Quelques questions sur les avions de voltige pour une soutenance

[Prince2king]

Bonjour,

Je fais appel aux pilotes, ingénieurs ou toute personne pensant pouvoir m'apporter des réponses assez solides à mes questions. Je suis en prépa scientifique et j'ai une soutenance à présenter sur le dimensionnement de l'emplanture des avions de voltige en fin d'année, j'y travaille donc ! Pour commencer, je voulais savoir, lorsque les avions de voltige font des tonneaux, quelle est la vitesse de rotation maximale que les pilotes se permettent ?

[arogues]

salut,

En tonneaux pilotés (ce qui est différents des tonneaux déclenchés), pour des pilotes expérimentés, on va chercher le taux de roulis max de l'avion.
Par ex, Cap 10 : 180°/s, Extra 330SC : 360°/s (ou vers la).
Ce qui nous limite c'est la vitesse de manoeuvre (Va = vitesse à laquelle on peut braquer à fond aileron ou profondeur, pour le tonneau c'est les ailerons qui limitent).
Si on vole plus vite que la Va, on ne vas pas mettre tous les ailerons.
Pourquoi on veut aller vite : car en compétition on évolue dans un box de 1km3, et moins le tonneau prends de temps, moins l'avion avance dans le box. Les juges également "préfèrent" quand ca tourne vite, même si normalement ce n'est pas un critère de jugement (alors que le taux de roulis constant l'est).
Mettre les ailerons à fond (ou quasi, si au dessus de la Va) demandent une coordination pied / manche (et tanguage / roulis) excellente si on ne veut pas desaxée, la grosse difficultée étant roulis à fond sur basse vitesse (ex : immelman en Cap 10) ou la coordination doit être parfaite pour ne pas désaxée.

Du coup le taux de roulis évolue entre je dirai 80/100°/s quand on a pas de vitesse à 360°/s quand on l'avion qui va bien. En déclenché, on arrive à plus de 700°/s, mais le tonneau déclenché, c'est une vrille longitudinale, l'aérodynamique n'a rien à voir.

Ca répond à tes questions ?

[-Tomcat-]

Si on vole plus vite que la Va, on ne vas pas mettre tous les ailerons.

Ca m'intéresserait que tu approfondisses sur le rapport entre la Va et le débattement des ailerons?

[teubreu]

Ca m'intéresserait que tu approfondisses sur le rapport entre la Va et le débattement des ailerons?

La Va est par définition la vitesse maximale à laquelle tu peux agir à fond sur la commande de l’un des axes, sur un axe à la fois.
Au-delà de la Va, tu ne peux pas agir à fond sur la commande au risque de déformer la structure. La limitation vaut pour les 3 axes.
https://www.aerovfr.com/2016/06/de-la-v ... manoeuvre/

[IbraBell]

Si on vole plus vite que la Va, on ne vas pas mettre tous les ailerons.

Ca m'intéresserait que tu approfondisses sur le rapport entre la Va et le débattement des ailerons?

L'avion décroche (max AoA aile) avant qu'il casse (max G cellule): sous Va en air calm, l'avion reste bien protégé contre max gouverne ou max aileron par le pilote (ceci dit, une protection facteur de charge avec décrochage en max palonnier est un gros mystère?)

Tu peux calculer Va(clean) avec max G(clean), VS(clean) et ton poids actuel et ta MTOW, elle doit baisser avec le poids. Avec les volets, il faut refaire si les limites G(dirty) et VS(dirty) sont differentes.

Il y a Vb, Vo, Vc, Vd mais c'est d'autres facteurs liés aux turbulences, rafales, charge aile, piqué, raisonance et dislocation des controls...

[-Tomcat-]

L'avion décroche (max AoA aile) avant qu'il casse (max G cellule): sous Va en air calm, l'avion reste bien protégé contre max gouverne ou max aileron par le pilote (ceci dit, une protection facteur de charge avec décrochage en max palonnier est un gros mystère?)

Tout à fait d'accord avec toi, mais ça ne répond pas à ma question : quel rapport avec le roulis ?

[-Tomcat-]

Bon comme ca me tarabustait, j'ai fait le point avec un pilote d'essai, on n'a aucun moyen de déterminer Va en roulis et lacet autrement que par le calcul de résistance. En certif on s'assure que les contraintes en roulis et lacet permettent de garantir l'intégrité à la Va en tangage. Donc on retient la Va tangage et on l'applique aux 3 axes, même si on peut avoir plus de marge sur les autres axes, mais en tant que pilote on n'en sait rien.

[IbraBell]

C'est moins intuitif avec roulis mais en virage symétrique on s'attends à prendre des G max de la même façon avec un cabré. L'avion ne sait pas distinguer entre un cabré et un virage (un pilote non plus s'il n'a pas d'horizon).

Les ailerons et gouverne, jouent le même rôle en facteur de charge sur l'axe vertical de l'avion. L'idée principale c'est "un avion cabe en virage même si l'avion ne monte pas". Sans la gouverne un avion ne peut pas faire un virage ou un cerle, c'est la gouverne de profondeurs qui fait tourner l'avion et charger l'aile (selon Wolfgang).

En virage engagé 1G, virage asymétrique, glissade, 100% palonnier, roulis induit et lacet induit, période transitoire...je t'avoue aussi que je ne vois pas de lien avec le facteur de charge maximal?

Pour la protection en lacet, il faut demander aux pilotes qui arrivent à arracher les palonniers des Boeing...

Idéalement, il faut des mesures structurelles car l'approche Va est très simpliste, mais on peut dire que l'avion est mieux protégé sous Va avec plus de marges en cabré, qu'en roulis, qu'en lacet. Comme disait mon boss à l'Onera (cellules et moteurs en composites), "il faut diagonaliser ce bazzare avant de mesurer" !

