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Petit panorama des profils symétriques
Thierry Platon 01/05/2006 |
Les
profils du SYMETRIX ont été conçus il y a déjà près de 3 ans. Voici aujourd’hui
une étude plus récente et plus générale qui va nous permettre de présenter
quelques profils plus récents et tout à fait dignes d’intérêt.
Nous avons repris le même type de démarche que dans
notre étude sur les profils de voltige (voir planet soaring août 2004). Le tableau Excel Profils
symétriques (fichier excel) regroupe donc les paramètres aérodynamiques
caractérisant 27 profils symétriques différents. Ces paramètres sont les suivants :
Cx :
Il s’agit du Cx à incidence
nulle, pour un profil symétrique le Cx à incidence nulle est en général égal au
Cx minimum du profil. Ce paramètre caractérise la capacité de prise de vitesse
du profil : au plus Cx est
faible au plus le profil est rapide.
De façon à pouvoir faire des
comparaisons adaptées au domaine de vol de la voilure, les Cx sont présentés
pour plusieurs Reynolds de vol. En fait les paramètres figurant dans le tableau
sont :
Cx1M =
100*Cx à Re=1000000
Cx500k =100*Cx
à Re=500000
Cx300k =100*Cx
à Re=300000
Cx200k =100*Cx
à Re=200000
Cx100k =100*Cx
à Re=100000
Cz :
Dans l’étude sur les profils
de voltige nous avions utilisé les paramètres Cz+ et Cz- pour caractériser la
portance des profils en vol ventre (Cz+) et en vol dos (Cz-). S’agissant ici de
profils symétriques la portance est la même dans les 2 sens (Cz+=Cz-), le tableau ne donne donc qu’une
seule valeur notée Cz.
Par ailleurs, les volets
étant a priori systématiquement utilisés sur un planeur à profil symétrique,
nous ne donnons que des valeurs de Cz
avec volets (volets à 30% de la corde et 10° de braquage)
Cz500k et Cz200k
sont respectivement les Cz à Re=500000 et à Re=200000 mesurés pour Cx=0.02
Cz100K est le Cz à Re=100000
mesuré à Cx=0.03
Q :
Ce paramètre vise à
caractériser la capacité de restitution d’un profil (c'est-à-dire son aptitude
à accepter de forte charge alaire et prendre des vitesses élevées). C’est un
paramètre important à prendre en compte pour la voltige académique et la
voltige en plaine. Il se calcule de la façon suivante :
Q1M = Cz200k/Cx1M
Q500k= Cz200k/Cx500k
Q300k=Cz100k/Cx300K
Pour la justification de ce
paramètre on se reportera à l’article d’août 2004 sur les profils de voltige.
Si
on ne s’en tenait qu’aux paramètres de type Cx, Cz et Q, les capacités
acrobatiques d’un profil symétrique tel que MG05 pourraient paraître bien
fades. Or il n’en est rien du tout, l’observation d’un VOLTIJ lors des
compétitions en plaine montre clairement la supériorité de MG05 par rapport aux
autres profils. En partant d’une même altitude, un VOLTIJ est capable de
réaliser bien plus de figures qu’un planeur de conception identique équipé d’un
profil classique. Jean-Michel YVE s’est d’ailleurs fait une spécialité de se
genre de démonstration en multipliant les figures dans les derniers 30m de ses
programmes libres. Alors que tout le
monde s’attend à le voir faire un dernier passage dos et se poser, Jean-Michel
se met à enchaîner, ½ cercle en tonneaux, tonneau à facettes, humpty bump, passage dos,
renversement, etc…avec
une machine qui semble ne jamais perdre son énergie !
On peut penser que cette supériorité
du VOLTIJ est principalement due aux performances en vol dos de son profil
symétrique, mais ceci ne parait pas être la seule raison. La conservation de
l’énergie du VOLTIJ semble aussi liée
aux excellentes performances du profil MG05 en vitesse de roulis et en traînée
d’aileron : ce planeur reste en en effet très vif en roulis, même à basse
vitesse, et malgré une configuration full-span les
tonneaux semblent ne pas lui faire perdre de vitesse.
