Que ce soit à la pente ou en plaine un planeur de voltige se doit d’avoir un excellent taux de roulis. En plaine, on pratique traditionnellement une voltige coulée souvent moins exigeante sur ce point. Mais en concours il arrive que les enchaînements imposés comportent des tonneaux verticaux complets ou partiels ascendants ou  descendants, la découverte de ce genre de figure dans les programmes inconnus suscite parfois quelques commentaires inquiets de la part des pilotes. Ceux-ci se sentiraient plus sereins et mieux armés avec un planeur capable, lorsque nécessaire, de passer le tonneau en 2 à 2.5s plutôt qu’en 3s ou plus.

A ce propos, il apparaît tout à fait navrant que suite au concours d’Eauze 2004 le programme du fly-off des concours de voltige planeur   ait été modifié. Ce programme comportait une figure assez délicate : une boucle carrée avec ½ tonneau dans les branches montantes et descendantes. La plupart des planeurs présents à Eauze, même aux mains d’excellents pilotes, n’ont pas réussi à passer cette figure et pour les concours suivants les tonneaux ont été supprimés… Etait-ce là une bonne raison pour modifier les règles du jeu pour l’ensemble de la saison? C’est un peu comme si en F3F on modifiait  le règlement en plafonnant à 40s le temps des planeurs passant sous cette limite, sous le prétexte que les performances de la plupart des autres planeurs, « même aux mains d’excellents pilotes », ne leur permettent pas  de descendre au dessous de ce chrono !!!

 Les compétitions ont généralement pour but de faire progresser les pilotes, mais aussi ne l’oublions pas les planeurs. Sur les circuits les champions apparaissent puis disparaissent, et au final ce que la compétition lègue à la communauté modéliste, c’est principalement l’amélioration des machines. Il serait bien dommage de renoncer à cet objectif dans l’une des dernières disciplines où la construction amateur a encore véritablement les moyens de s’exprimer sans mettre en œuvre des techniques dignes de professionnels.

Plutôt que de supprimer complètement les tonneaux, une meilleure option aurait été de laisser la figure telle quelle dans le programme, en laissant le choix aux pilotes de faire ou non les tonneaux : ne pas mettre un zéro  à ceux qui choisissent de ne pas faire les tonneaux et octroyer un bonus à ceux qui réussissent correctement la figure complète. Cette option n’aurait en rien diminué l’intérêt des compétitions, bien au contraire. Fin du coup de gueule.

Sur le F-CIEL la vitesse de roulis est déjà très bonne (le tonneau passe en 2.5s ou moins suivant la vitesse du planeur) mais pour obtenir encore mieux sur le SYMETRIX nous avons opté pour :

• des cordes d’aileron plus importantes (32% de la corde au saumon)
• une envergure légèrement réduite (4m au lieu de 4m30)
• des ailerons débouchant au saumon (comme sur un Swift)
• un couplage aileron - volet   optimisé (voir ci-après)

Compléments sur vitesse de roulis et tonneaux

Lors du repas organisé à l’occasion du concours F3F de Briançon 2004, un débat passionné a opposé Sudistes et Bretons à propos des planeurs de voltige :

• d’un côté les Sudistes, Jérôme Bobin en tête, ne juraient que par les planeurs à volets et  par le quadroflaps, selon eux cette solution améliore sensiblement la maniabilité en roulis et en tangage,
• de l’autre les Bretons, menés par Guillaume Leroyer, affirmaient que les ailerons seuls sont bien suffisants pour assurer un taux de roulis adéquat et que les volets en détériorant le profil n’amènent que de la traînée supplémentaire.

Le souvenir de cette discussion nous a récemment incité à rechercher quelques éléments de réponse objectifs à ce débat. N’ayant pas trouvé rapidement de réponse sur internet, nous avons développé quelques calculs simples dont voici les principaux résultats :

En intégrant le moment des forces de portance sur  l’envergure de la voilure, il est possible de calculer de manière approchée la vitesse de roulis. Ce calcul ne prend pas en compte les effets d’écoulement 3D et de nappe tourbillonnaire (théorie de Prandlt), mais on doit pouvoir le considérer comme une approche pas trop idiote pour les faibles débattements d’aileron et pour les faibles Cz de vol, c'est-à-dire dans le cas d’un tonneau horizontal à vitesse élevée ou encore en tonneau vertical. Précisons là encore qu’il ne s’agit que d’une approche personnelle dont la validité reste encore à démontrer. Son but n’est pas de calculer précisément une vitesse de roulis mais de déterminer comment la géométrie de l’aile et du profil influent sur la vitesse de roulis.

