Résolu Choix profil et configuration planeur

Bonjour,

Nous avons le projet à brève échéance de faire voler un motoplaneur avec des cellules solaires et batterie tampon.

Nous en sommes au dimensionnement et à la faisabilité.

Les nervures de l’aile seraient faites en impression 3D avec des longerons carbone. Le fuselage serait acheté et de type F5J avec un stab en V.

L’idée est d’avoir une aile de 3.5 à 4m de 27cm de corde de manière à pouvoir caser 2 rangées de cellules flexibles (carré de 125mm) en largeur.

Nous cherchons donc une géométrie d’aile et un profil adapté à notre besoin, c'est-à-dire faible trainée pour une vitesse de 30 à 40km/h pour une masse d’environ 3.5kg.

J’ai utilisé predimrc pour dimensionner mais avant d’aller plus loin vu mes faibles compétences en aérodynamique, je voudrais que vous validiez les données que j’ai rentré dans le très bon logiciel qu’a fait Franck.

Notre but est d’avoir une machine stable, qui soit capable d’enrouler les ascendances et de voler avec une faible puissance (60W en pratique avec une grosse hélice repliable qui tournera lentement)

J’ai pensé à ces profils (TP74, FAD05, FAD18) qui ont un faible cx mais auront-ils suffisamment de portance pour notre utilisation ? Peut être qu’un profil de lancer main type Selig 4083 serait plus adapté ?

Faut il un stab porteur (il sera en V)?

PS: comment mettre le fichier excel en pièce jointe?

Merci d’avance pour vos conseils

Bonjour,

Pour publier vos fichiers, vous pouvez :

• utiliser un support comme http://www.cjoint.com/ pour les fichiers ou http://imagesia.com/ pour les captures d'écran et photos
• coller dans votre réponse le contenu du fichier modèle (exemple ici : http://rcaerolab.eklablog.com/centrage-d-un-planeur-a-fuselage-ouvert-topic153412/1)

Concernant votre projet : il s'agit de voler avec très peu de puissance, ce qui du point de vu aéro revient à rechercher le plus faible taux de chute possible. Pour cela, le profil est une composante presque secondaire, il faut travailler avant tout sur l'allongement et la masse. Le choix du profil de stab viendra en tout dernier, en fonction de sa charge au point de fonctionnement optimal retenu.

Nous en discuterons plus en détails avec vos fichiers.

Franck

Bonjour Franck,

Pratique cjoint.com, je ne connaissais pas.

voilà le fichier excell: http://www.cjoint.com/c/FCwr1O2YKoe

entendu pour le profil stab, ce n'est pas la priorité

Patrick

Bonsoir Patrick,

Merci pour le fichier. La base est saine, j'ai juste retravaillé l'empennage est il est trop ouvert (=> contrôle en lacet insuffisant) et pas assez grand (=> confort en lacet et tangage insuffisant).

Voici le fichier amendé (transféré sur 2.57f, bien plus pratique pour la gestion des profils) : PlaneurSolaire

La méthode suivie pour dégrossir la conception :

1. Recherche de la vitesse pour laquelle la puissance aéro dissipée par le planeur est minimale (ici environ 27 km/h pour une masse de 2.5 kg et 32 km/h pour une masse de 3.5 kg, indépendamment ou presque du profil d'aile). On peut noter que l'effet de la masse est significatif sur la puissance aéro mini (environ 9 W à 2.5 kg contre 13 à 3.5 kg).

2. Recherche du Cz aile correspondant à la vitesse de puissance mini (environ 0.65, quelle que soit la masse).

3. Application de ce Cz comme Cz de réglage, et utilisation du calage d'aile optimum (qui minimise la traînée fuselage à ce point de design).

4. Vérification du taux de chute mini (autour de 0.35 m/s @ 2.5 kg et 0.4 m/s @ 3.5 kg, pas mal du tout). Le S4083 est très légèrement meilleur que le FAD05-9%, mais est plus "pointu" (il décroche plus tôt et plus sèchement) et plus difficile à construire. Ce second profil est certainement un bon choix.

5. Retour sur le graphe de Cz aile et stab (point 2). On remarque qu'à Cz aile = 0.65, le Cz de stab avec le profil d'aile FAD05-9% est de 0.1, ce qui est très faible et bien adapté à un profil symétrique fin type NACA006, dont le Cx est quasi constant jusqu'à environ Cz = 0.3 (ici polaires à Re = 100 et 200 k).

