Curiosités d'empennage

[ROMARIM]

Je viens de m'asseoir au garage dans ma voiture et de pousser sur le volant, mais cela n'a pas fait avancer le véhicule.

Méthode fatigante.
Montes, à l’avant des roues de plus petit diamètre que les roues arrières… Ta voiture sera toujours en descente! J’avais vendu l’idée à Citroën pour la DS… Ils se sont plantés, les c...ns ! Ils ont mis les petites roues à l’arrière!

[Delépine]

Voilà pourquoi les grands-bis n'ont jamais été vraiment stables.

[robur]

Y’a plus qu’à calculer la poussée!

Résultat du calcul effectué avec l’avion dont les caractéristiques sont détaillées plus bas.
Incidence voilure 18 degrés

Projection de la résultante aéro de l’empennage  sur V infini amont : 24 N
Dirigée vers l’avant donc motrice !

Coût  de la déportance empennage en terme de trainée induite par la voilure: 64 N
Par conséquent pas de mouvement perpétuel en vue….


Envergure= 10 m ; Cma  = 1.47 m ; Surface voilure =15 m² ; Surface empennage = 3 m²

Masse = 600 kg

distance foyer voilure foyer empennage =  3.9 m
Centrage = 0.125 Cma

Polaire : Cx = 0.036+0.066Cz² ; ∂ε / ∂α = 0.44 ; Cm0 = - 0.05

[Gilles131]

Merci Robur,
Et quelle est la valeur de la déportance empennage?


Et pourrais-tu nous calculer le même bilan dans le cas où l’empennage serait porteur et non pas déporteur, dans la même configuration?

[Delépine]

Envergure= 10 m ; Cma  = 1.47 m ; Surface voilure =15 m² ; Surface empennage = 3 m²

Masse = 600 kg

distance foyer voilure foyer empennage =  3.9 m
Centrage = 0.125 Cma

Polaire : Cx = 0.036+0.066Cz² ; ∂ε / ∂α = 0.44 ; Cm0 = - 0.05

C'est presque l'avion-exemple fictif de la page 27 du Desgrandschamps.

[Delépine]

Et pourrais-tu nous calculer le même bilan dans le cas où l’empennage serait porteur et non pas déporteur, dans la même configuration?

Attention  :  s'il devient porteur il va cette fois à l'inverse freiner l'avion et peut-être jusqu'au décrochage. Sûrement même jusqu'au décrochage puisque en l'approchant la déflexion devient de plus en plus forte.

[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.

[Delépine]

L'existence d'une telle légende montre que la légende de l'empennage-toujours-déporteur-sinon-l'avion-n'est-pas-stable a vécu. C'est un beau résultat !

[gma]

...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.

L'empennage "porteur" est une supériorité... Personne n'a dit qu'elle était aérodynamique.
Par contre, cette supériorité se retrouve sur des conditions de centrage étendues, sur la stabilité accrue (cas de la formule "canard"), sur le dimensionnement général de l'aéronef (ex du FW 190 est le plus symbolique).

[Gilles131]

L'existence d'une telle légende montre que la légende de l'empennage-toujours-déporteur-sinon-l'avion-n'est-pas-stable a vécu. C'est un beau résultat !

J'avais pris comme exemple le manuel de vol du DG200: le centrage optimum pour les performances n'est pas le plus arrière, contrairement à ce que croient certains vélivoles (dont certains n'hésitent pas, en concours à voler centré plus arrière que la plage autorisée... j'ai des noms!)
L'optimum est dans la zone 2/3 - 3/4 de la plage car plus arrière l'empennage devient suffisamment porteur pour pénaliser les perfos.

L'empennage "porteur" est une supériorité... Personne n'a dit qu'elle était aérodynamique.

C'est une légende fort répandue dans les concours de vol à voile et chez les promoteurs de la formule canard.

L'empennage "porteur" est une supériorité...  (..) cette supériorité se retrouve sur des conditions de centrage étendues, sur la stabilité accrue (cas de la formule "canard"), sur le dimensionnement général de l'aéronef (ex du FW 190 est le plus symbolique).

Tu pourrais nous préciser tout ça?

[robur]

Et quelle est la valeur de la déportance empennage?

360 N, Permet  d’avoir un angle de finesse "convenable…" (centrages : 0, 125  et 0.45 Cma )

...Et pourrais-tu nous calculer le même bilan dans le cas où l’empennage serait porteur et non pas déporteur, dans la même configuration?

A basse vitesse Cz voilure  voisin de 1.3

1- Empennage déporteur

Projection sur V infini amont de la résultante aéro de l’empennage   :  - 24 N
Delta trainée induite voilure :  + 64 N



2 -Empennage porteur

Projection sur V infini amont de la résultante aéro de l’empennage    : 75 N
Delta traînée induite voilure :  - 60 N





A grande vitesse Cz voilure  voisin de 0.25


Projection résultante aéro. de l’empennage négligeable ( faible déflexion ).

Somme des traînées induites( empennage et voilure ) :

a ) Empennage déporteur =111.7 N

b ) Empennage neutre = 97 N

c) Empennage porteur  = 88 N

[gma]

La formule "Blériot" nait avec un empennage horizontal unique, situé au bout d'un long bras de levier, c'est d'abord un compromis de masse, voulu par Louis Blériot, il s'oppose à la même époque aux multiplans, parfois à empennage en surnombre (Voisin, Farman, Fabre, Santos Dumont, Wright), qu'on utilise surtout pour manoeuvrer et non pour stabiliser (à l'époque, l'instabilité c'est le fait du pilote...).
Mais on lui reprochera longtemps le poids mort de son long fuselage, sans examiner le poids global de structure portante.

