Le Forum Avions Piel, consacré aux Pierres Précieuses. Super Emeraude, Beryl, Saphir, CP80 etc

Le Sea Dart, je l’avais oublié celui-là ...
Mais c’est vrai qu’en CNRA ou ULM, il n’y a pas grand chose.
Il faudrait peut-être les équiper des petites turbines à propos desquelles tu as déjà écrit.

Bonjour à Tous,

La question pratique qui consiste à comparer deux avions conçus pour des missions comparables n'est pas vraiment aisée.

Je vous propose une approche simple du coefficient de trainée autre que celle induite par la portance, et d'en tirer quelques conclusions sur les pistes d'améliorations et les effets d'un changement de motorisation.

Il y a un fichier de texte et une calculette excel.
Les valeurs en bleu sont des paramètres à remplir.
Les valeurs en rouge sont des résultats de calcul à ne pas modifier...

Bons Vols

Philippe Dejean

Bonjour à tous,

J'ai amélioré un peu ma calculette en y intégrant des renseignements complémentaires, mais surtout des résultats supplémentaires...

L'exemple pré-rempli est celui de l’Émeraude CP 301 sur la base des renseignement du dossier Aviasport reproduit sur ce site.

Le mode d'emploi est toujours le même :
Les valeurs en bleu sont des paramètres à remplir.
Les valeurs en rouge sont des résultats de calcul à ne pas modifier...

Amusez-vous bien...

Philippe Dejean

Bonjour Philippe, merci pour ces informations très intéressantes sur les trainées et l'impact sur la vitesse.
J'avais une autre question concernant les motorisations.
Pour une cellule donnée en vol de croisière, question consommation essence, vaut-il mieux voler un 180hp à 66.5% ou un 160Hp à 75%? (Soit environ 120hp dans les deux cas)
En d'autres termes, où se trouve le meilleur rendement des Lycoming O-320 et O-360? (la différence de poids entre un o-320 et un o-360 à valve parallèle n'est que de quelques kilos (env. 5kg) et est donc assez négligeable)
Merci
Benoit

Bonjour Benoit,

Le choix du choix entre un Lycoming O-320 et O-360 pour une puissance en croisière d’environ 120 HP dépend bien évidemment de la consommation de carburant de ces deux moteurs à cette puissance, mais pas seulement.

Pour connaitre la consommation de carburant, il suffit de consulter les manuels d’utilisation de ces deux moteurs.
Malgré un rapport volumétrique identique (8,50 : 1), il semble qu’il y ait un très léger avantage pour le O-360, car dans des conditions comparables à basse altitude, la même puissance peut-être obtenue avec un régime moteur un peu plus faible avec le O-360. En pratique, la différence n'est réellement décisive.

Mais l’analyse ne peut pas se limiter à la consommation en croisière. Il faut lister chaque avantage et inconvénient d’une motorisation par rapport à l’autre, et évaluer son importance dans le contexte de l’avion à motoriser et de son utilisation.

Commençons par les inconvénients du 0-360 :

- Le O-360 est plus lourd d’environ 5 kg.
Dans l’absolu, c’est autant de moins de charge utile. Mais suivant la cellule concernée, la pénalité est plus ou moins lourde:
Dans le cas du CP605 qui a tendance à être centré plutôt avant, cela implique d’ajouter une gueuse devant l’étambot (ou d’augmenter la masse de cette gueuse), ce qui augmente d'autant l'impact sur le devis de masse.
Dans le cas d’un CP1320, qui par contre est centré plutôt arrière, le surcroit de masse se limite aux 5 kg et aide plutôt au centrage de l’avion avec un passager sur la banquette arrière.

- Dimensionnement du bâti moteur.
Le bâti moteur et ses ancrages dans le fuselage sont calculés pour supporter les efforts de traction et de couples liés au fonctionnement du moteur, mais aussi pour supporter le poids du moteur aux accélérations maximales que peut subir la cellule en vol et à l’atterrissage. A part sur les avions de voltige avec des hélices métalliques, ce sont les efforts liés au poids du moteur qui sont dimensionnants. L’écart de masse entre le O-360 et le O-320 (3%) est suffisamment faible pour que les besoins de renforts soient minimes, voire nuls.

