Starship

[Bee Gee]

Je ne sais pas ce qu'il faut faire pour faire passer le message... et cela m'attriste !

                    IL NE FAUT PAS CONFONDRE CENTRE DE POUSSEE ET FOYER.

ce sont 2 notions fondamentalement différentes

comme je ne veux pas répéter 36 fois les mêmes choses, 2 fois ça va, ....3 bonjour les dégats !    je vais me contenter de conseiller d'investir dans les bouquins de Gilbert Kolpfstein chez cepadues et qui décortique cela parfaitement bien dans le tome 2

Beaucoup de notions de base ont été mal comprise dans notre petit monde aéronautique français où on raconte des tas d'aneries depuis la nuit des temps !

a+

[Manu]

Si je peux me permettre Manu : toute premièrephrase du post précédent : lire "déporteur" au lieu de"porteur".

Au temps pour moi, je suis allé un peu vite. C'est corrigé.

IL NE FAUT PAS CONFONDRE CENTRE DE POUSSEE ET FOYER.

J'ai effectivement commis un abus de langage, remplacer CP par foyer dans mes posts.

Le CP se déplace avec l'incidence, le foyer reste fixe.

Manu

[jp trimouille]

.

[Manu]

Mon enseignement sous forme simpliste provient de :
- mon TT et mon VV
- par curiosité personnelle : " La mécanique du vol de l'avion léger "de Serge Bonnet et Jacques Verrière (Editions Cepadues), " La mécaniquedu vol " de A.C. Kermode, éditions Modulo,
- mes cours de mécanique du vol pendant ma licence de maintenance aéro,
- mon passage aux essais en soufflerie Airbus au cours de ma carrière professionnelle.

Et du fait que ces lois régissent la conception des avions depuis maintenant plus d'un siècle.

Je trouve que ça fait quand même un certain faisceaux de présomption à prendre en compte si on veut remettre ça en cause.

Manu

[Bee Gee]

Et bien tu peux, car même dans les cours de mécavol du passé des tas de choses fausses ont été écrites dans ce domaine...

La première qualité dans le métier est d'être capable de se remettre en question et aussi d'avoir un oeil critique sur ce qu'on nous apprend.... et qui se révèlent quelque fois fausses

J'avais justement les mêmes certitudes "absolues" sur ce sujet..... jusqu'au jour justement où j'ai rencontré Klopstein et qui nous a montré en 2 coups de cuillère à pot qu'on avait en réalité pas compris grand chose dans ce domaine ... pas de notre faute on nous l'avait si mal enseigné.... et ce fut un grand choc.

Donc encore une fois ne pas confondre centre de poussée et foyer, ensuite raisonner sur l' avion dans son intégralité et non pas en éléments séparés ...

a+!!

[jp trimouille]

.

[Luc Lion]

...
Voila les deux seules configurations qui peuvent être en équilibre statique, d'un point de vue purement mécanique :

La première est istable parce que si tu tires sur le manche, tu crées un moment cabreur avec ta gouverne de profondeur, moment cabreur qui augmente l'incidence de ton aile, donc la valeur de ta portance. La position du CG en arrière du CP engendre donc une augmentation du moment cabreur de l'avion, et ainsi de suite. Pour arrêter le mouvement, il faut contrer à piquer, ce que l'homme ne peut pas faire à cause de son temps de réaction d'une seconde environ.

La deuxième est stable, parce que si tu tires sur le manche, tu vas créer de la même manière un moment cabreur qui va engendre une augmentation de portance. Mais les positions relatives CG / CP vont créer un moment piqueur qui va contrer ton action, et ton avion trouvera une nouvelle position d'équilibre.
...

