Tests du tube de Pitot Eagle Tree

J'essaye d'approfondir mes connaissances en aérodynamique et bien sûr de les mettre à l'épreuve de quelques essais en vol. Dans ce sens, une mesure fiable de la vitesse des avions est indispensable.

Le Père Noël m'a apporté un GPS pour mes avions. Il s'agit du capteur GPS pour le data logger de chez Eagle Tree, un petit machin qui marche plutôt bien.

C'était l'occasion de confronter les mesures de la vitesse du GPS à celles du tube de Pitot (le "airspeed microsensor"). Force est de constater une légère différence, le tube de Pitot donnant en moyenne une vitesse légèrement inférieure, chose que j'avais déjà constaté avec l'anémomètre de la soufflerie.

Le GPS calcule la vitesse d'après la position de l'appareil, il s'agit donc d'une vitesse relative au sol, on ne connait pas la vitesse de l'avion dans l'air, mais la vitesse de l'avion et de l'air (vent...).

Le tube de Pitot quant à lui, tire sa mesure de l'air, il est donc insensible au vent (sauf rafale), mais il est sensible à la densité de l'air. Malheureusement, le tube Eagle Tree dispose d'une correction avancée selon la température, comme indiqué dans le manuel... allez savoir ce que cela veut dire exactement ! toujours est-il qu'à priori, ça complique une correction "manuelle" selon la densité de l'air.

Bref, la comparaison n'est pas gagnée d'avance !

Premièrement, je me posais la question de l'influence de l'angle que fait le tube de pitot avec le flux d'air sur la précision de la mesure, en effet à faible vitesse l'angle d'attaque de l'aile est bien plus prononcé qu'à haute vitesse. Pour estimer cette influence, j'ai fait quelques tests en soufflerie avec le tube monté à 0°, 10° et 20° :

Un angle de 20° correspondant à une valeur largement supérieure à ce qui peut être atteint en condition normale de vol. La mesure du tube de Pitot est ensuite comparée avec celle de l'anémomètre de la soufflerie. Ce dernier étant corrigé d'après un calibrage effectué il y déjà quelques temps, mais qui semble solide au vu des résultats de mes tests d'hélices (comparés à ceux de l'UIUC).

La méthode est la suivante: enregistrement par le data logger de la vitesse "Pitot", enregistrement par caméra de la valeur affichée par l'anémomètre, cette dernière est notée toutes les 3 secondes (ça fait déjà un paquet de valeurs à entrer manuellement !), sélection des valeurs "anémomètre" stabilisées (l'anémomètre met quelques secondes à se stabiliser), extraction des valeurs "Pitot" moyennées sur 3 secondes correspondantes ...

Un premier "run" a été effectué à 0°, vitesse enregistrée toute les 5 secondes, puis à 10°, 20° (toutes les 3 secondes) et enfin encore une fois à 0° (3 secondes) pour vérifier la répétabilité.

Ci-dessous, la vitesse "pitot" selon la vitesse "anémomètre"

 On peut déjà noter que le tube de Pitot n'est pas influencé par un angle d'attaque allant jusqu'à 20° ! chose qui me surprend plutôt agréablement !

La répétabilité (run 1 et run 4) n'est pas excellente à basse vitesse, mais la précision en général n'est pas très bonne en dessous de 40 km/h. On note également un aspect légèrement "courbe" de la mesure "pitot" comparée à l'anémomètre.

Toutefois, on est en gros dans le même ordre de grandeur... alors où est l'influence de la densité de l'air ? je suis quand même à près de 900 m et la densité de l'air ce jour était estimée à 1,126 kg/m3 contre les 1,225 kg/m3 de l'atmosphère standard à 0 m d'altitude. La correction à établir devrait alors être de l'ordre d'un facteur 1,04. Et en effet, correction appliquée, la vitesse "pitot" se rapproche de la vitesse anémomètre :

Pour être honnête, il faut encore préciser que la vitesse de l'air n'est pas constante dans la largeur de la veine de test. Cependant, le tube de pitot était positionné à un endroit (à 8 cm du centre) où la vitesse avait déjà été estimée comme étant la même qu'à la position de l'anémomètre (voir ici).

La précision du tube de Pitot est toute relative, mais au vu des résultats on peut estimer qu'elle correspond bien à ce à quoi l'on pourrait s'attendre avec ce genre d'instrument.

La question se pose alors de la différence constatée en vol avec le GPS...

Sur 9 minutes de vol, avec une correction de 1,05 pour le Pitot, j'ai enregistré une vitesse moyenne de 38,8 km/h au GPS contre 35,5 km/h pour le tube de Pitot (je sais, je vole très lentement !), différence qui ne peut s'expliquer que par l'effet du vent, pourtant très calme ce jour (mais en fait, après une petite vérification matheuse de l'influence du vent sur les mesures moyennes de la vitesse "air" et "sol", il semblerait que la différence, dans le cas d'un vol modéliste, cercles aléatoires à faible distance puis retour au point de départ, soit des plus minimes, de l'ordre des 1 % de plus pour la vitesse air pour des vents de moins de 10 km/h). L'anémomètre sur lequel j'ai calé le tube de Pitot peut bien sûr être sensiblement faux, malgré la bonne corrélation avec les tests d'hélices de l'UIUC et le calibrage effectué. La vitesse indiquée par le GPS est parfois incohérente, surtout en évolution serrée... Alors ? qui a raison ??