Portance d’empennage, y es tu ? Octobre 2008 matthieu.scherrer@free.fr

« Oui, un planeur stable peut avoir un empennage qui porte » Objectif Ce petit document vise à apporter des arguments à la discussion : « Oui, un planeur stable peut avoir un empennage qui porte  » Il se base sur des résultats de mesures obtenues en soufflerie sur le Jibe 2 de Flybiwo. Plus d’infos sur : http://sailplane-matscherrer.blogspot.com/ Ce document en complète un précédent sur le sujet centrage et stabilité : http://pagesperso-orange.fr/scherrer/matthieu/aero/papers/Centrage_equilibrage_%20stabilite.pdf

La soufflerie Un modèle en soufflerie ne vole pas, il est accroché à la balance de mesure Il est nécessaire de sélectionner les points sur les courbes qui représentent le vol, c’est à dire les situations d’équilibre. Ainsi, on utilise quasi les même courbes pour représenter le vol avec plusieurs centrages, mais en utilisant différents point de la courbe selon le CG

Equilibre& stabilité Profondeur non braquée Voici comment on étudie équilibre & stabilité sur des courbes de soufflerie… 1. Recherche du point d’équilibre  rechercHe du point CmCG=0 « Preuve » : Prenons le planeur a son incidence d’equilibre 1. équilibre Pas de moment Il y est bien, il y reste ! 2. 2. hors d’équilibre Alpha 10 deg -> CmCG<0 -> Moment piqueur Il « veut » retourner a l’equilibre -> « STABLE » Stabilité = tendance à revenir a l’équilibre Pente de CmCG negative « Preuve » : Prenons une incidence de 10 deg Courbe de Cm pour un CG à 25% obtenue en soufflerie

Cz total & Cz empennage à léquilibre, Profondeur non braquée Pour le planeur complet Il n’existe qu’une situation d’équilibre a centrage donné : On garde l’incidence d’équilibre déterminée sur la courbe de CmCG (CmCG=0) On vient lire la portance mesurée en soufflerie Pour l’empennage En comparant la mesure avec l’empennage et sans, on en déduit la portance empennage NB : les Cz empennage sont donnée en référence à la surface voilure. Pour voir ce que porte le profil de l’empennage, il faut multiplier par 10 corriger de l’effet de surface (l’empennage fait 1/10 de la surface aile) On vient lire la portance d’empennage à l’incidence d’équilibre En soufflerie sans stab En soufflerie avec stab Courbe de Cz empennage obtenue en soufflerie par différence entre la mesure avec et sans empennage Courbes de Cz obtenues en soufflerie

Centrage à 25% On applique la même méthode pour plusieurs braquages de la profondeur Détermination de l’incidence d’équilibre par CmCG=0 pour chaque courbe On vient lire le Cz total mesuré à l’incidence d’équilibre pour chacun des braquage On vient lire le Cz empennage mesuré à l’incidence d’équilibre pour chacun des braquage

Centrage à 25% On observe que : La commande de profondeur est une commande de Cz total, au travers du processus d’équilibrage du planeur autour de son CG De +5° à piquer à -12.3° à cabrer on parcours Cz total de –0.15 à 0.75 Le Cz empennage est un peu négatif : Cz Empennage=-0.005 (-0.05 vu par le profil) Le Cz empennage est quasi constant quelque soit le braquage de profondeur lorsque l’on cherche les point d’équilibre (Un indice s’affiche en bas chez vous sur votre écran : normal 25% de corde c’est le foyer de l’aile)

Centrage à 38% On applique la même méthode que pour le CG 25%, mais avec les courbes mesurée avec le CG à 38% Seules les courbes de CmCG sont affectées par le CG (on change le point de mesure du Cm) Il faut donc revoir à braquage donné l’incidence d’équilbre On vient lire les Cz total & Cz empennage à ces nouvelles incidence d’equilibre C’est ce qui fait changer Cz empennage avec le centrage

Centrage à 38% On observe que : Il existe un point d’equilibre pour le planeur sans stab (courbe noire, CmCG=0 pour 1.1deg) Mais Ce point d’equilibre n’est pas stable (pente de CmCG positive) La pente des courbe de CmCG a diminué : CG arrière = moins stable De +5° à piquer à –6.2° à cabrer on parcours Cz total de –0.26 à 0.96 Pour 12.3 à cabrer l’aile est décroché. -> on retrouve qu’avec un centrage arrière il faut réduire le débattement profondeur Le Cz empennage à l’équilibre négatif quand on pique (bas Cz total) et positif quand on cabre (fort Cz total). Et oui… L’effet de prise d’incidence est plus fort que l’effet de braquage de gouverne

Bilan des équilibres pour deux CG Cz total d’equilibre fonction du braquage de profondeur : Le CG modifie le Cz d’equilibre à braquage nul. On cale le stab pour avoir un Cz « qui nous plait » à incidence nulle, voilà pourquoi le caltrage etc…. A centrage arrière il faut moins de braquage pour obtenir un certain Cz total -> efficacité profondeur augmentée Cz empennage fonction du Cz total d’équilibre obtenu en braquant la profondeur : Le CG modifie aussi le Cz empennage obtenu à braquage nul, en équilibre. A CG =25%, l’empennage est légérement déporteur. A 38% de CG, l’empennage est porteur pour des Cz totaux supérieurs à 0.2. Pourtant le planeur est toujours stable 38% 25%

ConclusionS En utilisant des courbes mesurées en soufflerie, avec et sans empennage, il est possible de déduire simplement le Cz de l’empennage. Afin de tirer des courbes de soufflerie les situations rencontrées en vol, il est nécessaire de rechercher les points d’equilibre pour différents braquages de la profondeur. Deux centrages ont été étudié en soufflerie : 25% et 38% Dans les deux cas, le planeur est centré stable (Cf pente des courbes de CmCG). On étudie les 4 points d’équilibres correspondants aux quatres braquages de profondeur: on retrouve bien l’augmentation de l’efficacité de la profondeur en reculant le centrage A 25%, le Cz du stab est constant et négatif quelque soit la position de la profondeur A 38% le Cz du stab est negatif quand on pousse, et positif quand on cabre NB : Cela signifie qu’on fait travailler le profil à l’envers par rapport au braquage, ce qui n’est pas intuitif… Un empennage bien dimensionné peux aussi bien voir des portance positive et négative. Ce qui compte c’est que le Cz vu par le profil en condition d’équilibre soit petit. J’espère que tout ceci ne vous paraitra pas trop abscond, Et vous aura éclairé sur le sujet Matthieu