- Le risque de surconsommation.
Il est évident qu’un moteur plus puissant peut fournir plus de puissance, mais au prix d’une consommation accrue. Or cette puissance se traduit plus par une réduction de la distance franchissable ou une augmentation de la consommation rapportée à la distance, qu’un gain de vitesse. Eviter cette surconsommation implique donc un pilotage différent (par exemple limiter le régime moteur à 2300 t/min en croisière)

Voyons maintenant les avantages :

- Meilleures performances en montée :
L’augmentation de puissance se traduit directement par une augmentation de la puissance massique, qui est le paramètre déterminant du taux de montée.
Outre la sécurité qu’apporte un meilleur taux de montée près du sol, l’augmentation de puissance se traduit aussi par une augmentation du plafond pratique et la capacité de rejoindre plus rapidement l’altitude de croisière.
C’est un gain notable de confort pour le voyage qui ne se traduit non seulement pas nécessairement par une augmentation de la consommation, mais peut même se traduire par une réduction de la consommation totale sur un vol complet.

- Meilleures performances au décollage, mais aussi en croisière.
Avec un moteur peu puissant, une hélice petit pas est souvent nécessaire pour obtenir les performances minimales au décollage. Cette hélice petit pas « mouline dans le vide » en croisière, ce qui oblige à réduire les gaz. L’avion consomme peu, mais est lent en croisière, et monter en altitude ne permet pas de gagner en vitesse vraie puisque c’est le pas de l’hélice qui est limitant.
Augmenter la puissance du moteur permet d’augmenter les performances au décollage avec une hélice de pas moyen, mais aussi d’améliorer les performances en croisière. Si les performances au décollage sont suffisantes, on peut même utiliser une hélice à grand pas optimisée pour la croisière en altitude. Dans ce cas, la vitesse de vol correspondant à la meilleure vitesse verticale a tendance à augmenter, ce qui permet de moins perdre de temps sur un vol et améliore le refroidissement du moteur.


En général, je ne suis pas partisan de la sur-motorisation, car c’est trop souvent un cercle vicieux avec une augmentation de la masse à vide au détriment de la charge utile et un gain de vitesse dérisoire pour une augmentation importante de la consommation et une réduction notable de la distance franchissable.

Il y a pourtant des cas où la sur-motorisation est judicieuse, comme dans le cas du CP1320 Saphir, qui est originellement assez centré arrière.

Le O-360 partage beaucoup de pièces avec le O-320, dont il est dérivé, et l’augmentation de la masse est limitée. Cette légère augmentation de masse améliore le centrage, et la capacité de chargement à l’arrière.

A condition d’adapter le régime de croisière, les considérables améliorations des performances n’impliquent pas de surconsommation notables et je pense que dans ce cas particulier, le O-360 est un bon choix.

Bons Vols

Philippe Dejean

Un grand merci Philippe pour ce développement très complet.
En effet, pour 5kg en plus, les 20Ch supplémentaires du O-360 ne sont pondéralement pas cher payés.

Effectivement, le Saphir semble centré arrière avec les cotes d'origine.
Plusieurs constructeurs auraient avancé la cloison pare-feu de 6 à 10 cm.
Cela aurait également l'avantage de pouvoir augmenter le volume du réservoir avant.
Sur une cellule construite comme sur les plans d'origine, il semble qu'il faudrait allongé le bâti moteur.
Mais l'on me l'a déconseillé car cela pourrait induire une amplification des vibrations moteur. (?)

Une spécification du Saphir est d'avoir les 2 pilotes-passager (avant) assis derrière le point de centrage (plus en arrière que sur l'Emeraude par exemple).
Cela affine la ligne mais réduit les capacités à transporter un passager sur la banquette arrière, ou l'emport de bagage, ou le plein d'un réservoir arrière.
C'est de l'observation, car je ne dispose pas de la fiche de pesée/ centrage du Saphir.
Si quelqu'un en disposait, je suis très intéressé.
Tout comme pour toute idée pour améliorer le Saphir d'origine que Claude Piel n'a malheureusement pas eu le temps de peaufiner.
Merci d'avance.

Bonsoir,
J'ai également le même "soucis" sur mon 2+2, qui n'est pas un Piel.
Les pilotes font reculer le centrage, ils sont assis trop en arrière.

Seul à bord il est vraiment centré limite avant (et ce serait encore pire avec un réservoir comme sur les Piel) et au complet j'ai très peu d'emport à l'arrière

L'idéal aurait été de reculer de 5 bons centimètres le moteur, d'avancer de 5 bons (voire 10 !) centimètres les pilotes, la planche de bord et la parefeu.
La conséquence est une perte d'espace de 10 à 15cm pour la maintenance entre le moteur et la pare feu, mais surtout un centrage meilleur tout le temps, et plus de place pour le(s) passager(s) qui sont classiquement bien à l'étroit
Malheureusement pour moi c'est trop tard, je ne vais pas détruire l'avant pour avancer la pare feu et refaire un bâti moteur.