Conclusion: pour caractériser l’adaptation d’un
profil à la voltige, les performances en vitesse de roulis et en traînée
d’aileron sont aussi importantes, et voire plus, que les performances pures en
Cx et en Cz. Pour tenir compte de cet
aspect nous avons fait figurer dans notre tableau les paramètres
ci-après :
Delta-Alpha :
Ce paramètre est directement
proportionnel à la vitesse de roulis, il a déjà été décrit dans le chapitre 2
de cette saga. Nous avons défini Delta-Alpha comme la
différence entre les angles d’incidence à portance nulle pour des braquages
d’aileron opposés. Pour tenir compte des contraintes de convergence de calcul
liées à X-foil nous avons choisi ici d’évaluer Delta
Alpha pour un une corde d’aileron de 30% et pour des braquages de +10° et -10°.
Il serait cependant souhaitable de pouvoir aller jusqu’à 20° afin d’être plus
proche des braquages maximum utilisés dans la pratique.
L’analyse de Delta-Alpha
fait apparaître des différences notables entre profils. Pour les Reynolds
élevées (Re > 400.000) tous les profils semblent
globalement avoir la même valeur de Delta-Alpha ( Delta-Alpha
≈13.5°), par contre il n’en est absolument pas de même pour des Reynolds plus
faibles. Les courbes de la figure ci-dessous
montrent par exemple que pour Re < 300.000
un profil comme SD8020 est moitié moins
efficace en roulis que MG05. SD8020 est le profil du VECTOR III, planeur
Taïwanais dont il a été récemment question sur la liste planet
soaring. Le nouveau profil TP29 semble au contraire
très performant en vitesse de roulis.
Profitons des ces considérations sur l’efficacité
des ailerons pour revenir sur les
calculs de vitesse de roulis présentés dans le chapitre 2. Nous avons indiqué
qu’une valeur approchée de la vitesse angulaire de rotation était :
Vitesse
de roulis = 
= 3/2*(Δα0 * V/L) * (1-K²)
On
aura remarqué que cette vitesse ne dépend absolument pas de l’inertie de la
voilure. Ceci peut paraître étonnant mais s’explique car il s’agit là de la
vitesse en roulis stabilisé (c'est-à-dire « un certain temps » après
la mise en roulis).
L’inertie
de la voilure a par contre une influence sur la durée de la mise en
roulis elle-même: en début de tonneau l’évolution de la vitesse angulaire
en fonction du temps
dépend d’une constante de temps τ selon la formule suivante :
Au
bout d’un temps τ la vitesse de
roulis atteint 63% de la vitesse
stabilisée, et au bout de 3τ la vitesse atteint
95% de la vitesse stabilisée. La constante τ
est proportionnelle à l’inertie de
l’aile, inversement proportionnelle à la vitesse du planeur et inversement
proportionnelle à un coefficient 
qui dépend de
l’allongement de l’aile. Dans le cas d’une aile simple trapèze, et avec les
allongements classiques de nos planeurs (λ =10 à 20), une modélisation
simple de l’inertie de l’aile permet un
calcul approché :
τ
= 0.55.
avec 
M
masse de la voilure en kg
S sa surface en m²
V vitesse du planeur en m/s
ρ la masse volumique de l’air (ρ ≈
1.25)
eff effilement de
la voilure
L’application numérique dans le cas du SYMETRIX
donne des valeurs de τ comprises entre 35ms (à 30m/s) et 95ms (juste avant le
décrochage). Ces calculs montrent qu’à forte vitesse l’influence de l’inertie sur le roulis est très faible et quasiment
imperceptible.
Conclusion : contrairement à une idée
fort répandue, la voltige en plaine ou la voltige académique ne nécessite pas réellement
des ailes super légères. Dans ces disciplines les figures se font
essentiellement à vitesse élevée et la mise en roulis est alors très rapide. On
pourra réussir de très beaux tonneaux à facettes même avec des ailes un peu
lourdes. C’est ce que nous avions remarqué sur le F-CIEL : à la
construction les ailes nous avaient parues un peu massives mais aucune
conséquence sur le roulis n’a été
observée en vol, seuls les déclenchés sont peut-être un peu moins vifs.
Par
contre, en voltige 3D ou en VTPR où les figures doivent pouvoir être réalisées
à des vitesses nettement plus modérées une inertie trop importante des ailes pourra se
ressentir dans les départs en tonneau. Des ailes légères seront nécessaires
pour conserver des mises en roulis très franches à faible vitesse.
