• SilverWind, un jet accessible

    Dernière MAJ : 03.11.2018 

    Voilà bien longtemps que je caressais l'idée de réaliser un « vrai » jet, avec cependant quelques exigences : simple et rapide à construire, pas trop encombrant, financièrement raisonnable (pour un jet s'entend...) et capable de décoller et de se poser sur une piste courte (70 m dans mon cas)… bref, un peu un mouton à cinq pattes… Le projet SilverWind était lancé !

    Pour vous donner envie de lire la suite, la vidéo du tout premier vol :

     

    Choix de la turbine

    Commençons par ce qui fâche, le budget (ici l'objectif est de moins de 1000 €, tout compris), conditionné essentiellement par la turbine. Pour rester dans une enveloppe serrée, il faut se tourner vers un moteur d’occasion d’environ 6 kg de poussée, car c’est un format à la fois très répandu et existant depuis pas mal de temps. En cherchant un peu sur les forums spécialisés et les petites annonces, et à condition d'être un peu patient, il est assez aisé d’en dénicher un exemplaire de marque réputée (KingTech K60/70, JetCat P60/70, FunSonic FS-52/60/70, Wren MW54, Artes JF-50 Bee, Behotec J55, SimJet 1200, Ram 500, etc.), entre 500 et 800 €, en bon état de fonctionnement et avec un potentiel raisonnable (disons autour de 10 h, parfois plus, soit autour de 200 vols) avant révision. Certes, à ce tarif, ce sont généralement des moteurs ayant une dizaine d’années ou plus (ce qui ne compromet pas la fiabilité, c’est le nombre d’heure de fonctionnement qui compte) et démarrant au gaz (et non directement au kérosène, mais c’est aussi un avantage par temps froid), sachant qu’on peut parfois dénicher des moteurs récents bradés (vu récemment : une turbine Ace / SwinWin 6 kg neuve est partie sur RC-Groups pour 900 USD…).

    Le principal inconvénient des moteurs de 6 kg de poussée, notamment les versions à démarreur intégré (sinon le démarrage se fait avec un gonfleur de camping), est leur masse : il faut compter environ 850 g, plus 300 g pour les servitudes (pompe, électrovannes, ECU et faisceau électrique) et environ 150 g pour le réservoir et les tuyaux. Pour pouvoir décoller et poser court, il faudra donc construire très léger et choisir une configuration aérodynamique appropriée : la formule delta est ici toute indiquée, car capable de voler aux grands angles (moyennant une traînée importante, c’est un avantage pour poser court), facile à réaliser et légère (peu de matériau et seulement 2 servos). Vue la masse totale prévue (moins de 3 kg à vide, cf. ci-après), la turbine sera bridée à environ 4 kg de poussée (via le régime max, cf. courbe régime / poussée fournie par le constructeur), ce qui permet au passage de substantiellement augmenter la durée de vie du moteur (moindres régime et température).

    Mon dévolu s’est porté sur une FunSonic FS-70, trouvée d’occasion en France au budget voulu et avec à peine 1 h 15 min au compteur. Elle délivre 7 kg de poussée (à 170000 tr/min) et a été bridée à 4.5 kg (145000 tr/min) pour la circonstance, ce qui permet de doubler –a minima- la durée de vie des roulements tout en ayant une poussée au décollage très confortable. Pour bien protéger le moteur, tout en le laissant respirer au mieux, une grille d'entrée d'air de grande surface à maille fine a été réalisée à partir d’une toile à passoire (roulée sur une forme en roofmate) renforcée par des arceaux en fil de carbone stratifiés à la cyano. Partant d’un moteur ancien et souhaitant le faire durer le plus longtemps possible, je me suis aussi penché sur le choix de l’huile : à lire ici.