Aile rectangulaire fullspan

Aile rectangulaire à ailerons :

Par rapport à la configuration fullspan la vitesse de roulis est réduite d’un coefficient 1-K².  Le tableau ci-dessous donne les valeurs de ce coefficient pour plusieurs dimensions d’aileron.

On peut voir que, passer d’une configuration à 70% d’aileron à une configuration fullspan, ne fera gagner que 9% sur la vitesse de roulis. Par contre la traînée d’aileron augmentera proportionnellement à la taille de l’aileron, soit de 30%. Ainsi nos amis bretons semblent ne  pas avoir complètement tord.

Il faut cependant remarquer que 9% en moins sur la vitesse de roulis n’est pas forcément  négligeable, une telle réduction peut en effet être tout à fait sensible pour le pilote. Sur le F-CIEL lorsque le couplage aileron=>volet est supprimé, le tonneau passe en 3s au lieu de 2.5s, c'est-à-dire que la vitesse de roulis ne diminue que de 17%, ce qui peut paraître faible. Et bien ce n’est pas négligeable du tout : on a alors la sensation que le tonneau n’en fini plus, que les ailerons n’ont plus aucune efficacité, et que le planeur a perdu toute vivacité. Il convient donc d’être circonspect avant d’affirmer qu’il n’est pas grave de perdre quelques % en vitesse de roulis.

Aile simple trapèze à ailerons

Cette formule permet d’étudier plus précisément l’influence conjuguée de l’effilement et de la longueur des ailerons sur la vitesse de roulis.

 

Dimension optimale des ailerons

Minimiser l’énergie perdue par le planeur pendant un tonneau est sans doute intéressant en voltige, par exemple pour multiplier les tonneaux dans un programme libre ou exécuter des cercles en tonneau sans trop perdre d’altitude.

Dans le cas d’un planeur à ailerons seuls, il existe pour un braquage donné, une dimension d’ailerons qui minimise l’énergie perdue au cours d’un tonneau réalisé en vol horizontal. En effet si l’on part d’une configuration fullspan, en réduisant très légèrement la longueur des ailerons côté emplanture (donc K>0) la traînée d’aileron sera sensiblement réduite et ceci quasiment sans diminution de la vitesse de roulis. Par contre si on réduit exagérément  la longueur des ailerons,  le tonneau deviendra très lent et même avec une traînée d’aileron faible, la seule traînée du planeur en lisse pendant toute la durée du tonneau fera perdre beaucoup d’énergie. Entre ces 2 cas extrêmes il existe donc une longueur d’aileron qui minimise l’énergie perdue pendant l’exécution d’un tonneau en vol horizontal.

Le calcul de cette longueur optimale est assez simple dans le cas d’une aile rectangulaire, et donne une idée du dimensionnement optimal des ailerons.

Remarque importante : ces calculs ne sont valables que pour des tonneaux en vol horizontal à vitesse élevée. Dans le cas d’un tonneau vertical ascendant, la perte d’énergie cinétique due au poids est nettement supérieure à la traînée du planeur, pour minimiser l’énergie perdue il conviendra de réaliser le tonneau le plus rapidement possible et donc d’avoir la vitesse de roulis la plus élevée possible (et il n’y a pas besoin de gros calculs pour se  convaincre de cette lapalissade !). Ce constat peut justifier à lui seul l’utilisation d’un couplage aileron=>volet

Couplage ailerons =>volets

            En première approximation, dans le cas d’une aile rectangulaire, la vitesse de roulis en présence d’un couplage aileron vers volet est :

La question qui se pose est la suivante : entre la solution d’un couplage aileron=>volet à 100% (soit l’équivalent d’une aile fullspan) qui permet d’avoir la plus forte vitesse de roulis, et une solution de type ailerons seuls (couplage= 0%) avec longueur d’aileron optimisée pour réduire la perte d’énergie en tonneau, existe-t-il une loi de couplage aileron=>volet qui permettrait de gagner simultanément sur les deux tableaux ?

Mathématiquement la réponse est oui, mais ceci nécessite que le profil côté emplanture s’y prête. Pour qu’un gain en vitesse de roulis soit possible sans augmenter l’énergie perdue au cours d’un tonneau horizontal, il faut que le généré par le braquage des volets reste faible et n’augmente pas proportionnellement au débattement. Ceci n’est pas le cas pour tous les profils, souvent  le débattement des volets ne devra pas dépasser 10° à Re=500000 et même moins pour des Re plus faibles.