Autre solution, des pilotes vraiment tout petits qui avanceront les sièges très en avant .... pas commun

Pour un avion de construction amateur qui a déjà été construit plusieurs fois il est en effet important de pouvoir récupérer ce type d'info (voir même d'éditer la liasse de référence ou le manuel de construction ne serait-ce qu'avec un commentaire manuscrit ?)

Bonsoir à tous,

Allonger un bâti moteur est toujours possible, mais cela revient à en concevoir un nouveau, ne serait-ce que pour prendre en compte le flambage des tubes qui sont plus longs et dont une augmentation de diamètre peut se révéler nécessaire :

Il est vrai qu’en allongeant le bâti-moteur, on diminue la rigidité de la structure de soutènement du moteur, et par conséquent ses fréquences propres. La probabilité que certains modes propres soient excités par les vibrations du moteur augmente. Cela ne veut pas dire que c’est impossible, mais il faut en tenir compte dans la conception du nouveau bâti-moteur, et éventuellement dans le renforcement de la structure en arrière de la cloison pare-feu.

Quand l’allongement du bâti-moteur n’est que de quelques centimètres fréquences, un simple « étirement » de la structure prévue dans le plan selon l’axe de roulis ne pose pas de problème, mais il faut rester vigilent. En cas de problème vibratoires, la solution n’est pas évidente. On peut essayer d’augmenter encore plus le diamètre des tubes que ce qui est nécessaire pour éviter leur flambage, mais rien ne prouve que ce sera suffisant, notamment si le problème est un manque de rigidité des points d’ancrage sur la cellule.

Avec les 2 pilotes-passager (avant) assis derrière le point de centrage,
la position du passager arrière est problématique.
- S’il est assis dans le même sens que les autres, la place pour les jambes est très réduite et la position est très inconfortable.
- Certains Saphir ont le passager tourné de 90 degrés vers la gauche. Il est donc assis derrière le passager avant droit avec les jambes derrière le pilote. Ce qui semble une bonne idée en termes de centrage (tant que le dossier avant n’est pas trop incliné) n’est pas meilleur en terme de confort à cause de la courbure de la verrière qui oblige le passager arrière soit à se mettre en boule, soit à décaler son buste vers l’axe du fuselage, ce qui réduit d’autant l’espace pour les jambes.
- La solution qui me semble la plus confortable consiste à assoir le passager arrière sur l’axe du fuselage, mais tourné vers l’arrière, avec le buste le plus en avant possible, c’est-à-dire avec la tête presque entre celles des passagers avant. C’est efficace en termes de centrage, la hauteur est suffisante, et il est possible de ménager un espace au-delà du cadre arrière de l’habitacle pour déplier les jambes.


Augmenter le volume du réservoir avant ne me semble pas une bonne solution.
Pour illustrer mon propos je vais prendre l’exemple du CP605 (que je connais bien : j'en ai un).
Le CP 605 est doté d'un réservoir avant de 80+ litres et deux réservoirs d’apex de 45 litres chacun. Ces derniers sont très près de la plage de centrage et n’ont que très peu d’influence sur le centrage au cours de leur vidange par le moteur.

Avec seulement 2 personnes (même relativement lourdes) à bord sur les sièges avant, on peut remplir les 3 réservoirs et au décollage, l’avion est franchement centré avant. L’empennage doit être fortement déporteur, ce qui induit une trainée accrue.
Il est donc logique de consommer d’abord l’essence du réservoir avant, pour ramener le centrage dans une plage plus favorable, mais ce faisant, on risque de finir le vol sur les réservoirs d’Apex, et donc en difficultés en cas de panne de pompe à essence. Il faudrait donc garder un minimum de 20 à trente litres dans le réservoir avant qui peut alimenter le moteur par gravité pour rejoindre un aérodrome de dégagement en cas panne de pompe à essence, mais cette réserve maintient l’avion dans un centrage avant qui réduit les performances.

Avec trois personnes à bord, (ou deux adultes à l'avant et deux enfants légers à l'arrière) la MTOM n’autorise plus de faire les pleins complets. La charge sur la banquette arrière oblige, par contre, oblige à garder une certaine quantité d’essence dans le réservoir avant sous peine d’avoir un centrage trop arrière. On va donc, par exemple, remplir complètement le réservoir avant, et l’un des deux réservoirs d’Apex, l’autre restant vide. Après un décollage sur le réservoir avant (par sécurité au décollage), on va d’abord consommer l’essence du réservoir d’Apex (1h20 min de croisière), puis repasser sur le réservoir avant. Mais l’autonomie est réduite sous peine de finir le vol avec un centrage trop arrière : On a fatalement transporté moins d'essence, mais en plus une partie ne doit pas être consommée pour servir de gueuse à l'avant !