Manu,

ton raisonnnement partait dans la bonne direction et aurait dû trouver que la stabilité dépend de la position relative du CG et du foyer du couple de tangage.
Cela aurait fait plaisir à Bee Gee , qui nous répète, post après post et avec raison, que c'est le foyer qui compte.
Malheureusement, tu n'as examiné que les effets de l'augmentation de l'incidence sur le plan avant (les ailes) en oubliant qu'il a également un effet sur la dérive.

Reprenons ton raisonnement.
Nous sommes dans le cas de ton premier dessin avec le CG en arrière du CP.
L'incidence de l'avion a augmenté suite à une (légère) diminution de la portance de la dérive, mais ce pourrait être dû à un élément perturbateur tel une bourrasque.
Comme tu l'explique, l'angle d'attaque du plan principal augmente, ce qui augmente sa portance.
Ce delta de portance crée bien un delta de moment cabreur.
Mais, l'incidence change pour tous les plans horizontaux et donc la dérive voit aussi son angle d'attaque augmenter, ce qui augmente sa portance.
Le delta de portance de la dérive crée ici un delta de moment piqueur.

Il y a donc deux variations de moments de force (ou couples, "moment de force" et "couple" sont synonymes ; pour jp trimouille) et ce qui compte, c'est la somme des deux.
Si la variation de moment du plan principal l'emporte, l'effet secondaire global est un moment cabreur, dans le sens de la perturbation et l'avion est instable.
Si la variation de moment du plan de la dérive l'emporte, l'effet secondaire global est un moment piqueur, opposé au sens de la perturbation et l'avion est stable.
Si les variation de moment des 2 plans sont égales, il n'y a pas d'effet secondaire, et on parle de d'équilibre indifférent.
(A noter qu'en cas d'équilibre indifférent, si le pilote garde le manche en position déplacée, la rotation continue en théorie jusqu'à ce qu'un des plans décroche...)

La valeur relative de ces variations de moment est relativement compliquée à calculer ; elle dépend de la variation de portance avec l'angle d'attaque, des surfaces des plans, et du bras de levier de chacun des plans par rapport au CG.
Toutefois, le foyer est justement défini comme le point par rapport auquel la somme des variations de moments de tangage s'annule.
Donc par définition de ce point, si le CG est positionnée sur le foyer, l'équilibre sera indifférent.
Si le CG est en avant du foyer, le bras de levier du plan arrière l'emporte et l'équilibre sera stable,
et si le CG est en arrière du foyer, le bras de levier du plan avant l'emporte et l'équilibre sera instable.

Pour ceux qui aiment le formules, le moment est
  M = Cl . S . (ρ/2 v²) . L
et la variation de moment est
  dM = δCl/δθ . S . (ρ/2 v²) . L . dθ
avec
  dM = la variation de moment
  δCl/δθ = la dérivée du coefficient de portance Cl (aussi écrit Cz dans d'autres posts) par degré de l'angle d'attaque
  S = la surface du plan
  ρ/2 v² = la pression dynamique
  L = la longueur du bras de levier
  dθ = la variation de l'angle d'attaque
Mais la pression dynamique et la variation de l'angle d'attaque est la même pour les 2 plans.
De même les moments (avant perturbation) sont sensé être équilibré donc M1 = M2 (en valeur absolue),
ce qui permet d'écrire:
  dM1 / M = (δCl1/δθ . S1 . (ρ/2 v²) . L1 . dθ) / (Cl1 . S1 . (ρ/2 v²) . L1)
  dM1 / M = (δCl1/δθ . dθ) / Cl1
  dM2 / M = (δCl2/δθ . dθ) / Cl2
et
  dM1 / dM2 = ((δCl1/δθ) / (δCl2/δθ)) * (Cl2 / Cl1)
avec les grandeurs indicées 1 pour le plan avant et les grandeurs indicées 2 pour le plan arrière,
si, en valeur absolue,
  | dM1 / dM2 | < 1 , alors l'avion sera stable,
  si | dM1 / dM2 | > 1 , alors l'avion sera instable,
  et si | dM1 / dM2 | = 1 , alors l'équilibre est indifférent.