De
toutes façons quelle que soit la discipline faire léger, rigide, et solide ne
sera jamais nuisible…
Cx.roll :
Ce paramètre caractérise la traînée du profil
lorsque les ailerons sont braqués. Tous
les profils n’ont pas les mêmes performances dans ce domaine. Sur la figure
ci-dessous on voit par exemple que pour des ailerons à 30% de la corde et un
braquage de positif +10°, les Cx moyens aux incidences négatives (cas d’un
tonneau vertical) sont respectivement 0.015 pour MG05 et 0.021 pour SB96V, soit
35% de traînée en plus pour SB96V que pour MG05. Pour un braquage négatif de
-10°, la traînée d’aileron de SB96V est juste un peu supérieure à celle de
MG05. Ce différentiel de traînée du profil explique en partie le phénomène de
lacet induit propre aux profils non symétriques (une autre part du lacet induit
étant due au différentiel de traînée induite sur chacune des ailes)
En repartant des calculs de vitesse de roulis, on
montre que pour un planeur exécutant un tonneau vertical l’incidence du profil
au niveau du saumon est :
Alpha saumon= -
(1-K²)∆α (K proportion d’aile sans aileron, ∆α
différence entre les angles d’incidence à portance nulle des 2 ailes)
(l’incidence est négative pour un braquage d’aileron positif
et inversement)
L’incidence à l’origine de l’aileron coté emplanture
est :
Alpha empl. =
-*K*(1-K²)*∆α
A
partir de ces 2 formules on montre que,pendant un
tonneau et pour des proportions
d’aileron classiques, l’incidence moyenne de l’aile au niveau du centre de
l’aileron est environ :
Alpha
aileron ≈ -0.4 ∆α
La
valeur de Cx.roll que nous faisons figurer dans le
tableau est donc la valeur moyenne du Cx, lue autour d’une incidence égale à
-0.4 ∆α sur les courbes Cx=f(alpha) tracée avec Profili.
L’examen
du tableau Excel montre que des profils comme SD8020 ou SB96V présentent une
traînée Cx.roll 20% à 25% plus élevée que MG05. Ceci explique
l’efficacité de MG05 dans des configurations full span
alors que des profils classiques comme
SB96V seront moins performant et traîneront sensiblement plus dans la
même configuration.
Pour
en revenir au débat « fullspan, ailerons seuls, ou quadroflaps ?»,
rappelons que la traînée d’aileron (et donc Cx.roll)
a un rôle dans le choix de la longueur optimale des ailerons. Au plus le Cx.roll du profil est élevé au plus la longueur des
ailerons doit être réduite pour éviter de trop ralentir le planeur.
Signalons
aussi que si l’effilement peut avoir un
effet sur la vitesse de roulis, il en a surtout un sur la traînée d’aileron.
Pour une même corde d’emplanture, une même corde d’aileron, une même envergure
et une même vitesse de roulis, une aile rectangulaire traînera plus qu’une aile
avec de l’effilement. En résumé : avec MG05 comme profil et un effilement
important un planeur fullspan comme le VOLTIJ a un excellent comportement en
roulis. Par contre le résultat sera
nettement moins bon sur un autre planeur avec un effilement plus faible et un
profil moins performant en Cx.roll. Ainsi ce qui
marche bien sur un planeur ne marche pas toujours
aussi bien sur un autre et il faut éviter de généraliser trop hâtivement les « bonnes
solutions ». Le vrai problème de l’optimisation d’un planeur est moins de faire
un choix binaire entre 2 options que de définir une optimisation générale
prenant simultanément en compte tous les paramètres.
R :
Nous venons de voir que pour un même braquage
certains profils permettaient de tourner les tonneaux plus rapidement tout en
présentant moins de traînée. Au total avec ce type de profil, l’énergie perdue
pendant un tonneau complet sera nettement plus faible qu’avec les autres
profils.
Le
paramètre R permet de caractériser ce comportement :
R
200k= ∆α/Cx.roll (à Re = 200.000)
En
fait, le paramètre R est globalement proportionnel au nombre de tonneaux
nécessaires pour que la traînée de profil génère une perte d’énergie donnée.
C’est un paramètre très
discriminant et tout à fait significatif en voltige : à Re=200.000 des profils comme HT14, TP29ou MG05 permettent de faire 2 à 3 fois plus de
tonneaux que les profils classiques pour une même perte d’énergie. Voilà qui
explique bien des choses !
