• Equilibre longitudinal aile volante


    Jeudi 30 Juillet 2020 à 15:05
    Franck.A

    Tuto proposé par Michel Sollacaro

     

    Bonjour à tous

    Les lignes qui suivent se veulent être un tuto permettant de dessiner simplement une aile volante à l’aide de PredimRC. Il va s’agir principalement de décrire la manière de combiner les différents paramètres d’une aile volante afin d’obtenir la stabilité de l’aile et ensuite son équilibre.

    On ne parlera pas cependant ici de recherche de performance particulière, qui nécessiterait à elle seule tant de chose à dire et difficile à maîtriser.
     

    La méthode proposée :

    On part du principe ici que l’aile volante que l’on va dessiner aura une géométrie plane et un profil d’aile unique. Bien sûr, il y aura éventuellement un fuselage et une ou des dérives. Seul le fuselage aura une influence (faible comparativement au reste) sur ce que l’on va chercher à obtenir (stabilité et équilibre) pour peu que les dérives restent verticales.

    D’abord la stabilité :

    La stabilité de l’aile va consister à définir son foyer. Ce dernier est uniquement fonction de la géométrie (la forme à plat) de l’aile que l’on veut concevoir.

    Et ensuite son équilibre :

    Il s’agit là d’équilibrer tous les éléments de l’aile qui vont influer sur sa tendance à cabrer ou à piquer, pour que l’ensemble vole droit. Ces éléments (élémentaires) sont :
    ·         La marge statique
    ·         Le profil
    ·         Le fuselage (dans une moindre mesure)
    ·         Mais aussi la forme de l’aile et sa répartition de portance (donc aussi son vrillage) 

    Chacun de ses éléments apportent à l’ensemble un « moment » (coefficients de moment) qui fait piquer ou cabrer. On va donc tout faire pour que la somme de ces « moments » (somme des coefficients de moment) soit nulle.

     

    1ère étape :

    En règle générale, quand on veut dessiner une aile volante, on choisit d’abord sa géométrie (sa forme à plat).

    PredimRC : on injecte sur l’onglet géométrie les différentes cotes permettant d’obtenir le dessin voulu

    Exemple :

    Ces cotes ont permis d’obtenir cette géométrie :

    PredimRC : on peut aussi mettre du dièdre si on veut.

    PredimRC : on introduit éventuellement les paramètres du fuselage.

     

    2ème étape :

    Choix de la marge statique, PredimRC : en règle générale, on prend 5%

    Choix du profil, PredimRC : maintenant on peut tester des profils dans l’onglet Réglages et voir ce que ça donne :

    Par exemple, un CLARKY bien connu (avec un coefficient de moment valant : Cm0= -0,084, lu sur la fiche.xls « profil » correspondante) et un FAD23 correspondant à un profil dit « autostable » (avec un coefficient de moment valant : Cm0= +0,010):

    Résultat de l’équilibre, PredimRC : le module VLM

    Ce module va nous permettre de trouver comment obtenir l’équilibre de l’aile, à laquelle on va associer un profil dans le but d’obtenir un « coefficient totale de moment » de valeur nul, c’est-à-dire une aile volante équilibrée.

    Le constat de notre exemple :

    Le résultat du module VLM indique (voir ci-dessus) que :
    ·         le « coefficient de moment » de l’aile seul (le dessin géométrique de l’aile), noté dans le module « Cm’CG » vaut -0,052.
    ·         le « coefficient de moment » de l’aile seul + le « moment » du profil CLARKY, noté dans le module « CmCG_p1 » vaut -0,136.
    ·         le « coefficient de moment » de l’aile seul + le « moment » du profil FAD23, noté dans le module « CmCG_p2 » vaut -0,042.

    On retrouve effectivement pour le CLARKY :
    CmCG_p1= Cm’CG + Cm0(clarky) = (-0,052)+(-0,084) = -0,0136

    Et pour le FAD23 :
    CmCG_p2= Cm’CG + Cm0(FAD23) = (-0,052)+(0,010) = -0,042

    Donc on n’a pas obtenu : CmCG_p =0. L’aile équipée de l’un ou l’autre de ces 2 profils, n’est pas équilibrée.