La formule dM1 / dM2 = ((δCl1/δθ) / (δCl2/δθ)) * (Cl2 / Cl1)
montre d'où vient l'importance de la charge alaire sur la stabilité.
On peut supposer, en simplifiant un peu, que les dérivées δCl1/δθ et δCl2/δθ donnent à peu près les même valeurs, pour peu que les profils aient des courbes Cl proches et pour peu que les angles d'attaque des 2 plans soient dans la même zone de ces courbes.
Dès lors, l'essentiel du rapport des variations de moment vient de (Cl2 / Cl1).
Remarquons que le rapport des charges alaires vaut (Cl1 / Cl2), en effet le rapport de charge alaire est
  (L1/S1) / (L2/S2) = ( (Cl1 . S1 . ρ/2 v²) / S1 ) / ( (Cl2 . S2 . ρ/2 v²) / S2 ) = (Cl1 . ρ/2 v²) / (Cl2 . ρ/2 v²) = (Cl1 / Cl2)

Donc on peu dire, en gros, que le rapport des variations de moments donnera un équilibre stable en tangage si (Cl2 / Cl1) < 1 , c'est à dire si la charge alaire du plan avant est plus grande que la charge alaire du plan arrière.
(En fait il faut aussi tenir compte de ((δCl1/δθ) / (δCl2/δθ)), surtout si les 2 plans ont des portances en sens opposés).

[Bee Gee]

>>>  Cela aurait fait plaisir à Bee Gee , qui nous répète, post après post et avec raison, que c'est le foyer qui compte.



Ah bon ! quand même !!  

[Manu]

Manu, je te présente des excuses pour la vivacité déplacée du ton de mon message d'hier dimanche à 12 heures 26.

Il n'y a pas de mal, je n'ai pas pris la mouche.

Tu aurais une photo de ta machine ? J'ai rien trouvé sur le net.

Donc par définition de ce point, si le CG est positionnée sur le foyer, l'équilibre sera indifférent.
Si le CG est en avant du foyer, le bras de levier du plan arrière l'emporte et l'équilibre sera stable,
et si le CG est en arrière du foyer, le bras de levier du plan avant l'emporte et l'équilibre sera instable.

Merci pour cette confirmation.

J'ai fait le test samedi avec un petit modèle réduit. Avec les deux plans, ça vole bien.

>>>  Cela aurait fait plaisir à Bee Gee , qui nous répète, post après post et avec raison, que c'est le foyer qui compte.

Ah bon ! quand même !!  

J'ai été long à la détente, mais j'ai fait le correctif.

Manu

[Matthieu S]

hello

je suis renvoyé chez vous par sam_tt...

il y a les meme discussions sur des forum/liste modeliste, il y a les meme confusions entre :
1) equilibrage & stabilité
2) centre de poussée & foyer.

J'ai produit qq supports qui peuvent alimenter aussi vos brain storming, je vous les livrent tel quel.

Manu, tu oublies le "moment pur cm0" dans tes crobars d'equilibre. Rajoute un ressort spiralé comme ce que j'avais fais ici
http://pagesperso-orange.fr/scherrer/matthieu/aero/papers/Centrage_equilibrage_%20stabilite.pdf

Sinon deux autres trucs sur des sujets connexes....
http://pagesperso-orange.fr/scherrer/matthieu/aero/papers/Center_of_lift&neutral_point.pdf

http://pagesperso-orange.fr/scherrer/matthieu/aero/papers/Portance_empennage_soufflerie.ppt

et vive les stab qui portent, et qui sont d'autant plus porteur qu'on tire a la profondeur !

