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

A partir des informations que j'ai trouvé sur ce site, j'ai essayé de calculer ce que donnerait un ULM monoplace sur une base de Pinocchio.

La version CP20 Pinocchio I est la plus proche d’un ULM.
En fait, sur le papier, c’est déjà un ULM. Le plus gros travail consiste donc à actualiser l’avion (adapter un nouveau moteur) en s’interdisant toute augmentation de masse.

Moteur
Le moteur initial semble être une version ancienne (militaire ?) du VolksWagen. Sa puissance continue est estimée à 25 CV et à 70 kg en comptant le bâti moteur, le plateau d’hélice et l’hélice.
Le moteur HKS700 qui pèse 55 kg équipé (sans hélice ni bâti moteur) pourrait convenir, et ses 56 CV augmenteraient sensiblement les performances (175 km/h en croisière, près de 200 km/h pleins gaz). Mais cette augmentation de performances nécessiterait un renforcement structural qui pourrait difficilement être réalisé à poids constant.
Beaucoup moins coûteux, le Briggs&Stratton Vanguard de 993 cm3 fait sensiblement le même poids avionné que le moteur initial, et développe 35 CV à 3600 T/min. les performances sont moins brillantes, mais on peut conserver une structure légère et la consommation reste raisonnable (134 km/h en croisière pour 7litres/heure, 150 km/h maxi).

Caractéristisques calculées

Les dimensions du CP20 (envergure 7,30m; Longueur 5,60; Surface alaire 9m2; Allongement 5,92) sont conservés
La hauteur du CP20 n’étant pas disponible, c’est celle du CP90 Pinocchio II
La masse à vide de 170 kg est conservée (c’est l’objectif plancher).
On en déduit la « masse planeur » qui est égale à la masse à vide moins la masse du groupe moto-propulseur. Avec une masse de groupe motopropulseur estimée à 70 kg pour le moteur originel et pour le B&S, et de 62 kg pour le HKS, elle est de 100 kg mour les deux premiers moteurs et de 108 kg dans le cas du HKS, (il est peu probable que ces 8 kg supplémentaires suffisent pour renforcer le CP20, surtout pour la tenue aux rafales.)
La masse en charge est limitée réglementairement à 300 kg, au lieu de 270 kg. Ces 30 kg supplémentaires sont mis à profit pour augmenter la quantité d’essence (47 litres au lieu de 24, ce qui donne 800 km d'autonomie avec le B&S et 620 km avec le HKS) et la capacité d’emport de bagages qui passe de 6 à 20 kg. Cette augmentation de masse se traduit par une augmentation des vitesses de décrochage qui passe de 40 à 42 km/h et d’atterrissage qui passe de 55 à 58 km/h.
La distance de décollage (120m) est réduite d'une dizaine de mètres. Le HKS n'apporte pas de gain sensible par rapport au B&S si l'hélice est adaptée à la croisière.
La distance d'atterrissage (100m) ne devrait pas changer sensiblement.

Pour aller plus loin, il faudrait d'abord vérifier les données d'entrées que j'ai utilisées, puis en collecter d'autres notamment sur la structure pour contrôler le facteur de charge à la masse de 300 kg et l'adapter pour une vitesse maxi de 150 ou 200 km/h.

Cette approche intéresse-t-elle quelqu'un?

D'après le site (américain) du constructeur, le moteur B&S Vanguard 35HP "Big Block" pèse 125 lbs à sec sans silencieux, soit 56,8 kg.
En retirant tout ce qui n'est pas utile sur un avion (turbine de refroidissement, capotage, filtre à air cyclone, voire radiateur d'huile si comme pour le moteur de 627cm3 avionné, il est rendu inutile par le refroidissement direct) en allégeant la couronne du démarreur, et avec une hélice bois ou bois-carbone, on doit pouvoir faire un GMP complet à 60 kg...
Objectif : 41 HP plein gaz à 4000 T/min et 7 l/h pour 30 HP en croisière à 3000-3500 T/min

Bonjour Philippe.
Un sujet très intéressant que tu viens d'aborder. le CP 20 rentre exactement dans les critères de l'ULM mais il faudrait juste lui trouver le moteur qui va bien. La liasse d'origine existe toujours donc pas de problème de ce coté. Reste plus qu'à se motiver et se lancer dans l'aventure. Les solution de motorisation que tu proposes sont intéressantes mais peu connues de la construction amateur. Ce sont certainement des alternatives moins couteuses que des moteurs de motoristes comme Rotax. Suite au prochain épisode.