     

    Vue d'ensemble

    Ma voiture imposant les dimensions maximales à 1 m d’envergure et 1.5 m de longueur, la surface alaire a été fixée à 50 dm² et la masse totale en état de vol à 2.8 kg à vide (3.6 kg avec 1 l de carburant), soit une charge alaire au décollage de 72 g/dm² et de 56 g/dm² à vide. En conséquence, la cellule nue devra peser autour de 1 kg. Etant donné le choix d’une formule delta, les profils ne sont pas du tout critiques sur les qualités de vol : l’aile tout comme les dérives utilisent un profil « planche », à bord d’attaque vif et bord de fuite affiné à la demi-épaisseur (en symétrique pour les dérives, uniquement à l’intrados pour les ailes).

    L'allure générale a été dictée par un compromis entre fonctionnel (légèreté, qualités de vol, simplicité d’installation de l'équipement, centrage sans plomb, etc.) et libre inspiration, avec par exemple des ailes rappelant celles du Saab Viggen ou du HAL light Combat Aircraft. Quand à la finition, elle est on ne peut plus adaptée au nom de baptême...

          

            

        

     Le plan :

     

    Déclinaisons possibles

    En limite basse de puissance, le SilverWind pourra être motorisé par une turbine de 2.4 kg de poussée (Lambert Kolibri T20, JetCat P20), avec une masse à vide autour de 2 à 2.2 kg. Dans une taille intermédiaire et d'un budget nettement plus raisonnable en occasion, malgré leur diffusion assez restreinte, une Wren 44, une KingTech K45 ou une SimJet 700 seront parfaites (plus légères et consommant moins à iso-poussée qu’une turbine de 6 kg bridée à 4 kg), surtout la première qui est particulièrement fiable (40 à 50 h de potentiel entre révisions).

    Grâce à l'installation en cabane, une turbine électrique (EDF) est possible sans aucune modification (si ce n'est, pour bien faire, l'ajout à l'arrière du fuselage d'un semblant de profilage, sur environ 100 à 150 mm de longueur, pour avoir un écoulement d'air moins turbulent en entrée turbine). Le SilverWind peut recevoir une turbine Ø75 à Ø90 mm et 2 kg à 4 kg de poussée, soit une masse de GMP (turbine + moteur + LiPo 6S + contrôleur + câblage) d’environ 800 g à 1400 g suivant la poussée. A iso-poussée, la masse en état de vol sera du même ordre de grandeur que celle obtenue à vide avec une turbine kérosène, pour une autonomie comparable (environ 5 à 6 min en vol calme).

    Le SilverWind peut facilement être décliné en différentes échelles, avec une masse au décollage du même ordre de grandeur que la poussée :
    - 125% : pour turbine kéro de 5 à 8 kg de poussée (type KJ66).
    - 75% : pour turbine de 1 à 2 kg de poussée, kéro (Jet Joe Junior, voir détails ici, Lambert Kolibri T15) ou EDF (Ø64 à Ø70 mm).
    - 50% : pour turbine EDF de 0.4 à 0.8 kg de poussée (Ø50 à Ø55 mm) .

    A chaque échelle, toutes les dimensions (y compris les épaisseurs de planches et baguettes) seront à agrandir ou réduire du même facteur. Pour les déclinaison les plus petites, une réalisation tout dépron, type "Rafale Pinson", est envisageable sans souci, en faisant attention à la rigidité en flexion et torsion des ailes.

     