Voili voilou

A+ Matthieu

http://sailplane-matscherrer.blogspot.com
http://pagesperso-orange.fr/scherrer/matthieu/aero/publication.html

[Manu]

Manu, tu oublies le "moment pur cm0" dans tes crobars d'equilibre. Rajoute un ressort spiralé comme ce que j'avais fais ici

Mes croquis n'avaient pour but que de montrer la stabilité statique d'un solide soumis à 3 forces. Rien d'aéro là dedans, c'est de la mécanique basique.

Tant que le point d'application du poids est en avant du point d'application de la portance, le stab ne peut être que déporteur.

Dans le cas contraire, il est impossible que le solide (planeur dans ce cas là) puisse rester en équilibre.

et vive les stab qui portent, et qui sont d'autant plus porteur qu'on tire a la profondeur !

Si tu tires à la profondeur, tu tire ton stab vers le bas, donc ton stab est plus déporteur que porteur.

J'ai déjà eu l'occasion d'aller sur ton site à plusieurs reprises, on parle régulièrement de toi sur les forums d'aéromodélisme.

Juste une idée comme ça : est ce que tu aurais la possibilité avec un modèle réduit de faire en sorte que lorsque le stab disparaisse en vol, le planeur cabre plutôt que de de piquer ? C'est pas faisable en grandeur, on risque d'avoir du mal à trouver des pilotes qui se sacrifient pour la science.

Mais en modèle réduit, un truc construit vite fait à pas cher (aile au fil chaud sans coffrage, une baguette comme fuselage, empennages planche, .... même pas entoilés, pas besoin) avec juste le largage du stab commandé par radio (un doigt commandé par un servo qui retient l'élastique de fixation du stab), perte du stab compensée par le largage d'un lest mobile pour ne pas modifier le centrage. Il y en a pour moins d'une heure de boulot, le plus long sera de faire sécher la colle.

On lance à la main et une fois que le vol est stabilisé, on largue le stab et on regarde. Si ca pique, le stab est déporteur, si ca cabre, il est porteur. Et on recommence en reculant progressivement le centrage

Je suis prêt à parier que dans TOUS les cas de vol stabilisé, la perte du stab engendrera un couple piqueur. et ce jusqu'à ce que le centrage soit trop arrière pour permettre un vol stablilisé.

Je répète ce que j'ai dit plus haut.

L'aviation existe depuis plus d'un siècle. On a fait des recherches pour comprendre ce qui se passe en partant de 0 dès le début (soufflerie des frères Wright).

On est aujourd'hui capables de prévoir les performances et le comportement en vol d'un avion avant même qu'on ait commencé la fabrication du proto (les simulateurs sont utilisés dès la phase de définition du modèle aérodynamique figée). On fait des essais en soufflerie où on mesure entre autres les efforts et les pressions s'exerçant sur le stab. On sait donc exactement ce qui s'y passe.

On utilise des calculateurs sur les avions de ligne pour gérer la stabilité du bouzin. Ces calculateurs utilisent des lois de pilotage qui contrôlent l'avion. Ces avions font des millions d'heures de vol par mois en transportant des milliards de passagers.

On forme des ingénieurs en leur apprenant et en leur démontrant que vol stabilisé = stab déporteur. Mon prof de méca vol est ingénieur en aérodynamique et avait au moment de mes études 20 ans d'expérience dans la définition aérodynamique de missiles de croisière.

Les sites du style Youtube et Dailymotion regorgent de vidéos de crashs où on voit clairement que la perte du stab engendre un moment piqueur.
On se serait donc fourvoyé depuis 105 ans sur une notion aussi basique que l'équilibre longitudinal de l'avion ?

Manu

[robur]

...Je suis prêt à parier quedans TOUS les cas de vol stabilisé, la perte du stabengendrera un couple piqueur. et ce jusqu'à ce que le centragesoit trop arrière pour permettre un vol stablilisé.

Tu perdrais certainement ton pari !
Geebee  rappelait , que les planeurs de vol libre (qui étaient des engins extrêmement stables ) avaient systématiquement un empennage porteur....