Code couleurs :
Le
tableau Excel utilise un code de couleurs afin d’en faciliter la lecture. Pour
chaque paramètre les valeurs sont réparties en 3 plages :
-
vert : meilleures performances
-
bleu : performances intermédiaires
-
rouge :
moins bonnes performances
Les
meilleurs profils sont donc ceux qui présentent le plus de cases vertes dans la
plage de Reynolds de vol envisagée. Ils sont signalés par un ou plusieurs
♥ dans la colonne observations.
Il est cependant important de préciser que
tous les profils présentés dans le tableau sont capables de voltiger
honnêtement : la présence de quelques cases rouges ne signifie pas qu’il
s’agit d’un « mauvais profil » (Même s’il n’est plus vraiment au goût
du jour, RG15 reste tout de même capable
de voler et de voltiger !!)
Comparaison avec des profils classiques :
Pour
mieux situer les performances des profils symétriques par rapport aux autres
profils, nous avons joint un second tableau qui présente les paramètres de 4
profils classiquement utilisés en voltige: Ritz 1.30.10, SB96V, HQ1.5-9,
RG15. Malheureusement si les paramètres du
tableau permettent de bien comparer l’aptitude à la voltige des profils,
ils ne sont pas correctement adaptés à l’analyse de leur capacité en
« gratte ».
L’examen
du tableau montre que, symétriques ou courbes, les profils choisis ont des
valeurs de Cz+ relativement proches (ceci est du au fait que nous avons sans
doute choisi de mesurer Cz+ à un Cx un peu trop élevé). Pour vraiment mettre en
évidence les avantages des profils courbes en terme de « gratte », il
aurait fallu faire figurer dans le tableau des paramètres comme la finesse max
du profil ou le point à Vz min.
Signalons
cependant qu’avec 5° à 10° de volet la finesse max et
Notre
tableau ne permet pas non plus d’évaluer les performances des profils courbes
en vol dos. On notera que pour les profils courbes sélectionnés les Cz- varient
entre 0.6 et 0.8, alors que ce paramètre est supérieur à 1 pour les meilleurs
profils symétriques. De même, avec les volets, la finesse en vol dos des
profils symétriques est de l’ordre de 60 ou plus, alors que celle des profils
courbes n’est que de 30 à 40.
Influence de l’épaisseur :
Dans notre étude l’épaisseur relative de chaque profil a
été ramenée à 9%. Or l’épaisseur effective d’un profil doit être adaptée à la
taille du planeur envisagé (en particulier au niveau de l’emplanture). Une
épaisseur relative de 9% convient sans doute très bien à un planeur de 3m
d’envergure, mais on pourra descendre à 8% ou moins pour un
La
question se pose donc de savoir quelle est l’influence de l’épaisseur relative
sur les différents paramètres figurant dans notre tableau. Voici quelques
éléments de réponse :
-Cx
et Cz augmentent sensiblement avec l’épaisseur du profil,
-par
contre Delta-Alpha
ainsi que la finesse max du profil en lisse sont
relativement indépendants de l’épaisseur.
- Cx.roll dépend peu de l’épaisseur pour les profils reflex,
mais il augmente quelque peu avec l’épaisseur pour les profils biconvexes
classiques.
En fait, pour un paramètre donné, un changement
d’épaisseur ne modifie pratiquement pas
le classement des profils. Il est donc tout à fait possible d’utiliser le
tableau pour choisir des profils d’une épaisseur différente de 9%. Le tableau
permettra de faire une première sélection des profils les plus intéressants,
puis le tracé des polaires avec l’épaisseur définitive des profils permettra de
faire un choix définitif.
Panorama des profils symétriques
Notre étude porte sur 27 profils différents dont 10
profils personnels. Nous avons essayé de réunir une gamme assez représentative
des différents types de profils existants. D’autres profils existent bien sûr,
ils sont souvent mal adaptés à nos besoins ou bien trop peu différents et moins
performants que ceux que nous avons retenus.
Il
existe aussi quelques profils encore tenus secrets par leurs concepteurs mais
sans doute très performants (MG11, FAD07,…).
Voici
2 sites très utiles pour ceux qui recherchent des profils:
-
http://www.profili2.com/eng/lista_profili.asp : il s’agit de la base de données en ligne du site profili ; La recherche de profil selon des critères
géométriques y est très facile.