La condition de stabilité "positive et croissante en vitesse", comme on l'a conçue après (dans les années 20-30), a confirmé ses atouts... Mais sûrement pas pour ses qualités aérodynamiques...
Son atout majeur à l'époque, c'est le fait qu'il permet encore un semblant de contrôle d'assiette lorsque la voilure "décroche"... Toujours l'aspect "pilotage" d'abord. Les fervents proneront le fuselage "long", les surfaces "généreuses", sur des machines essentiellement lentes et à voilure épaisse. Dans le même temps, les détracteurs vont s'opposer au concept en améliorant la stabilité de l'aile seule (Horten (Northrop), Payen, Fauvel) ou le planeur entier sans "empennages" (Mignet). Il n'y a pas encore dans les esprits la notion de compromis (Jack Northrop, créateur du Véga chez Loockeed, abandonne la formule "blériot" par exemple).

Sur avion "canard", la fameuse condition de stabilité impose un empennage qui décroche avant l'aile. Sur cette formule va apparaitre l'empennage horizontal "porteur", c'est le Focke Wulf F19 de 1927.

En 1940, lorsque Kurt Tank adopte de moteur BMW 801 (plus lourd de 160 Kg et plus long que le BMW 139), il fait redessiner le fuselage du FW 190 prototype V5, recule le poste de pilotage, conserve la même aile (charge alaire augmente).
C'est pour conserver le bilan global en traînée induite qu'il décide de charger le plan de profondeur (en fait, trim variable du plan fixe de + 2° à -3°), tab ajustable au sol sur gouvernes. C'est aussi parce que le temps presse et qu'il ne peut refaire une aile. Le résultat sera là, ce sera le premier à "démocratiser" l'empennage horizontal "porteur" sur avion formule Blériot.

D'autres suivront, comme North Américan sur P51... Ce qui va inspirer Al Mooney pour sa série d'avion M18/M20 (trim par modification du calage du plan fixe).
Sur P51, cette solution permettait l'emport de carburant supplémentaire, au prix d'un centrage arrière interdisant les évolutions en combat rapproché, mais autorisant l'escorte des bombardiers jusqu'en territoire allemand.

En France, une solution astucieuse d'Albert Gatard (sur AG 02 "Poussin"), le "statoplan"... Comprenez la conjugaison profondeur-volets-ailerons aux basses vitesses. Très bon système, validé par CEV.

[Sam_tt]

Un planeur RC de course au pylônes en vol de pente a été construit à l'envers :
https://planet-soaring.blogspot.com/2017/12/an-inverted-v-tail-design-plane.html
Atterro en vol dos...

Sam

[Gilles131]

A basse vitesse Cz voilure  voisin de 1.3

1- Empennage déporteur

Projection sur V infini amont de la résultante aéro de l’empennage   :  - 24 N
Delta trainée induite voilure :  + 64 N

2 -Empennage porteur
Projection sur V infini amont de la résultante aéro de l’empennage    : 75 N
Delta traînée induite voilure :  - 60 N

A grande vitesse Cz voilure  voisin de 0.25

Projection résultante aéro. de l’empennage négligeable ( faible déflexion ).
Somme des traînées induites( empennage et voilure ) :
a ) Empennage déporteur =111.7 N
b ) Empennage neutre = 97 N
c) Empennage porteur  = 88 N

Tes calculs supposent une finesse voilure de 6. C'est très peu.

Raisonnement simple:
Ta polaire donne une finesse max avion supérieure à 10, donc une finesse max voilure bien plus grande encore.
Si l'on prend une finesse moyenne voilure de 10, la surcharger ou la décharger de 360 N devrait en augmenter, ou diminuer la trainée de 36 N

Donc:
- empennage déporteur de 360 N: trainée d'empennage -24 N, surcroit de trainée voilure 36 N, bilan de trainée d'équilibrage 12 N
- empennage porteur de 360 N: trainée d'empennage 75 N, gain de trainée voilure 36 N, bilan de trainée d'équilibrage 39 N

Supposons un planeur de finesse voilure de 60
- empennage déporteur de 360 N: trainée d'empennage -24 N, surcroit de trainée voilure 6N, bilan de trainée d'équilibrage -18 N
- empennage porteur de 360 N: trainée d'empennage 75 N, gain de trainée voilure 6 N, bilan de trainée d'équilibrage 69 N

Pas rigoureux certes, mais cela semble suffire pour confirmer que l'empennage franchement porteur n'est pas nécessairement plus favorable aux perfos, ce qui n'est pas forcément intuitif.
Et ceci confirme l'affirmation de DG sur le centrage optimal.

[robur]

Tes calculs supposent une finesse voilure de 6. C'est très peu..

J’ai plutôt considéré les variations  de trainée induite dues aux charges  d’équilibrage.
En ajoutant par exemple 360 N à Mg, le Cz passe dans mon cas de 1.30 à  1.38
Et par conséquent les ailes " voient " un delta Cxi = 0.055 ( 1.38²-1.30²)

  Supposons un planeur ....

La classique expression :  Cx = Cx0 + KCz²,  ne prend pas en compte l’allongement différent de la voilure et de l’empennage horizontal…

J 'ai mis sur un tableur la polaire d’un planeur autour de son Cz de finesse max.
en faisant varier le centrage…
La finesse maximale s’obtient pour un centrage  = 0.4 Cma.

Caractéristiques du planeur fictif analysé :

Cx =0.014 + 0.017 Cz²

Allongement 18 ; surface 12.5 m² ; masse 300 kg , Cma 0.85 m
Distance entre foyer voilure empennage 3.75 m
Surface empennage 1.6 m², allongement 4.8