou moins constant du début à la fin du déroulement. Il faudra beaucoup de constance si le vrillage est commandé mécaniquement, moins … et l'opportunité d'une montée plus franche si le contrôle est électronique et tient compte de la vitesse de translation. Alors, une minuterie ou un anémomètre, commande une réduction du « pas » qui correspond à une montée puissante.
Cette bobine est prise entre deux roulements inclus dans deux platines. Elles sont maintenues sur le fuselage par deux pièces verticales. La bobine porte un petit vilebrequin à deux manetons. Chaque bielle attaque une des deux paires secteurs soit de battement principal soit de battement décalé. Seul est entrainé un des deux secteurs de la même fonction. L'autre engrène comme s'il avait des dents, mais pour minimiser les frottements ce sont des câbles ou des lames croisées qui mettent les deux côtés au diapason. Sur les bords externes des secteurs viennent s'accrocher par des chapes de télécommande (p.ex.) les tringles de battement et déphasage. Le montage consiste, carénage de cabane ôté, à engager ces liaisons aile battante au PMB, puis à rapprocher la demi-aile qui se solidarise à la cabane par la clef plate. L'aile battante passe alors au PMH, et se conforme à la position du vilebrequin pendant le montage.
La bobine , en avant de l'aile et bien que cela ne corresponde pas à mon orientation, pourrait voire sa place prise par un moteur électrique et sa démultiplication. Mais elle reçoit dans mon projet un petit câble inextensible (fibre aramide gainée) qui allonge le caoutchouc et donne à la bobine la capacité d'enrouler presque deux mètres d'extension du caout'. La gomme en effet a quelques 300 mm au repos et je compte qu'elle s'allonge plus de 6 fois si elle est bonne. Il est d'autre part peu souhaitable qu'elle sorte du fuselage (trainée) au début du déroulement.
Des croquis viennent qui rendront tout ceci plus explicite. Mais patience, je suis en panne de scanner.
Le fuselage.
C'est un simple tube, d'aluminium par exemple ou de fibre de carbone. Il doit être un peu plus gros que celui d'un wake et aussi un peu plus long. L'écheveau au repos est réparti autour du centre de gravité. Il part vers l'avant et passe sur la première des poulies. Alors nous pouvons compter deux allers et retours. Avec un entre-axe des poulies de 600 mm, plus la première extension vers l'avant nous avons presque deux mètres. S'il le faut lors d'un remontage « de concours » nous tirerons un peu l'écheveau en dehors du fuseau (il pourrait bien n'être en rien un écheveau si nous trouvons du caout' correct en rond de quelques 10 mm ou moins, gomme d'arbalète de chasse sous marine peut-être) … et le tour est joué. Les essais se feront avec du 6x1 mm, 6 brins puis 8 et dix, etc. Il faudra en effet régler l'appareil à faible puissance avant de pouvoir le doter de ses 30 g de gomme. Les variations du CG seront aussi moindres si l'écheveau est faible. Plus avant il nous faudra peut-être inventer un système de lest mobile compensant les variations de CG. Olives sur le câble tout simplement ? Ou faudra-t-il quelque chose de plus sophistiqué ? Sort le câble près de l'arrière du fuselage, il se dirige vers le pylône. Le profilage de ce dernier s'arrête de façon à laisser passer le câble quelque soit la hauteur où il s'enroule sur la bobine, d'abord en haut sur la partie de faible diamètre puis de plus en plus bas. Aucun problème particulier au remontage, il suffit de surveiller le bon enroulement du câble sur la bobine. A l'arrière de ce fuselage vient se fixer sur le cône de fermeture, un tube de moindre diamètre qui porte les empennages.
Les empennages.
Les empennages pourront être en premier lieu de facture classique. Grand bras de levier et stab rectangulaire. Néanmoins je m'intéresse de près à la version de plus ou moins court bras de levier et stab « Delta » chargé de réagir aux très grands angles aussi bien négatifs que positifs. Elle serait plus conforme à ce que nous désirons pour une machine décollable à pied.
Tout se tient et réciproquement !
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