[arogues]

Ca m'intéresserait que tu approfondisses sur le rapport entre la Va et le débattement des ailerons?

Plus on mets d'aileron, plus le différentiel de portance entre les 2 ailes est importante, cela engendre j'imagine des efforts...
Je ne suis pas ingé aéro (enfin si de formation, mais je n'ai pas vu une equation depuis 16 ans), donc je respecte ce qu'on me dit.

L'avion décroche (max AoA aile) avant qu'il casse (max G cellule): sous Va en air calm, l'avion reste bien protégé contre max gouverne ou max aileron par le pilote (ceci dit, une protection facteur de charge avec décrochage en max palonnier est un gros mystère?)

Je ne vais parler que pour ce que je connais, le Cap 10 : la Va = 235 km/h. Et bais à cette vitesse si tu y vas à fond en profondeur, je pense pas qu'il reste longtemps entier l'avion.
J'ai pas le courage de trouver, mais y'a des vidéos ou on voit ce qu'on fait avec le manche. En gros en moins d'une demi seconde on passe de neutre à fond arrière. Moi je pense qu'il casse avant qu'il décroche à ces vitesse la...
Dans ces manoeuvres on fait des mouvements qui sont très loin de ce qui se passe en vol "habituel". D'ailleurs les vitesses de déclenchés sont bien en dessous de la Va (170km/h pour le Cap 10).

[IbraBell]

Je ne vais parler que pour ce que je connais, le Cap 10 : la Va = 235 km/h. Et bais à cette vitesse si tu y vas à fond en profondeur, je pense pas qu'il reste longtemps entier l'avion.

En effet, c’est un peu élevée, je me demande si MdV confond Va avec autre chose (Va n’est pas marquée sur le badin, ce qui étonnant).

Ou peut-être, ils ont fait une valeur mi-chemin pour certifier,
* La Va doit être autour du VS1(décrochage)*sqrt(Gmax) = 220kmh
* La Va doit rester sous Vc (kts) = 36*sqrt(charge de l’aile en lbs/ft2) = 250kmh

Poids = 1650lbs, surface aile = 116ft2, Vs1 = 48kts(90kmh), n = 6G,

Va(235) avec Vs1(90) en poids max, ça te ramènes à 7G, ça passe limite !
Léger avec Vs1 à 80kmh, ça te ramènes à 9G, c’est un peu chaud !

Je pense à 9G c’est le pilote qui casse en premier,



Ceci dit, il faut ajuster poids pilote et essence: Va baisse car Vs1 et Vc baissent
À 300kmh, il faut un avion lourd (25lbs/ft2) pour tirer à fond, T34 ou Bonanza…

Si tu baisses poids de 10%: Va, Vs, Vc baissent de 5%

[arogues]

Si la Va est sur la badin car en fait l'arc jaune sur le Cap 10 (tous les avions de voltige ?) ont leur arc jaune qui commencent à la Va (et on a un placard énorme juste a coté du badin : Va = 235 km/h).

Déjà vu un Cap 10 B (donc limité à 5g en solo) monter à 10g...
Le pilote ne limite pas à 9g (sur un instant très court).

En unlimited, les avions expérimentaux sans limites, montent à plus de 10g (sur un inconnu, Rob Holland en 2019 est monté à 12g), lors des Red Bull Air Race ca montait à 12g également (0.6 sec max de mémoire).

[IbraBell]

En unlimited, les avions expérimentaux sans limites, montent à plus de 10g (sur un inconnu, Rob Holland en 2019 est monté à 12g), lors des Red Bull Air Race ca montait à 12g également (0.6 sec max de mémoire).

Oui ils dépassent 10G des fois mais c'est des athlètes ou monstres !

En parlant de Rob Holland, il a eu son au-revoir cette année...

[IbraBell]

A ma connaissance, l'avion ne casse pas quand on dépasse son Gmax, surtout en instantané. Les tests de "bend de l'aile" au sol, gardent parfois avec des forces équivalents à 2×Gmax pendant une journée.

C'était des bons coups de marketing...






Mais en vrai ce n'est pas Gmax sur l'axe z qui casse un avion. Ce qui casse un avion, c'est dépasser VNE/VD avec du "flottement" ou "torsion aile/gouverne". Un simple virage engagé et ça part en morceaux même avec 3G. Pour casser avec un palonnier, c'est très facile à faire quand on est hors de l'arc blanc ou vert (c'est comme ouvrir une porte ou un volet en croisière)

Sur avions de voltige à hélice VNE/VD est max 3×VS1 (VD/VNE = 1.5*VC), ce qui fait que ça reste limité autour de 9G en manœuvres avec "G permanent". Après, il faut voir si la structure supporte la charge? en général, plus de masse, plus de structure, plus de charge aile plus de VNE et Gmax

Il y a des exceptions avec les avions STOL et très rapides: par exemples sur les Maules, la VNE est 4 fois la vitesse de décrochage mais l'avion restetrès limité en G et devient fragile autour du VNE (croisière avec volets négatifs)

En experimental, ultralights on peut se permettre d'avoir des VNE énormes. Mais la structure reste très fragile et très légère. Il y avait un article très bien fait sur VNE/VD à l'époque ou les ultralights cassaient en records de vitesse

https://www.flyingmag.com/technique/pro ... ing-lucky/

Apparemment, ça mettait mal à l'aise les gens sur un VL3 ou un Pipestrel, et Flying Magazine a enlevé ça...

Après on peut dépasser VNE avec 50kts sans que l'avion cass, les records sont un Pipistrel et un Mooney M20E

https://www.galaxysky.cz/virus-slovenia-s101-en

https://www.bst.gc.ca/eng/rapports-repo ... p0001.html