Curiosités d'empennage

[aviateur bourbonnais]

On résout aisément les problèmes d'allongement des voitures en y installant des sièges couchettes.

Ben non
Ca n'a déjà pas marché avec les wagon-lits.

[Gilles131]

On avait fait un projet quand j'étais à l'école, et c'est assez marrant parce qu'il amènait justement à une trainée négative :
https://i.gyazo.com/1f0cf441394a35098fc ... 33f6a1.png
Cela consister à souffler de l'air devant le profil d'aile.
https://i.gyazo.com/4533817d875517ad5e4 ... d22a38.png
Grosse diminution de trainée, voire trainée négative, et portance à peine réduite.

Seul problème : il faut être capable d'injecter de l'air à 100m/s sur une fente minuscule.

Je ne suis pas sûr de comprendre: on souffle parallèlement à la peau du profil?

Et tu peux nous en dire plus?
Des applications envisagées?

[dob]

A rapprocher de la technique des torpilles à supercavitation russes Shkval
On reste dans l'aéro, puisqu'elles créent une bulle enveloppe de gaz qui se déplace en même temps qu'elles

[Gilles131]

...s'il devient porteur il va cette fois à l'inverse freiner l'avion...

C'est bien là où je veux en venir: mettre en face à face la légende urbaine de la supériorité de l'empennage porteur et la réalité.

Je reviens à ce souci de montrer que, une fois que l'on a admis qu'un empennage pouvait parfaitement être porteur avec un avion stable, il ne fallait pas en déduire bêtement qu'il fallait le rendre le plus porteur possible pour augmenter les perfos de la machine.
Passons sous silence la curiosité anecdotique de l'empennage déporteur-pousseur, qui nécessite des conditions très particulières et revenons au cas général avec un empennage déporteur de, disons, 360N comme dans l'exemple de Robur.

Prenons un avion d'aéroclub: empennage de finesse 5 et une voilure de finesse 10.
La déportante de 360 N crée une trainée d'empennage de 72 N et un surcroit de trainée voilure de 36 N: total de trainée due à l'équilibrage 72+36 = 108 N
Reculons le centrage pour voler à portance d'empennage nulle: trainée d'empennage 0, delta de trainée voilure 0. Total de trainée due à l'équilibrage : 0
Reculons encore le centrage pour voler avec un empennage porteur de 360 N: trainée d'empennage 72N, diminution de trainée voilure de 36N. Total de trainée d'équilibrage 72-36 = 36 N
Charger l'empennage réaugmente la trainée totale.


Prenons maintenant un planeur: empennage de finesse 5, voilure de finesse 60.
La déportante de 360 N crée une trainée d'empennage de 72 N et un surcroit de trainée voilure de 6 N: total de trainée due à l'équilibrage 72+6 = 78 N
Reculons le centrage pour voler à portance d'empennage nulle: trainée d'empennage 0, delta de trainée voilure 0. Total de trainée due à l'équilibrage : 0
Reculons encore le centrage pour voler avec un empennage porteur de 360 N: trainée d'empennage 72N, diminution de trainée voilure de 6N. Total de trainée d'équilibrage 72-6 = 66 N
Charger l'empennage réaugmente la trainée totale, du même ordre de grandeur que l'empennage déporteur!

Si, dans les concours de vol à voile, vous croisez encore des pilotes volant plus arrière que la plage de centrage autorisée (avec les conséquences que l'on imagine sur la stabilité et les sorties de vrille!), dites leur, comme l'aurait dit Klopf, que s'ils sont encore en vie c'est bien qu'il y a un bon dieu pour les (biiiip)!

[robur]

C'est bien là où je veux en venir: mettre en face à face la légende urbaine de la supériorité de l'empennage porteur et la réalité.

Ce n’est pas , j’en conviens bien volontiers , la réalité, mais sur mon " planeur EXCEL" , lorsque je fais varier :

∂ε / ∂ α  de 0 à 0.18 et  Cmo de 0 à – 0.05 ,

j’obtiens les finesses maximales dans une plage de centrage comprise entre 0.33 et 0.45 Cma

[gma]

Le but étant d'augmenter la plage de centrage et non gagner sur la finesse.

[Delépine]

La série d'accidents de Pou dans les années trente eut pour cause un recul abusif du centrage pour gagner en puissance minimum nécessaire et donc en vitesse ascensionnelle, ainsi qu'en vitesse de décrochage en réduisant la surcharge "de stabilité" de l'aile avant.

[robur]

Suite:
En considérant que les variations de la traînée d’équilibrage sont celles  de la traînée induite de l’empennage ( la part frottement et sillage restant pratiquement constante ) ,
avec ∂ε / ∂ α = 0.01 et Cmo = -0.02  : J’obtiens :

Pour un centrage à 0.25 Cma ; traînées induites : voilure = 33 N ; empennage =0.12 N ; somme = 33.12 N

Pour un centrage à 0.385 Cma ; voilure = 27.32 N ; empennage =1.6 N ; somme = 28.9 N

[Gilles131]

Et on peut voir à quoi il ressemble, ton planeur Excel?

[robur]

Et on peut voir à quoi il ressemble, ton planeur Excel?