Le moteur Briggs & Stratton de 627 cm3 commence à avoir quelques références aux états-unis à 26 HP. Certains le vendent même réducté et poussé à des puissances plus importantes... Ce qui n'est pas forcément une bonne solution (Fiabilité?)
(Et puis si Michel Colomban a décidé de développer son petit ULM, le MC30 avec ce moteur, c'est également une référence !)

La version Big Block de 993 cm3 est plus récent et je ne lui connais pas encore de références aéronautiques, mais est-ce un vice rhédibitoire?

J'ai annoncé une vitesse de décrochage de 40 km/h pour le CP20 à 270 kg et de 42 km/h si on augmentait sa masse à la limite réglementaire des ULM monoplaces (300 kg)

C'est FAUX!

J'ai confondu la vitesse d'approche (qui vaut normalement 1,4 VsO) et la vitesse d'atterrissage.
Cette dernière est en fait la vitesse de décrochage en effet de sol, et donc légèrement inférieure à VsO.

En repartant d'un Czmax raisonnable pour une aile sans volet, il semble que la vitesse de décrochage du CP20 à 270 kg soit légèrement inférieure à 60 km/h, et qu'elle resterait nettement en dessous des 65 km/h si on augmentait sa masse à la limite réglementaire des ULM monoplaces (300 kg)

Autrement dit, le CP20 reste un ULM, même chargé à 300 kg

Mais j'aurais du réfléchir (calculer le Czmax qui en découlait - ce que j'ai fini par faire, mais trop tard) avant d'annoncer des valeurs

Je pense que passer le CP 20 en ULM est difficile, à titre d'exemple, un appareil qui lui ressemble beaucoup, le HN 434 "Ménestrel" fait en moyenne 210 kg à vide, (souvent plus) pour une surface de 8.20 m2 soit une charge de 40 kg/m2 au poids maxi (350 kg); il décroche à 60 km/h et sans doute moins, (55) décolle en 150 m, et il emporte 30 litres d'essence, avec un vw de 39 cv (Rectimo 4 AR 1200 cc)
Sa VP est de 170 km/h à 3200 t/mn à ce régime il consomme presque 10 litres heure.. malgré touts ces chiffres, il ne passe pas en ULM, le CP 20 étant encore plus lourd dès le départ, je doute qu'il soit possible de le passer en ULM, sauf à l'alléger sérieusement, à réduire l'essence, (mais il serait déraisonnable de voler avec les 10/15 litres règlementaires, soit une heure) et à supprimer les bagages.... et encore !
La seule chose ou il est possible de gagner quelques kilos, est de changer le type de longeron, de lamellé-collé, passer au longeron type jodel, nettement plus léger, mais il faudra transformer le dièdre d'extrémité en dièdre central, afin de retrouver la forme initiale de l'aile, la chose est possible, elle est d'ailleurs réalisée sur les TC Océanair de Tissot/Charbonnier.
Bref je suis septique sur cette opération, mais si cela se faisait l'appareil rencontrerais un beau succès. Cette opération a été tentée par plusieurs constructeurs de HN 434, pour le moment sans succès..

Bonjour à tous,

Merci pour cet avis, Jean-Claude.
Tu écris que le CP20 est plus lourd que le ménestrel que tu donnes pour 210 kg ou plus à vide...
Si c'est vrai, le CP20 ULM est effectivement pas évident à réussir.

Pour ma part, je me basais sur les données disponibles sur le site, à savoir :
Masse à vide : 170 kg
MTOW : 270 kg (ce qui ne laisse que 100 kg pour le pilote et l'essence)
Surface alaire : 9 m² (ce qui donne une charge alaire de 30 kg/m² et, avec un NACA23012, une vitesse de décrochage très probablement inférieure aux 65 km/h, 35 kt, 18 m/s limites pour l'ULM)

Sachant que le CP20 original avait un VW 1100 cm3 qui faisait environ 10 kg de moins qu'un 1300, j'avais estimé que l'ensemble moteur+hélice bois ne faisait pas moins de 60 kg, et donc que la cellule sans moteur ne devait pas peser plus de 110 kg.