-
http://fly.to/airfoils : Site de Jean-Claude Etiemble. Jean-Claude met une
véritable mine de profils, connus et moins connus, à la disposition des
modélistes. Les amateurs trouveront également sur ce site de précieuses
informations sur l’aérodynamique de nos machines, et notamment un petit logiciel
fort pratique pour calculer la corde aérodynamique moyenne d’une aile.
Notre
plongée dans l’univers des profils symétriques nous a fait découvrir un paysage
beaucoup plus varié que ce que nous imaginions. Afin de structurer un peu cette
diversité nous avons classé les profils symétriques en 4 catégories :
Les profils biconvexes « classiques » :
TP34, TP35, TP37, NACA0009, SD8020, HN312S, HN316S,
HN840S, HN968S.
Ces profils présentent une répartition d’épaisseur
convexe sur toute la longueur de la corde, y compris à l’arrière du profil.
L’épaisseur au bord de fuite est donc relativement importante ce qui facilite
la réalisation de gouvernes bien rigides. Ils présentent les caractéristiques
aérodynamiques suivantes :
- Le Cx à fort Reynolds (Re=500k
ou Re=1M) est très bon, voire excellent.
-
Par contre les performances en roulis (Delta-Alpha, Cx-roll, R) peuvent être fort décevantes (SD8020, profils
HN)
-
le Cx à faible Reynolds (< 300.000)
est assez élevé, ce qui fait que ces profils ne devront pas être utilisés sur
de petits planeurs ni au saumon de plus grands planeurs.
-
en utilisant les volets, la finesse max et la vitesse de chute peuvent être
meilleures que celles des profils classiques à faible courbure Ritz1.30.10 ou
SB96V utilisés en lisse (finesse> 65 à Re=200.000).
L’exploitation de cette finesse max demandera cependant un réglage très précis
du couplage profondeur=>volet et le bon dosage pourra s’avérer délicat
à trouver.
En conclusion ce type de
profil est plutôt à réserver aux grands planeurs et à la voltige
académique : excellentes prises de vitesse et bonnes restitutions, mais
performances en roulis limitées. On évitera par conséquent de les utiliser
comme profil de saumon.
NACA0009
et TP37 sont les profils les plus intéressants de cette catégorie mais ils ne
devront être employés qu’à fort Reynolds (Re >
350k). Leur Cx à Re=500k ou Re=1M
est très faible (15% de mieux que Ritz1.30.10 !) et leurs performances en
roulis et en traînée d’aileron restent honnêtes: elles sont comparables à
celles de profils non symétriques comme SB96V.
Curieusement NACA0009 est traditionnellement
utilisé par beaucoup de modélistes comme profil de stab. Ceci constitue
pourtant un contre-emploi manifeste. Le Cx à faible Re
est en effet plutôt élevé, et surtout la linéarité en fonction de l’incidence
est très mauvaise. Par contre NACA0009, comme TP37, peut être efficacement
employé à l’emplanture de grands planeurs de 4m50 d’envergure ou plus (corde
>400mm). On peut ainsi imaginer un SWIFT de plus de 5m d’envergure avec
NACA0009 ou TP37 à l’emplanture et un profil reflex ou un profil spécifique
côté saumon. Les volets/ailerons
seraient alors en 3 parties. Les volets internes seraient utilisés uniquement
en snap-flap, les volets extérieurs et les ailerons
utilisés en roulis et en snap-flap. A priori la
faible traînée de NACA0009 ou TP37 donnerait à cette machine des performances
en vitesse et en restitution vraiment très intéressantes.
TP34
et TP35 ont surtout servi de base pour l’étude de profils spécifiques pour le dynamic soaring. Ce sont les
profils les plus rapides de notre tableau, mais ils sont surtout là à titre de
curiosités. Leur Cx à Re=1M est excellent mais c’est bien là leur seule qualité !
Les
autres profils de cette catégorie (SD8020 et profils HN) ne sont pas à
conseiller, ils sont pénalisés par de mauvaises performances en roulis et en
traînée d’aileron.
Les profils « double reflex »
TP29, HT14, E168, E169, S8025symetrisé,
MG05.