Masse totale : 300 kg ;
Voilure : surface 13 m² ; allongement : 18 , Corde aéro moyenne : 0.85 m
Empennage horizontal : surface 2 m² ; allongement : 5
Distance entre foyer voilure et foyer empennage : 3 m
Cx global à portance nulle : 0.01
0 < Cmo < -0.05
Déflexion :   0 < ∂ε / ∂ α < 0.18

[robur]

Prenons un avion d'aéroclub: empennage de finesse 5 et une voilure de finesse 10.
La déportante de 360 N crée une trainée d'empennage de 72 N et un surcroit de trainée voilure de 36 N: total de trainée due à l'équilibrage 72+36 = 108 N
Reculons le centrage pour voler à portance d'empennage nulle: trainée d'empennage 0, delta de trainée voilure 0. Total de trainée due à l'équilibrage : 0
Reculons encore le centrage pour voler avec un empennage porteur de 360 N: trainée d'empennage 72N, diminution de trainée voilure de 36N. Total de trainée d'équilibrage 72-36 = 36 N
Charger l'empennage réaugmente la trainée totale.

Prenons un D112  en palier à 130 km/h ( sauf erreur, hélas toujours possible ) :

1-Charges sur l’empennage ( composantes verticale de la résultante aéro)  :

Centrage avant ( 0.2 Cma )  = + 113  N  ( Cma = corde aérodynamique moyenne )
Centrage arrière ( 0.3 Cma ) = - 113 N
Centrage neutre ( 0.25 Cma ) = 0


1- Delta de trainée d' équilibrage ( qui sont les variations de traînée induite de la voilure et de l’empennage):

Centrage avant ( 0.2 Cma )  = + 9.2 N
Centrage arrière ( 0.3 Cma ) = - 7.2 N
Centrage neutre ( 0.25 Cma ) = 0


3-Trainées induites

Centrage avant ( 0.2 Cma ) : voilure 185.6 N , empennage 0.9 N

Centrage arrière ( 0.3 Cma ) : voilure 169.3 N , empennage 0.9 N

Centrage neutre ( 0.25 Cma ) = voilure 177.4 N , empennage 0

4-Delta de traînées rapportés à la traînée totale à centrage neutre

Centrage avant ( 0.2 Cma )  =  + 1.83 %

Centrage arrière ( 0.3 Cma ) = - 0.4 %

[Gilles131]

Un empennage de 132 de finesse?
Décidément, j'ai du mal avec tes modèles.

[robur]

Un empennage de 132 de finesse?
Décidément, j'ai du mal avec tes modèles.

Empennage D112 à 130km/h centré à 0.3 Cma :

Allongement   λ = 2.78 ; coeff d’oswald e = 0.75
Surface  S =2.76 m²

SMT surface mouillée totale = 6.2 m²
Cfe coeff. de  frottement équivalent= 0.003


Fz ( effort d’équilibrage ) = 113 N
Cz = 0.05
Cxi coeff de trainée induite = Cz² / ( λ π e ) = 0.05² / ( 2.78 x 3.14..x 0.75 ) = 0.0004

Trainée induite: Fxi = 0.5. ρ. V² .Cxi  S = 0.9 N
Trainée de frottement Fxf = Cfe. SMT . 0.5 . ρ. V²= 24 N

Trainée totale  Fx = 24.9 N

Finesse = Fz / Fx = 113 / 24.9 = 4.56

[Gilles131]

Merci, je comprends mieux.
Je raisonnais avec Cz/Cx, au lieu du dCz/dCx local: ils ne sont égaux qu'à la finesse max, donc mon raisonnement n'est valable qu'à son voisinage.


Polaire voilure:


Je pense cependant que cela confirme mon analyse dans le cas du planeur - qui est en réalité celle du constructeur, qui a essayé en vol sa machine et en a donc un modèle recalé, et donne au manuel de vol des consignes exploitant au mieux ses perfos.
En effet, le planeur est conçu pour voler dans le meilleur domaine de perfos, aux environs de la finesse max. Un peu plus d'incidence en ascendance, un peu moins en transition (zone verte). Dans cette zone, surcharger la voilure de quelques daN entraine une très faible variation de trainée.

Polaire empennage:


L'empennage est conçu pour voler à portance quasi-nulle, où son rôle dans la stabilité le fait travailler dans la zone verte, autour du point A où sa trainée est minimale.
Ce que veut dire le constructeur, c'est que le rendre franchement porteur va le faire travailler dans le zone rouge autour du point B, où sa trainée est considérablement augmentée (en plus du braquage de gouverne qui désoptimise considérablement le profil, en se braquant comme on l'a vu plus haut à l'envers de la portance).
Il affirme que l'optimum est obtenu à portance empennage quasi-nulle, vers les 2/3 à 3/4 de la plage de centrage.

[robur]

Merci, je comprends mieux.
Je raisonnais avec Cz/Cx, au lieu du dCz/dCx local: ils ne sont égaux qu'à la finesse max, donc mon raisonnement n'est valable qu'à son voisinage.

L’empennage est en  effet bien loin de fonctionner à finesse max.

...Je pense cependant que cela confirme mon analyse dans le cas du planeur - qui est en réalité celle du constructeur, qui a essayé en vol sa machine et en a donc un modèle recalé, et donne au manuel de vol des consignes exploitant au mieux ses perfos.
....Il affirme que l'optimum est obtenu à portance empennage quasi-nulle, vers les  vers les 2/3 à 3/4 de la plage de centrage.                .

Le constructeur  conseille donc un centrage arrière pour une classique plage de centrage ( 0.2 à 0.4 par exemple ).

Mon planeur " excel" aux caractéristiques très approximativement pifométrées, indique qu’avec un  avec Cmo = -0.05, la finesse max s’obtient aussi avec un centrage arrière (0.350)

Les variations de traînées en fonction du centrage sont  essentiellement des traînées induites, et comme  d Cxi / dCz est de la forme  K Cz, il peut être intéressant  ,malgré la différence de surface , de décharger une voilure fonctionnant à Cz élevé ,par une augmentation du très faible  Cz de l’empennage ..


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