Le tableau précédent montre que pour les faibles débattements d’ailerons (soit (Cx+)/Cx très faible) la longueur optimale des ailerons est voisine de 100%. La configuration optimale est donc proche d’une configuration fullspan. Pour les très faibles débattements, les volets pourront donc débattre comme les ailerons. Pour les forts débattements d’aileron, le débattement des volets devra par contre être limité comme indiqué ci-dessus pour limiter l’augmentation de traînée.  La courbe optimale de couplage aileron => volet minimisant l’énergie perdue en tonneau, devrait donc avoir l’allure suivante :

En conclusion

Les élucubrations mathématiques ci-dessus ne constituent qu’une approche très approximative du problème (elles négligent notamment les effets de nappe tourbillonnaire). Elles confortent cependant des choix classiques :

- des ailerons faisant50% de la longueur de l’aile ont déjà une bonne efficacité, et s’il font70% ils assurent alors plus de 90% de la vitesse de roulis que donnerai une configurationen full span

- le couplage aileron=>volet doit être maximum lorsque l’on veut avoir la meilleure vitesse de roulis, mais doit être plus limité si l’on veut optimiser la perte d’énergie en tonneau horizontal.

Quant au débat entre Bretons et Sudistes, je ne suis pas sûr que ces calculs permettent de le trancher de façon définitive. Il semble en effet que chacun ait des priorités différentes : maximiser la vitesse de roulis pour les uns ou minimiser l’énergie perdue en tonneau pour les autres. L’utilisation de volet parait cependant être une solution polyvalente : pour peu que l’on traite correctement les fentes de gouverne, elle permet, suivant la loi de couplage choisie, d’opter soit pour une vitesse de roulis maximale, soit pour une traînée minimale en tonneau. Mais en vérité comme nous le verrons plus loin, le véritable intérêt des volets n’est pas tant dans le gain possible en vitesse de roulis que dans l’optimisation du Cx en fonction du Cz de vol que permet un couplage profondeur=>volet bien adapté.

Reste à examiner d’un peu plus près comment varient les paramètres et en fonction de différents paramètres comme : le profil, la corde de volet, ou le braquage. Ceci pourrait permettre de définir des profils de saumon particulièrement efficaces en tonneau et donc en voltige, il y a encore du travail sur la planche….

Figures exotiques

Les dernières exigences que nous aurons pour notre futur planeur ne sont pas propres à la voltige en plaine. Disons même quelles viennent directement du vol de pente et de certaines séances très fun où le rire et la recherche de figures insolites l’emportent sur la quête de la perfection académique !

Nous avons en effet souhaité que le SYMETRIX soit non seulement capable d’une voltige classique de qualité mais aussi de quelques figures moins courantes, capables d’égayer nos programmes libres.  Une excellente agilité sur les 3 axes permet déjà quelques figures fort « intéressantes » (ce sera le sujet d’un chapitre « voltige totale » à venir), mais au-delà de cette agilité nous nous sommes fixés 3 objectifs complémentaires :

• optimiser la portance du fuselage pour avoir un vol tranche le plus démonstratif possible. Le F-CIEL est déjà plutôt performant dans ce domaine, cependant à une échelle différente le VOLTIJ montre clairement qu’il est sans doute possible de faire encore mieux.

• Optimiser l’exécution des figures déclenchées. L’idéal serait d’être capable, comme l’était notre planeur ECRINS (combinaison de profils SB96V/SB96VS), d’enchaîner 2 tonneaux déclenchés (un à droite puis un à gauche) puis de continuer en vol à plat sans décrochage et sans perte sensible d’altitude. En tous cas nous il est fortement souhaitable de ne pas avoir à débrayer le couplage profondeur=>volet ni à mettre les ailerons en négatif pour passer des déclenchés corrects (ce genre de manipulation est en effet fort peu pratique en compétition). Un profil de saumon très spécifique sera  nécessaire pour atteindre cet objectif.

• pouvoir utiliser des débattements de gouvernes de type 3D afin d’envisager, comme sur le MADSLIDE de BPLR ou encore sur le KULBUTIN, des figures décrochées du style salto, descente en culbute, ou vrille à plat. La hauteur du fuselage au niveau du pied de dérive et le dessin du palonnier de profondeur devront être prévus en conséquence.

SUITE DE L'ARTICLE (3ième partie)

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