...On forme des ingénieurs en leur apprenant et en leur démontrant que vol stabilisé = stab déporteur....

Es-tu certain de ce que tu racontes ?

Ne suffit-il pas, pour que la stabilité longitudinale existe, que le foyer avion complet soit situé à l' arrière du centre de masse ?

[Bee Gee]

Hello !

je pense que dans l'enseignement on complique inutilement les choses

Pour un pilote bien mieux vaut une compréhension simplifiée mais correcte des choses que de savantes équations qui pour lui ne servent strictement  à rien.... mais servent bien entendu aux ingénieurs à calculer un avion précis, dans notre système d'enseignement on confond les 2 choses.
Klopfstein qui s'est occupé de stabilité variable sur Mirage dont l'étude a permis le développement des commandes de vol électriques actives utilisée sur Concorde, Airbus et M2000 savait, je pense, de quoi il parlait, or dans son bouquin fait à l'usage des pilotes il n'y a presque quasi aucune  équation ni formules mathématiques "ce qui se conçoit bien s'énnonce clairement et les mots pour le dire viennent aisément" avait il l'habitude de répéter.. je suis bien de cet avis, des mots, pas des équations.

Il est vrai que les avions "classiques" ont un empennage sous-porteur et le plus souvent déporteur, mais cela n'empèche pas qu'un avion puisse être stable avec un stab légèrement
porteur. C'est rarement le cas pour la raison que les profils performants ont un cmo négatif et qu'on a pas trop intérêt à surdimensionner l'empennage. En fait il y a continuité entre avion classique, pou du ciel aile volante ou canard, les grands principes restent les même et en particlier le CG doit être devant le foyer pour être stable.

Je vous soumets ceci à réflexion: considéront un avion tout à fait réalisable, à voilure rectangulaire, à profil symétrique dont le cmo est nul avec un centre de poussée DE l'AILE SEULE fixe à 25% de la corde. On dimensionne un empennage très généreux qui permet un foyer DE L'AVION COMPLET situé à 50% de la corde de référence, et on centre le tout à 35%...

question: l'avion est t'il stable dans ces conditions, et que devient la portance - déportance de l'empennage afin de maintenir l'équilibre ....


top chrono !    (d'avance mes excuses pour les fautes et fautes de frappe ! tape trop vite = défaut= pan sur les doigts!)

[Luc Lion]

Tant que le point d'application du poids est en avant du point d'application de la portance, le stab ne peut être que déporteur.
Dans le cas contraire, il est impossible que le solide (planeur dans ce cas là) puisse rester en équilibre.

Manu,
c'est pas bien ; tu recommences
Il faut écrire:

Dans le cas contraire, et si le CG est après le foyer, il est impossible que le solide (planeur dans ce cas là) puisse rester en équilibre.

[/quote]

Voici un petit résumé de toutes les configurations possibles, avec 2 plans horizontaux.
Comprendre que
  CG = centre de gravité
  CPf = centre de poussée du plan fixe
  CPo = centre de poussée du plan orientable
  f = foyer des moments de tangage (f est toujours entre CPf et CPo)