Mais bon, pas la peine de trop y accorder d'importance, la participation du stab à la traînée étant mineure :

On peut noter sur ce graphique que la traînée du fuselage est minimale à Cz = 0.65, c'est tout l'intérêt de bien choisir le calage d'aile.

6. Retour sur le graphe de motorisation (point 1). Le GMP retenu est bien adapté pour tenir le palier, la réserve de puissance avec 56 W électrique est même suffisante pour supporter une baisse temporaire d'éclairement. Par contre, avec cette puissance, PredimRC n'arrive pas à calculer les polaires en montée, ce qui signifie que les capacités ascensionnelles sont nulles ou presque. Du coup, j'ai cherché à déterminer quelle puissance permettrait un taux de montée minime, c'est à dire autour de 1 m/s : pour cela, il faut le double de puissance, soit 112 W électrique. Et encore, cela dépend fortement de la masse, il y a là aussi tout intérêt à travailler au maximum sur la masse.

En conséquence, il faudra dimensionner la propulsion sur une base d'environ 120W avec l'appoint des batteries (un petit LiPo 3S, par ex. 1500 mA.h me semble plus indiquée qu'un accu A123 4S, il sera bien plus léger et suffira amplement pour les courants en jeux), tandis que les cellules solaires devront fournir autour de 50 W en nominal pour le palier.

Franck

Merci Franck pour cette analyse et  ces conseils, nous allons les suivre!

Je te tiens au courant pour la suite.

Bonne soirée

Patrick

Bonjour Patrick,

Ok, j'attends votre retour :)

Franck

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Sur certains navigateurs, mon message précédent est tronqué (texte ajusté à la largeur de la première image, qui dépasse du cadre), le revoici dans son intégralité.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Merci pour le fichier. La base est saine, j'ai juste retravaillé l'empennage est il est trop ouvert (=> contrôle en lacet insuffisant) et pas assez grand (=> confort en lacet et tangage insuffisant).

Voici le fichier amendé (transféré sur 2.57f, bien plus pratique pour la gestion des profils) : PlaneurSolaire

La méthode suivie pour dégrossir la conception :

1. Recherche de la vitesse pour laquelle la puissance aéro dissipée par le planeur est minimale (ici environ 27 km/h pour une masse de 2.5 kg et 32 km/h pour une masse de 3.5 kg, indépendamment ou presque du profil d'aile). On peut noter que l'effet de la masse est significatif sur la puissance aéro mini (environ 9 W à 2.5 kg contre 13 à 3.5 kg).

2. Recherche du Cz aile correspondant à la vitesse de puissance mini (environ 0.65, quelle que soit la masse).

3. Application de ce Cz comme Cz de réglage, et utilisation du calage d'aile optimum (qui minimise la traînée fuselage à ce point de design).

4. Vérification du taux de chute mini (autour de 0.35 m/s @ 2.5 kg et 0.4 m/s @ 3.5 kg, pas mal du tout). Le S4083 est très légèrement meilleur que le FAD05-9%, mais est plus "pointu" (il décroche plus tôt et plus sèchement) et plus difficile à construire. Ce second profil est certainement un bon choix.

5. Retour sur le graphe de Cz aile et stab (point 2). On remarque qu'à Cz aile = 0.65, le Cz de stab avec le profil d'aile FAD05-9% est de 0.1, ce qui est très faible et bien adapté à un profil symétrique fin type NACA006, dont le Cx est quasi constant jusqu'à environ Cz = 0.3 (ici polaires à Re = 100 et 200 k).

Mais bon, pas la peine de trop y accorder d'importance, la participation du stab à la traînée étant mineure :

On peut noter sur ce graphique que la traînée du fuselage est minimale à Cz = 0.65, c'est tout l'intérêt de bien choisir le calage d'aile.

6. Retour sur le graphe de motorisation (point 1). Le GMP retenu est bien adapté pour tenir le palier, la réserve de puissance avec 56 W électrique est même suffisante pour supporter une baisse temporaire d'éclairement. Par contre, avec cette puissance, PredimRC n'arrive pas à calculer les polaires en montée, ce qui signifie que les capacités ascensionnelles sont nulles ou presque. Du coup, j'ai cherché à déterminer quelle puissance permettrait un taux de montée minime, c'est à dire autour de 1 m/s : pour cela, il faut le double de puissance, soit 112 W électrique. Et encore, cela dépend fortement de la masse, il y a là aussi tout intérêt à travailler au maximum sur la masse.