    Réalisation

    La construction, d’une grande simplicité, est entièrement en bois et colle aliphatique (y compris la stratification des renforts en fibre, testé sur éprouvette) :
    - Ailes : en planches de balsa plume 8 mm, renforcée de 4 longerons en samba 8x8 (un à l’avant, deux de part et d’autre du foyer de l’aile et un dernier côté gouverne) et de tissu de verre 100 g/m² + fils de carbone (au niveau de la planche recevant le train arrière), plus un ceinturage des bords d’attaque et des saumons en pin 8x3. Sur l’extrados, quatre baguettes samba 8x8 assurent la continuité du fuselage jusqu'au bord de fuite de l’aile (avec un recouvrement de 100 mm en partie basse du fuselage et environ 30 mm en biseau en partie haute). Au niveau des dérives, deux baguettes samba 8x8 assurent le raidissage sur toute la corde, complétées, à l'aplomb de chaque train d’atterrissage, par un renfort en samba 8x4 plus samba 8x8 taillé en triangle, prolongé vers l’arrière par une baguette balsa triangulaire 8x8 pour encadrer la fixation de chaque dérive.
    - Fuselage : de section carrée en balsa 4 mm léger, il est renforcé aux quatre coins par des baguettes balsa triangulaires 15x15, encochées en partie basse (au cutter, après collage) pour pouvoir réaliser le chevauchement (sur 100 mm) des baguettes samba 8x8 assurant la prolongation vers l'arrière. L’assise du capot est renforcée par des baguettes samba 8x3, tandis que les couples et support de servos sont en samba 8x8. Tout l'intérieur du fuselage est imperméabilisé contre le carburant par de la colle aliphatique diluée à 50% d'eau passée au pinceau.
    - Capot : en balsa 4mm léger, plus deux taquets en CTP 2 mm permettant de le verrouiller sur deux traverses du fuselage, avec à l’arrière un bout de scotch pour le soulever et permettre ainsi son coulissement sur le fuselage.
    - Dérives : en balsa 4 mm léger (à coller en dernier, après entoilage de tous les éléments).
    - Berceau moteur : en CTP 4 mm peint, fixé sur le fuselage par des vis M3 vissées sur des écrous à griffes.
    - Train d’atterrissage : d’origine HobbyKing, la jambe avant est fixée sur une CAP Ø3 (terminée par un palonnier en époxy 2 mm) tandis que les jambes arrière sont fixée sur des tiges filetées M3. Ces axes traversent tous un tube en laiton collé à la cyano dans la structure, renforcée localement d'une semelle en CTP 4 mm. A l’arrière, sur chaque jambe, une CAP 2 mm s'insérant à la place de l'un des axes d'articulation et brasée sur une semelle en tôle d'acier galvanisé (elle-même bridée par un taquet en époxy 2 mm), assure l’anti-rotation et la reprise d'effort.
    - Entoilage : entièrement réalisé en Solartex gris métal, plus quelques coupons de scotch alu en protection des zones « chaudes » (en fait à peine tièdes, grâce au passage d’air canalisé sous le moteur, assurant une bonne ventilation par effet venturi).
    - Réservoir : réalisé à partir d’une bouteille de jus de fruit de 1 l et équipé de tubes plastiques collés à la cyano pour le remplissage et la mise à l'air, plus une traversée de cloison annelée en laiton et un plongeur / filtre en Porex (normalement pour moteur de tronçonneuse). Aucun piège à bulle n’est utilisé, inutile grâce à la liaison directe avec la pompe, sans raccord rapide (qui laisse toujours rentrer de l’air dans le circuit à cause de la dépression de la pompe). L’installation est du coup à la fois simple, légère et fiable.
    - Commandes : l’articulation de chaque ailevon est assurée par trois charnières à axe, tandis que la commande est composée d’un guignol en époxy 2 mm (collé à l'époxy sur la gouverne, via deux tenons la traversant plus deux goupilles en bambou Ø3 lg. 20 mm) et d’une CAP 1.2 mm coulissant dans une gaine Ø2xØ3. Au plus près de la gouverne, la gaine est collée à la cyano sur deux supports en CAP pour éviter tout flambage.

          

          

          

     

    Installation radio et réglages

    Les servos retenus sont des TowerPro MG996R pour les ailevons et un standard basique pour le train d’atterrissage, alimentés par un régulateur à découpage 5V/5A et un accu LiPo 2S 1000 mA.h qui assure aussi l’alimentation de la turbine. Cela semble peu, mais un vol de 5 min ne consomme qu’environ 150 mA.h, démarrage et ventilation du moteur inclus. La radio est une NextStepRC équipée d’un module muti-propotocole et d’un récepteur 6 voies FrSky avec télémesure.

    La masse totale de la structure est de 1010 g, plus 150 g d’entoilage, pour une masse finale de 2790 g à vide (+ 800g de plein, soit environ 5 à 6 min de vol).