Configurations plan orientable à l'arrière (configuration classique)
1.   CG - CPf - f - CPo
      - géométrie : plan fixe porteur, plan orientable à portance négative
      - très stable : les 2 CP ont des variations de moment conservatrices
      - manoeuvrabilité limitée : le Po doit surpasser la variation de moment conservatrice du Pf
      - trainée médiocre : la charge alaire du Pf prend toute la portance plus contrebalance la portance négative du Po
2.   CPf - CG - f - CPo
      - géométrie : plan fixe porteur, plan orientable porteur
      - stable : le Po génère une variation de moment conservatrice plus importante que le moment perturbateur du Pf
      - manoeuvrabilité bonne : la variation de moment perturbatrice de Pf amplifie le moment du Po
      - trainée bonne : la charge est répartie sur les 2 plans
3.   CPf - f - CG - CPo
      - géométrie : plan fixe porteur, plan orientable porteur
          (je crois que c'est la configuration du F-14 Tomcat)
      - instable : le Pf génère une variation de moment perturbatrice plus importante que le moment conservateur du Po.
          La stabilité doit être assurée dynamiquement.
      - manoeuvrabilité très bonne : la variation de moment perturbatrice de Pf amplifie fortement le moment du Po
      - trainée bonne : la charge est répartie sur les 2 plans
4.   CPf - f - CPo - CG
      - géométrie : plan fixe à portance négative, plan orientable porteur. C'est le plan orientable qui porte toute la charge.
           Je crois que cette géométrie n'est jamais utilisée.
      - instable : les 2 CP ont des variations de moment perturbatrices.
           La stabilité doit être assurée dynamiquement par le PO alors que son bras de levier est faible.
      - manoeuvrabilité très bonne : toute variation est amplifée par des moments perturbateurs
      - trainée médiocre : la charge alaire du Po prend toute la portance plus contrebalance la portance négative du Pf

Configurations plan orientable à l'avant (configuration canard)
1.   CG - CPo - f - CPf
      - géométrie : plan orientable porteur, plan fixe à portance négative. C'est le plan orientable qui porte toute la charge.
          Je crois que cette géométrie n'est jamais utilisée.
      - très stable : les 2 CP ont des variations de moment conservatrices
      - manoeuvrabilité très médiocre : le Po doit surpasser la variation de moment conservatrice du Pf, alors que son bras de levier est faible
          et que le bras de levier du Pf est grand
      - trainée médiocre : la charge alaire du Po prend toute la portance plus contrebalance la portance négative du Pf
2.   CPo - CG - f - CPf
      - géométrie : plan orientable porteur, plan fixe porteur
          (configuration du Starship)
      - stable : le Pf génère une variation de moment conservatrice plus importante que le moment perturbateur du Po
      - manoeuvrabilité médiocre : le Po doit surpasser la variation de moment conservatrice du Pf, alors que son bras de levier est faible
      - trainée bonne : la charge est répartie sur les 2 plans
3.   CPo - f - CG - CPf
      - géométrie : plan orientable porteur, plan fixe porteur.
           Géométrie choisie pour de nombreux avions d'arme pour la bonne manoeuvrabilité et trainée
      - instable : le Po génère une variation de moment perturbatrice plus importante que le moment conservateur du Pf.
           La stabilité doit être assurée dynamiquement.
      - manoeuvrabilité bonne : le Po doit surpasser la variation de moment conservatrice du Pf, mais son bras de levier est plus important que celui du Pf
      - trainée bonne : la charge est répartie sur les 2 plans
4.   CPo - f - CPf - CG
      - géométrie : plan orientable à portance négative, plan fixe porteur
           Je crois que cette géométrie n'est jamais utilisée (possibilité de deep stall).
      - instable : les 2 CP ont des variations de moment perturbatrices.
           La stabilité doit être assurée dynamiquement par le PO.
      - manoeuvrabilité très bonne : toute variation est amplifée par des moments perturbateurs
      - trainée médiocre : la charge alaire du Pf prend toute la portance plus contrebalance la portance négative du Po

[Luc Lion]

question: l'avion est t'il stable dans ces conditions, et que devient la portance - déportance de l'empennage afin de maintenir l'équilibre ....

L'avion est stable longitudinalement, l'empennage est porteur.
En première approximation, une variation de la corde de l'empennage de 1° provoque une variation de l'incidence qui se stabilise à 2.5°
alors que si le CG était à 25% de corde (au CP), le facteur d'amplification serait de 1 ; soit 1° de variation de corde provoque une variation d'incidence stabilisée à 1°.
Il n'est pas nécessaire de bouger beaucoup le CG pour observer des variations significatives de la manoeuvrabilité de la profondeur.