Les
profils «double reflex» présentent une répartition
d’épaisseur convexe à l’avant du profil et concave ou quasiment concave vers le
bord de fuite. Cette configuration semble minimiser les phénomènes de
décollement aérodynamique aux faibles Reynolds de vol, d’où de très bonnes
performances pour Re < 250.000. Les principales
caractéristiques de ces profils sont :
-
un
excellent Cx à faible Reynolds
-
un
excellent Delta-alpha à faible reynolds
-
une
faible traînée d’aileron sur tout le domaine de vol
-
mais
en contrepartie le Cx se dégrade très sensiblement pour les Reynolds élevés (Re>300.000). Ils sont donc à éviter à l’emplanture des
grands planeurs
-
la
finesse max volets sortis n’est pas des plus élevée (de l’ordre de 55). Mais en
compensation ces profils sont extrêmement tolérants au niveau du le réglage des
snap-flaps, celui-ci ne sera pas critique.
-
Le
Cz max avec les volets à 10° est très élevé ce qui fait qu’il sera possible de
voler vraiment très lentement et sans avoir un taux de chute catastrophique.
En
conséquence les profils «double reflex»sont plutôt typés «voltige totale» et « voltige 3D ». Ils permettront
aussi bien une voltige de belle amplitude, qu’une voltige serrée à faible
vitesse et dans un très petit volume. Ils seront particulièrement efficaces
dans 3 cas d’utilisation :
-
sur
de petits planeurs : avec de faibles cordes et/ou faibles charges alaires.
-
comme profils de saumon : ils permettront
alors à des machines nettement plus
grandes d’avoir d’excellentes performances en roulis. Il faudra cependant
vérifier que le Reynolds de vol au saumon n’atteint pas de valeurs trop
élevées.
-
comme
profil de stab (éventuellement en réduisant l’épaisseur). C’est
particulièrement le cas de HT14, TP29, S8025 et MG05. Ces profils possèdent une
excellente linéarité du Cz en fonction de l’incidence sans phénomène
d’hystérésis au voisinage du zéro.
Des
profils « historiques » comme E168 et MG05 sont des « double
reflex ». Ils ont, en leur temps, permis de démontrer l’intérêt des
profils symétriques pour la voltige planeur et demeurent pleinement d’actualité.
Notons qu’à l’origine E168 et E169 sont des profils très couramment utilisés en
voltige avion.
S8025
est également un profil qui mérite tout notre intérêt. C’est à l’origine un
profil de stab doté d’une très faible
courbure, nous l’avons symétrisé et utilisé comme base de nos tout premiers
développements de profils symétriques.
Mais
les 2 profils les plus intéressants de cette catégorie sont HT14 et TP29 :
-
HT14 a été conçu par Mark Drela comme profil de stab ou de dérive. François Lorrain
qui nous l’a recommandé l’utilise sur l’empennage de ses planeurs. Son
épaisseur initiale est de 7.5%, mais nous l’avons porté à 9% pour les besoins
de notre étude.
HT14 s’avère avoir les meilleures performances en
roulis (Delta-alpha, Cx.roll,
et R) de tous les profils de notre étude. Il possède de plus un très bon Cx à
faible Reynolds et un excellent Cz. La contrepartie à toutes ces qualités est
un Cx élevé à fort Reynolds et un petit manque de finesse aux Cz
intermédiaires.
Avec une
épaisseur comprise entre 8.5% et 7.5% ce profil fera sans doute merveille sur
de petits planeurs fullspans légers genre
-TP29
présente un peu les mêmes caractéristiques mais avec un domaine d’utilisation
élargi vers les Reynolds plus élevés (Cx nettement meilleur pour Re>300.000) et une meilleure finesse aux Cz
intermédiaires. Ce profil est en fait un mélange entre HT14 et TP25sym, le
profil de stab du SYMETRIX.
TP29
pourra avantageusement remplacer MG05 sur des planeurs jusqu’à près de 2m50
d’envergure et sera bientôt en essai sur une nouvelle version du MINITOON de
Jérôme Bobin.
Ce
profil est également une excellente option comme profil de saumon sur des
planeurs beaucoup plus grands. Il devrait alors donner à ces modèles
d’excellentes qualités en roulis.
Enfin
TP29 sera également très efficace comme
profil d’empennage (stab ou dérive avec volet à 45%).