    Les réglages sont les suivants :
    - centrage à vide : 390 mm (3% de marge statique sous PredimRC)
    - centrage plein fait : 364 mm (7% de marge statique)
    - calage ailevons : -6.5 ° (-8 mm)
    - ailerons (depuis le calage ailevons) : +/- 11° (+/- 13 mm)
    - profondeur (depuis le calage ailevons) : +/- 17° (+/- 20 mm)
    - roulette avant : +/- 25°

    Le train d’atterrissage est rehaussé à l'avant pour donner 3° d’incidence à l’aile au roulage, tandis que la position des jambes permet d’obtenir le chargement suivant (important pour la tenue de cap au roulage, le pilotage étant assuré uniquement par la roulette avant, sans dérive mobile pour prendre le relais) :
    - à vide : 22% du poids sur train AV, 39% sur chaque train AR
    - plein fait : 28% du poids sur train AV, 36% sur chaque train AR

    La turbine est calée avec un piqueur de 3°, de manière à limiter la tendance à piquer dûe à la poussée.

     

    Le vol

    Le premier décollage, effectué en seulement une trentaine de mètres, a évidemment été un grand moment ! Beaucoup d’incertitudes (validité du calcul du centrage avec un fuselage tronqué, débattements et calage des ailevons, incidence de roulage, répartition du chargement des trains, tenue de la fixation du train arrière, poussée de la turbine, etc.) ont été balayées dès les premières secondes de vol, tout était impeccable. Le tenue de cap est parfaite, les réactions sont saines et précises, et chaque action sur les manches est fidèlement retranscrite (on le voit d’ailleurs nettement sur la vidéo du premier vol où je teste, à différentes allures, les réactions par des coups secs à la profondeur et aux ailerons).

    Le domaine de vol est particulièrement étendu, allant d'une vitesse mini digne d'un traîner à une vitesse maxi plutôt élevée, un peu trop même car à la limite de ce que peut supporter la structure : on sent apparaître un léger flottement au plein badin, le flutter n'est pas loin et il vaut mieux réserver la pleine puissance au décollage et aux phases ascendantes, spectaculaires. Pour le reste du vol, à peine un quart de gaz suffit à voler sereinement, tandis que l’appareil est déjà très démonstratif à mi-gaz tout en restant facile à piloter. La voltige de base, positive et négative, passe très proprement et sans aucun effet induit, et cela de manière coulée pour ne pas trop forcer sur la structure.

    L’atterrissage n'est pas particulièrement délicat, mais demande un peu d'anticipation à cause du délai de réponse de la turbine. Il faut aussi prendre en compte la poussée résiduelle, autour de 0.3 kg pour un moteur de 6 kg de poussée nominale, qui nécessite soit d’arriver et poser aux grands angles en tenant l’appareil au moteur, soit de couper ce dernier une fois la piste bien alignée. En cas de posé dur ou en cas d'atterrissage d'urgence dans un pré (cela m'est arrivé une fois), la corde à piano du train se plie un peu vers l'arrière, tandis que le train arrière ne bouge pas. Il n'y a plus qu'à redresser le train avant pour repartir.

    En l'absence de piste en dur, il suffit de remplacer le train par des patin en CTP pour l'atterrissage tandis que, pour le décollage, il faudra utiliser soit une catapulte, soit un chariot à grosses roues. Dans les deux cas, la poussée supérieure au poids permet de décoller en sécurité.

    Montage d'une Wren 44 Gold

    Le temps d'une maintenance de la FS-70 (capteur de régime HS, c'est une faiblesse récurrente de ce moteur...), j'ai ré-équipé le SilverWind avec une antique Wren 44 Gold que je viens de restaurer. La masse à vide est descendue à 2.5 kg pour 3.6 kg de poussée. Le décollage est un poil plus "long" et les phases de vol plein gaz moins spectaculaires qu'avec la FS-70, mais cela reste plutôt démonstratif, tandis que l'atterrissage est encore plus facile, sans avoir à couper la turbine (la Wren ne pousse que 0.15 kg au ralenti).

    Une vidéo :

    Et quelques photos :

       

       

    Copyright Franck Aguerre / RC Aero Lab