Avion résistant au vent

Le besoin s'est fait sentir de construire un avion de vol en immersion "de proximité". Une machine pour voler près du sol et dans un faible rayon. L'idée est de profiter du relief sans trop s'éloigner.

Dans ce cadre, je souhaitais en profiter pour faire des essais sur la possibilité de tempérer les effets néfastes du vent, avion qui tremblote ou tangue, ou encore difficulté à maintenir une trajectoire.

La mise en route du projet a débuté fin février dernier. A la base je m'orientais vers une solution du contrôle en roulis via les stabilisateurs horizontaux. Mais un essai rapide avec un avion en papier a suggéré que ce serait complétement inefficace. L'avion conserve quand même un stabilisateur de grande dimension.

Le fil de la construction, et de la suite, se passe ici :

http://aerofred.forumgratuit.org/t278-avion-resistant-au-vent

Alors que je m'apprête à faire les premiers vols avec de quoi enregistrer les paramètres de vol, il est intéressant de voir si les prévisions des performances sont correctes.

Premièrement, la polaire de l'avion :

Traînée de la cellule :

La traînée non liée à la portance est estimée en utilisant la méthode de Ilan Kroo que l'on peut trouver sur le site de Stanford :

http://adg.stanford.edu/aa241/AircraftDesign.html

(voir chapitre 4)

La méthode calcule la traînée des différents éléments composant un avion (aile, stabilisateurs, fuselage, etc.), la traînée de l'avion est alors la somme de celle de chaque élément. Elle se base sur la traînée de frottement d'une surface plane équivalente à la surface mouillée de l'élément, associée à un "facteur de forme" tenant compte des dimensions de l'élément (essentiellement longueur et diamètre pour le fuselage, corde et épaisseur pour les surfaces portantes). 

La traînée obtenue est celle d'une forme "parfaite", il faut donc la majorer en tenant compte de la traînée des imperfections de la cellule et de celle des accessoires tels antennes et caméras.

La position de la transition laminaire / turbulent doit être assumée, faute de mieux.

Pour le Razmotte, la position de la transition est assumée à 20 % de la longeur de chaque élément, c'est arbitraire, et c'est peu compte tenu des faibles Reynolds, mais l'état de surface fait douter que la transition soit plus reculée.

La méthode ne concerne pas la traînée liée à la portance, cette dernière est estimée via un calcul simple du coefficient d'Oswald pour la traînée induite, et via une extrapolation de la traînée du profil de l'aile pour la traînée de frottement.

Traînée des accessoires :

Émetteur vidéo :

Il est exposé au vent dans sa quasi totalité. D'une part pour assurer un refroidissement optimal, d'autre part pour surélever l'antenne.

La partie antenne peut être assimilée à un cylindre de 90 mm de long pour 4 mm de diamètre (la forme est plus complexe mais l'approximation semble raisonnable). Avec un Cx de 1,09, on a :

Cx.S = 1,09 x 0,09 x 0,004 = 0,00039

La partie électronique est basiquement un pavé de dimensions 40 x 22 x 15 mm. Partant d'un Cx à 1, on a :

Cx.S = 1 x 0,04 x 0,015 = 0.0006

La somme des 2 parties conduit donc à un Cx.S que l'on peut arrondir à 0,001.

Soit une traînée équivalente à près de 9 g à 45 km/h (densité de l'air à 1,1 kg/m3) et 28 g à 80 km/h.

Caméras :

La caméra RMRC-700 est grossièrement carénée. Une précédente expérience avait montré un Cx de 0,62 pour une caméra carénée et 1,33 non carénée. 

La mini caméra HD keychain a un Cx estimé à 0.9.

Cette dernière peut être montée sur la RMRC-700, permettant d'enregistrer en HD selon le point de vue "pilote". Dans ce cas les caméras forment un ensemble de dimensions frontales 50 x 32 mm environ. Un Cx de au moins 1 peut alors être raisonnablement assumé, conduisant à un Cx.S de :

Cx.S = 1 x 0.05 x 0.032 = 0,0016

Soit une traînée équivalente à 14 g à 45 km/h (densité de l'air à 1,1 kg/m3) et 44 g à 80 km/h.

Dans le cas où la RMRC-700 est utilisée seule, un Cx.S de 0.00072 est assumé (Cx = 0.8).

Traînées diverses :

Les imperferctions aérodynamiques de l'avion viennent encore augmenter la traînée totale d'un certain pourcentage. 

La traînée totale calculée est multipliée par 1,3 selon l'expérience acquise avec les précédents modèles. Mais on est parfois surpris.

Polaire de l'avion :

 Au final, on obtient une polaire approximative :

A partir de là, on peut alors passer aux performances en vol.