     

    3ème étape : Quoi faire

    1.       Première solution : trouver un profil dont le « moment » Cm0 vaut +0,052, on aurait alors
    CmCG_p= Cm’CG (-0,052) + Cm0(+0,052) = 0

    2.       Deuxième solution : braquer les gouvernes et ailerons vers le haut, afin de transformer ces profils en profils « autostables ».

    3.       Troisième solution : modifier la géométrie de l’aile pour l’adapter au profil souhaité, c’est-à-dire obtenir Cm’CG= +0,084 si on veut utiliser le CLARKY (mais je ne sais pas si une telle géométrie existe !), ou obtenir une géométrie dont le Cm’CG= -0,01 si on veut utiliser le FAD23.

    Pour la 1ère solution, les profils autostables dont le coefficient de moment vaut +0,052 ne courent pas les rues…

    Quelques profils parmi les plus « autostables » sont :
    ·         ABRIAL17 : Cm0=+0,041
    ·         MH78(ep.14,5%) : Cm0=+0,04
    ·         FAUVEL(14%) : Cm0=+0,028

    Il en manque encore pour avoir +0,052 !

    Pour la 2ème solution, l’effet du braquage des gouvernes, peut être simulé avec le module VLM

    Il faut (lire la notice) cocher la case « active gouvernes » du module et cabrer vers le haut les gouvernes en mettant des valeurs négatives au « débattement » :

    PredimRC : Pour le CLARKY, si on braque les gouvernes vers le haut de 7,5° alors l’équilibre est atteint :

    CmCG_p1=0

    PredimRC : Pour le FAD23, si on braque les gouvernes vers le haut de 2.1° alors l’équilibre est atteint :

    CmCG_p2=0

    Mais qu’on se rassure, ça fonctionne aussi avec des valeurs d’angles moins précises (tout ça sera de toute façon réglé finement lors des essais avec la réalité de la fabrication, mais ça permet de prévoir les débattements, le calage au « neutre » et donc le préréglage)

    Le braquage des gouvernes est donc une solution !

    Pour la troisième solution, changer la géométrie, on a la forme à plat à modifier, mais aussi le vrillage notamment qui joue aussi son rôle dans le « moment » de l’aile géométrique.

    Dans le tableau ci-dessous vous trouverez pour une géométrie d’aile de base (allongement 10, envergure 2.4m et corde constante), la valeur du Cm’CG de la seule géométrie, en modifiant de la flèche et du vrillage d’aile.

    Il reste alors qu’à constater quels profils peuvent être utilisés avec quelles géométries (je n'ai pas positionné tous les profils, seulement des exemples approximatifs, mais tous les profils devraient pouvoir trouver leurs géométries), et inversement (rappel : la somme du Cm’CG de la géométrie et du Cm0 du profil doit être égale à 0).

    Par exemple: l'aile (allongement 10, envergure 2.4m et corde constante) avec une flèche de 50 mm et un vrillage de 0 ou -0.5° irait avec le profil « autostable » HS2.0/8

    Ou cette aile avec une flèche de 250 mm et un vrillage de -1° irait bien avec un HS522

    Nota : en bleu, les configurations géométriques nécessitant un profil autostable




    Ces résultats illustrent un cas simple de géométrie, il faudrait aussi regarder d’autres paramètres géométriques pour affiner tout ça:
    ·         l’allongement,
    ·         l’effilement,
    ·         des cordes non constantes ou
    ·         un vrillage non constant.
    ·         Et bien sûr une combinaison de profils

     

    Conclusions :

    Une aile volante peut être conçue avec PrédimRC et les 3 éléments principaux précédents : géométrie, profil et gouvernes sont à utiliser et à combiner entre elles pour converger vers ce que l’on veut obtenir.

    Il faut quand même garder à l’esprit que le choix d'un profil "très autostable" est rarement la solution, car ses performances sont généralement mauvaises, surtout à l’échelle de nos modèles. A contrario, en travaillant sur l’aspect géométrique, principalement sur les surfaces en arrière du CG (donc celles qui vont agir majoritairement sur l'équilibre longitudinal), que ce soit en mettant du vrillage et/ou relevant les gouvernes, on a un bien meilleur résultat.

    Have fun

     




    Ce sujet est verrouillé. Vous ne pouvez donc pas poster de nouvelles réponses.