En conséquence, il faudra dimensionner la propulsion sur une base d'environ 120W avec l'appoint des batteries (un petit LiPo 3S, par ex. 1500 mA.h me semble plus indiquée qu'un accu A123 4S, il sera bien plus léger et suffira amplement pour les courants en jeux), tandis que les cellules solaires devront fournir autour de 50 W en nominal pour le palier.

Franck

Bonjour Franck,

Pour des raisons de facilité de construction, nous préférons ne pas avoir le diedre central de 3°, cela aura une influence si on le met à 0° au niveau de la facilité à spiraler et à la tenue de cap?

Pour les ailerons et afin de maximiser la surface perpendiculaire au soleil et caser le plus grand nombre de cellule, nous préférons mettre les ailerons en bout d'aile au niveau des demi diedre externe. Y vois tu un inconvénient?

et dernière question: quelle taille au niveau des ailerons : 5cm x 50 cm?

Merci et on weekend

Patrick

Bonjour Patrick,

Etant donné ques les panneaux extérieurs sont de petites dimensions, le dièdre des panneaux intérieures est important pour la stabilité en roulis, ainsi que pour le roulis induit avec la dérive.

Pour la même raison, des ailerons disposés uniquement sur les panneaux extérieurs seront trop justes, il faut qu'ils occupent au moins 30 à 40% de l'envergure pour être a minima efficace, surtout sur un appareil aussi lent.

Franck

Bonjour Franck,

Je te remercie pour le coup de pouce que tu nous as donné, nous avons beaucoup travaillé et beaucoup appris.

Le modèle a pris l'air hier et dans l'ensemble ça a été, malgré quelques grosses frayeurs à cause du fuselage trop mou (la seule pièce que nous n'avons pas fait nous-mêmes). A renforcer.

http://imagesia.com/20160727-121355_19g4r

vidéo https://youtu.be/jQQkfSh3eRI

Les cellules peuvent produire jusque 150w mais je n'ai pas encore dépassé les 80w car nous avons un doute sur la fiabilité du convertisseur à découpage à pas cher.

Une fois réglé et dans des conditions de vent faible le modèle consomme entre 2 et 5A @ 16v selon le vent. Cette valeur sera plus précise après des vols plus longs.

Il pèse 3.4kg avec un accu de 4S 7200mah.

Un plus gros moteur a été posé avec un kv plus élevé pour permettre des décollages en sécurité sur notre terrain entouré d'arbres(280watts max).

Avec la sonde pitot nous avons programmé la vitesse air à 11m/s, je suis centré à 100mm, donc plutot arrière.

On pensait qu'il volait queue basse mais dure à dire, la vidéo ne donne pas cette impression.

Nous avons quasiment respecté les calages ailes et stab que tu nous as donné (a 1degrés près).

Les ailerons sont lents a réagir (dièdre oblige), la dérive est très efficace.

Penses tu qu'avec un centrage à 90mm le modele serait plus stable sur l'axe du tangage? quelques frayeurs par moment, il est vif. Test du piqué impossible, il n'aime pas les survitesses.

On essaiera de baisser la vitesse air à 10m/s voir à 9 mais peut-être devrait-on se garder un peu de marge?

JJ a mis l'autopilot au point et il est extremement stable, plus qu'avec moi aux commandes.

A nouveau merci, et on te tient au "courant" de la suite!

Bonjour Patrick,

Toutes mes félicitations pour ce premier vol, déjà très réussi 

Comme tu le pressens, les problème de stabilité en tangage sont à mon avis intimement liés à la souplesse du fuselage, qui diminue l'efficacité de portance du stab : en effet, pour un angle de rotation donné de l'aile lors d'un changement d'incidence, le stab pivote d'un angle moindre à cause du fuselage souple et participe donc mois qu'attendu à la stabilisation de l'axe de tangage.

Idem lors d'une prise de vitesse, un fuselage "mou" laisse le stab travailler "seul", avec à la clé un comportement problématique.

Reste aussi à voir les débattements de la profondeur, +/-10° est généralement un maximum avec un centrage à 3% de marge statique.

J'attends impatiemment la suite 

Franck