Les profils « intermédiaires »
TP40,
TP41, TP42, TP28-0%, TP28L, MG05/NACA0009, jwl106, jwl29, rs001t, HN976S
Comme
leur nom l’indique, ces profils possèdent une géométrie intermédiaire
entre celle des « classiques »
et celle des « double reflex ». Si les « double reflex »
sont bien adaptés aux faibles Reynolds et les « biconvexes
classiques » aux Reynolds élevés, les « intermédiaires » ont eux
le grand mérite d’être compatibles d’une plage de Reynolds étendue qui couvre
l’essentiel du domaine de vol de nos modèles petits et grands. Leurs
performances intermédiaires entre celles des 2 types précédents avec tout de
même une tendance à réunir les avantages des uns et des autres. C’est
essentiellement sur ce type de profils qu’ont porté nos développements.
-
le
Cx minimum est très bon entre Re=100k et Re=500k
-
la
finesse avec les volets à 10° est équivalente à celle des profils classiques en
lisse (finesse>60)
-
le Delta-Alpha est
équivalent à celui de MG05, donc excellent
-
La
traînée d’aileron est intermédiaire entre celle des « reflex » et
celle des « classiques »
-
Avec
les volets à 10°
Quelques
profils de cette catégorie sont particulièrement intéressants :
-
TP42 possède une efficacité en roulis équivalente à celle de MG05, tout en
étant nettement meilleurs en terme de Cx et de Cz. Il conviendra très bien à
des planeurs allant du
-Jwl106
est un profil de Johannes W. Leinauer. En vérité, ce
profil est quasiment identique au mélange MG05/NACA0009.
Ce
mélange nous avait été suggéré par Philippe Jambon : Philippe avait un
fuseau de L213 avec un karman de stab en NACA009. Ne voulant pas utiliser ce
profil et MG05 étant trop différent au niveau du karman, il nous demandé
d’évaluer le mélange des 2 profils. Un
petit test sur Profili a permis de mettre en évidence tout l’intérêt de
cette formule !
Mg05/NACA0009 et jwl106 seront parfaits sur
des planeurs jusqu’à 3m. TP28-0%
conviendra également fort bien à ce genre de machine.
-
TP40 et TP41 sont des alternatives à TP28L pour l’emplanture de grands
planeurs. Ils seront à utiliser à l’emplanture de planeurs de 3m à plus de 4m
d’envergure. TP40 est plus efficace que TP28L en roulis. Quant à TP41, il
présente une traînée légèrement meilleure que TP28L.
Les profils de saumon
TP28S, E169, E168, MG05,
HQ0.09, WortmannLV152K25
Lors de la présentation de TP28S dans l’épisode
précédent de cette chronique, nous avons vu qu’il y avait au moins 2 bonnes
raisons de choisir un profil de saumon différent du profil d’emplanture :
-avoir
un profil adapté à la gamme de Reynolds correspondant à la corde de saumon. (sur les grands planeurs, du fait de l’effilement parfois
important des ailes, le nombre de Reynolds peut être nettement plus faible au
saumon qu’à l’emplanture). On aura alors intérêt à choisir au saumon un profil
de type « double reflex » très performant aux faibles Reynolds, en
roulis comme en Cx.
-faciliter
les figures déclenchées. On choisira dans ce cas un profil décrochant de façon
franche lorsque l’incidence augmente. Ceci peut s’obtenir en reculant
l’épaisseur max et en réduisant le rayon de courbure du bord d’attaque.
Parmi les profils paraissant convenir à une utilisation
au saumon on retiendra essentiellement E169 (réduit à 9%) ainsi que TP28S qui
ont de faibles Cx jusqu’à Re=300.000. MG05 est
également un profil qui pourrait donner de bons résultats.
Une autre solution consiste à utiliser un profil double
reflex comme TP29, en réduisant son épaisseur de façon à obtenir un décrochage
précoce. L’avantage des solutions TP29-8% ou MG05 est que ces profils se
combinent très bien avec des profils biconvexes comme TP37 ou NACA0009 ou
encore avec des intermédiaires comme TP40, TP41 et TP42. Ce type de
configuration permet d’obtenir en tout point de la voilure un profil parfaitement optimisé pour le Reynolds
local. Le SWIFT de 5m imaginé plus haut pourrait fort bien utiliser cette
formule.