Il est évident que cette solution (héritée des monoplaces et biplace côte à côte) n’a rien d’optimale.

En toute logique la quantité de carburant à bord doit se traduire par de la distance franchissable, et ce que ce soit avec toutes les places occupées et peu de carburant, ou bien avec peu de personnes à bord, mais avec les pleins complets. Donc, le carburant supplémentaire doit reproduire le centrage qu’on aurait avec le passager supplémentaire, et donc se situer à un bras de levier proche de celui des sièges arrière.

Sur les DR300 et DR400, les passagers arrière sont littéralement assis sur le réservoir principal de 110 litres qui sert de banquette arrière. Sur les versions les plus puissantes, ce réservoir est complété par deux réservoirs d’apex.
Que ce soit avec 2 personnes à bord et les pleins complets ou avec un ou deux passagers à l’arrière, et moins d’essence, la plage de centrage est bien plus facile à respecter. De plus au fur et à mesure que l’essence est consommée, le centrage ne recule jamais, et tout le carburant embarqué sert à la distance franchissable.

Asseoir les passagers sur un réservoir peut sembler assez peu sécurisant en cas de crash, mais ce n’est pas forcément pire qu’un réservoir placé juste au-dessus des jambes du pilote et du passager avant, qu’un choc violent peut arracher de ses fixations et déchirer : deux personnes peuvent alors se retrouver avec les jambes écrasées par un réservoir qui fuit… au-dessus des échappements chauds… (Perspective assez peu réjouissante, vous en conviendrez !)

Une bien meilleure place pour les réservoirs est donc dans l’aile, une partie devant le longeron, mais aussi une partie derrière le longeron pour jouer le même rôle que le « réservoir-banquette arrière » des DR300 et DR400.

Pour résumer :
- Un grand réservoir est utile quand on veut augmenter l'autonomie quand toutes les places ne sont pas occuppées.
- Comme le passager absent est logiquement la troisième personne qui s’assoit à l’arrière, le réservoir supplémentaire doit se trouver également à l’arrière. Sinon le carburant supplémentaire avance plus encore le centrage par rapport à la situation de 2 personnes à bord qui correspond déjà naturellement à un centrage avant.

Bien entendu, cela suppose qu’à vide l’avion soit suffisamment léger de l’arrière, ce qui pose quelques contraintes de positionnement du train principal pour un avion à train classique.

Pour un avion qui serait relativement lourd de l’arrière, et autant que cela soit possible, il est beaucoup plus efficace de reculer l’aile de quelques centimètres que d’avancer le seul moteur, qui, lui, devrait avancer beaucoup plus pour obtenir le même effet.

Bons vols

Philippe Dejean

Tu as tout superbement résumé Philippe.

D'ailleurs je disposerais des plans de ma propre machine (que j'aurais peut être au printemps qui sait !) j'étudierais surement l'ajout d'un réservoir arrière en remplacement de l'assise de la banquette arrière pour une cinquantaine de litres et pour rehausser un tout petit peu mes passagers !
ça permettrait presque un A/R Biscarrosse/Brest sans avoir à refueler sur place

C'est tellement plus facile à faire pendant la construction qu'après que j'en suis un peu envieux.
Ça nous ramène à ce que je disais plus haut: il est en effet important de pouvoir récupérer ce type d'info sur les modèles déjà construits ... pour pouvoir en tirer parti pour sa propre construction

Surtout quand on voit que ça ce joue à quelques petits centimètres (y'a toujours des petits et des grands centimètres dans ces cas là !) .

Par contre perso je me sentirais surement bien mal en passager d'un avion léger si je devais tourner le dos à l'équipage.
Mais ça ne retire en rien à l'efficacité de la solution qui en plus serait surement plus légère que la version conventionnelle !

Hervé

Philippe, merci pour ces réflexions et éclairages très judicieux.
En terme de centrage, la position à 90° du passager arrière est intéressante mais la cinématique des corps en cas de choc doit être très mal vécue pas ce corps à 90°
La position tête-bêche dos à dos bien acceptée dans les trains, prive le passager de la vision vers l'avant dans un avion léger. Ceci doit être difficile à vivre comme le dit Hervé.
Je pense qu'à la conception d'un biplace côte à côte, il vaudrait mieux avoir les pilotes assis sur le longerons, c-a-d pratiquement sur le centre de la fenêtre de centrage de l'appareil.
Cela n'occasionerait pratiquement pas de variation de centrage dû à la corpulence ni à la présence d'une ou de deux personnes à bord. Toute la fenêtre de centrage serait disponible pour les variations de centrage dues au carburant et des bagages (ou passager arrière dans les cas les plus propices, ce qui reste marginal sur un Saphir).

Dans le même esprit, le carburant stocké dans les ailes, donc proche du CG, est une très bonne solution. La remarque de Philippe concernant la pompe à carburant est très judicieuse.
Mais la confection de réservoirs dans une aile en bois ne semble pas aisée.
Les réservoirs d'apex semble être une solution des plus pratique. (Philippe, tes réservoirs sont-ils en alu, formant l'apex en lui-même?)
Il existe la solution de fibrer une partie de la structure proche de l'emplanture pour obtenir un réservoir structurel.
Mais je crains le mauvais vieillissement de cette solution dont la moindre fuite serait difficilement réparable.
Est-ce que quelqu'un peut témoigner de l'expérience de ce type de réservoir, en bien ou en mal? Merci d'avance.

Mes meilleurs vœux pour cette nouvelle année 2021, plein de superbes vols dans l'azur
Benoit

For making tanks in the wing leading edge take a look at the construction in the GP-4 More pictures at http://www.springfieldaviation.com/construction%20cd%20photos.htm#MAIN_TANKS

Merci Alex, c'est une superbe intégration de réservoirs dans les ailes!!
J'ai croisé le GP-4 à Chateauroux cet été, magnifique machine de course!!

Thank you Alex, it's a great integration of tanks in the wings !!
I met the GP-4 in Chateauroux this summer, a magnificent racing machine !!

This made me think. In my CP1320 project the airframe is complete and ready for painting. But moving the wing a few (3?) centimeters backwards seams still feasible. It would only require to modify the fairings. Or am I thinking to easy?

Cela m'a fait réfléchir. Dans mon projet CP1320, la cellule est terminée et prête à être peinte. Mais déplacer l'aile de quelques (3?) Centimètres vers l'arrière, c'est toujours possible. Il suffirait de modifier les carénages. Ou est-ce que je pense trop facile?

Bonjour AlexZ,



Pour reculer l'aile de quelques centimètres sur un avion terminé, il faudrait bien entendu modifier les carénages.

Mais il faudrait d'abord rajouter une entretoise entre le cadre fort et le longeron et rallonger les axes de fixation du longeront au cadre fort.
Cette opération n’est pas neutre en terme de structure dans la mesure où cela introduit un moment de torsion au niveau du longeron et du cadre, et que un moment fléchissant en plus des contraintes de cisaillement sur les axes.
Coller les entretoises soit au longeron soit au cadre permettrait de réduire le moment fléchissant sur les axes, qui ne verraient pratiquement plus que les contraintes de cisaillement pour lesquels ils ont été dimensionnés.
Par contre, le moment de torsion serait reporté sur la pièce sur laquelle seraient collées les entretoises.
Une solution qui limiterait ces contraintes supplémentaires consisterait à répartir l’espacement voulu en deux entretoises, l’une collée sur le longeron, l’autre sur le cadre fort. l'épaisseur de ces entretoises ne seraient pas nécessairement égales en fonction de la manière dont les efforts seraient retransmis aux flancs de fuselage...

Ensuite, il serait nécessaire d'adapter les ferrures qui lient le longeronnet au fuselage, sans introduire de point faible ni de contraintes supplémentaires.

En général, une modification qui ne coûte pratiquement rien au stade des plans et encore assez peu au début de la construction, se révèle beaucoup plus compliquée une fois l’appareil terminé.
Dans tous les cas, toute modification d’ampleur qui touche la structure doit être validée par le détenteur du type, à savoir Jean-Claude Piel (BIG sur ce site).

Bons Vols

Bonjour à tous,

Il y a quelques temps, j'avais écrit un article sur le détarage des moteurs non-aéronautiques.

Voici un premier chapitre traitant du détarage des moteurs aéronautiques qui nous intéressent à savoir les moteurs à pistons à allumage commandés, autrement appelés moteurs à essence.

Comme le sujet est vaste, d'autres chapitres suivront.

N'hésitez pas à poser des questions, remarques, critiques...

Bonne lecture et bons vols

Philippe Dejean