Les
profils HQ0.09 et Wortmann LV152K25 ne sont pas parmi
les plus performants, mais ils ont en quelque sorte un intérêt historique. Le Wortmann est le profil du SATANIG, cette machine est le
premier planeur à profil symétrique que nous avons vu décrit dans une revue
(Looping). Quant à HQ 0.09, c’est en fait un HQ0.10 réduit à 9%, il y a
quelques années nous avions utilisé ce profil au saumon d’un planeur dont le profil
d’emplanture n’était pas symétrique, nous avons donc voulu avoir cette
référence dans notre tableau. Il est de toute façon intéressant de pouvoir
positionner les profils étudiés par rapport à une répartition d’épaisseur de
type HQ.
Quelques polaires
Les comparaisons de polaires ci –après
permettront de se faire une idée plus précise des performances de nos nouveaux
profils. Le tableau Excel ne donnant pas beaucoup d’éléments sur les capacités
de « gratte » de ces profils, les polaires permettront entre autres
d’analyser cet aspect un peu plus finement.
A Re=750k, TP37 présente un Cx remarquable aux faibles Cz. Pour
ce point de vol TP37est nettement plus performant que Ritz 1.30.10 qui est
pourtant réputé pour sa faible traînée. Les prises de vitesse avec TP37 seront
donc excellentes. Par ailleurs une
utilisation judicieuse des volets permettra à TP37 d’être meilleur que
Ritz1.30.10 dans tout le domaine de vol en Cz.
Même constat en ce
qui concerne la comparaison entre TP40 et SB96V à Re=400k.
Aux faibles Cz TP40 est sensiblement meilleur que SB96V en Cx minimum, il est
également meilleur au dessus de Cz=0.8 (avec 10° de volet). Une bonne
utilisation des volets permettra à TP40 de faire quasiment jeu égal avec SB96V
dans tout le domaine en Cz. Le réglage du couplage profondeur=>volet devra cependant
être bien adapté.
A Re=200k, TP42 s’avère supérieur à MG05 sur
quasiment tous les plans (Cx min, Cz max, finesse, Vz
min…). Lorsque l’on connaît les qualités de MG05, on peut penser que TP42 fera
vraiment merveille pour une voltige « absolument totale » dans le
petit temps.
Conclusion
Cette
étude nous a permis d’explorer un domaine dans lequel bien des choses restent
encore à défricher.
En effet, si les profils de gratte ou de vitesse font
l’objet de nombreux travaux et d’optimisations incessantes, il est loin d’en
être de même pour les profils de voltige. Et ceci est encore moins le cas pour
les profils symétriques destinés à la voltige.
En utilisant des profils comme MG05, E168 ou WortmannLV, nos prédécesseurs ont parfaitement démontré
l’intérêt des profils symétriques pour la voltige planeur. Mais à ce jour il
semble possible de développer des profils encore mieux adaptés aux exigences de
cette discipline. C’est ce que nous avons tenté de faire.
La voltige en plaine ne devrait d’ailleurs pas
être seule à bénéficier de ces nouveaux profils : TP29, TP40, TP41, TP42,
TP37, TP28L, ou encore HT14, jwl106 et MG05/NACA0009 proposent aussi des
solutions diversifiées pour des machines allant du micro-planeur
destiné au vol de dune jusqu’au grand planeur de voltige en plaine en passant
par le vol de pente par conditions faibles ou fortes. Ces profils devraient ainsi
permettre de concevoir des planeurs capables à la fois :
-
de passer une voltige vraiment « totale » ne faisant strictement
aucune distinction entre figures ventre et figure dos.
-
de passer une voltige de belle amplitude ou au contraire extrêmement serrée (en
positif comme en négatif)
-
de gratter, dans une configuration quadroflaps, avec une efficacité équivalente
à celle des profils de voltige classiques utilisés en lisse.
Nos
nouveaux profils sont à la disposition de tous ceux qui souhaiteront les
essayer. Il suffit de nous contacter à l’adresse suivante : platonthierry@yahoo.fr.
Seule condition, nous tenir informé de vos projets et nous donner en retour le résultat de vos
essais en vol.
Remerciements :
nous adressons nos sincères remerciements à tous les pilotes qui ont assuré la
relecture de cet article et plus particulièrement à Jean-Luc Foucher, Marcel Guwang et Pierre
Rondel, avec une mention spéciale à
Matthieu Scherrer qui nous a grandement aidé dans nos réflexions sur la vitesse
de roulis en nous transmettant quelques pages de ses cours de Sup Aéro.
Prochain épisode : l’utilisation des volets en voltige….
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