Une motorisation fiable, certes peu puissante (30 à 33 CV), mais tout de même nettement plus que le VW original (25 CV) est faisable sur la base du B&S de la luciole réducté sans dépasser 50 kg. En s'interdisant tout additif de masse, ça ramènerait la masse à vide à 160 kg

Pour augmenter la masse maximale au décollage jusqu'à 300 kg (et donc disposer d'une marge de masse de 160 kg pour l'ensemble pilote + bagages + essence) sans alourdir la structure, j'avais pensé épaissir le profil (NACA 23015) pour avoir un longeron plus haut - et à semelles carbone bien sûr -

Comme le Czmax du NACA 23015 est un tout petit peu plus faible que celui du NACA 23012, et qu'il est impératif de garder la vitesse de décrochage en dessous des 18 m/s à la masse de 300 kg, j'avais également pensé à mettre un profil plus cambré NACA4415 à l'emplanture (comme c'est le cas sur le Jodel Mousquetaire) et en adaptant le vrillage en conséquence.

Mais bien sûr, tout celà n'a plus aucun sens si la masse à vide du CP20 est fausse de presque 50 kg...

Bons vols

Philippe Dejean

Je suis parti, pour les chiffres (poids du HN 434) de la réalité effective, soit des poids constaté réellement sur des appareils terminés et ayant volé, ce qui permet de "recentrer" les données, idem pour les vitesses... l'expérience montre en effet, qu'en matière de poids et de performances , il y a loin des calculs à la réalité.... en général les surprises sont plutôt mauvaises en la matière.
Mais si effectivement le CP 20 fait 170 kg à vide, cela change effectivement la donne, le passer en ULM deviendrait tout à fait possible, et là je suis tout à fait d'accord avec toi, mais honnêtement je doute, en effet je ne vois pas ou gagner du poids dans la construction, sauf sur le longeron, mais même pour ce dernier, le gain ne peut pas être très important, "faut pas rêver" comme disent certains, il est vrais toutefois que pour ton projet "navigue" pas très loin du possible, mais j'ai eu beau tourner le projet dans tous les sens (pour le HN 433) on n'arrive pas à trouver la solution, sauf à réduire l'essence à 15 litres, supprimer les bagages, et n'admettre que des pilotes de moins de 70 kg.... à partir de là le projet perd tout intérêt.
Il faut quand même admettre que Délémontez avait réussi l'exploit il y a bien longtemps (1947) avec son Jodel D-9 , (204/210 kg à vide) qui lui passe en ULM haut la main, sa structure est en tout point semblable aux HN 434 et CP 20 (sauf les flancs entièrement coffrés) nervures idem, la grosse différence réside dans le longeron, c'est pourquoi j'y ai fait allusion... mais tu a raison : il ne faut pas renoncer, et peut être que le projet reste réalisable il faut chercher encore des solutions, mais en matière d'aviation légère, tout ou presque a déjà été fait, ce qui permet d'avoir des bonnes bases de calcul et de comparaisons, et cette fois, c'est du réel et éprouvé, en outre passer d'un profil de 12 % au même de 15% est une bonne chose à tout point de vue, notamment pour avoir une hauteur de longeron augmenté (âmes CP) à ce propos, bien penser au sens des CP des âmes, très important : à 45° en "A" ...(et surtout pas en "V"), c'est ce qui assure la plus grande résistance au longeron, pour un poids identique.
Dans tous les cas il faut rester dans la construction bois, tous les autres matériaux sont plus lourds, les composites étant les pires, les composites au carbone ont le même poids (on ne gagne pas grand chose) mais on gagne en résistance c'est indéniable. Le bois sera du Spruce, de l'Hemlock ou de l'épicéa, surtout pas du douglas, le CP sera de l'Okoumé, le CP de bouleau sera réduit au strict minimum indispensable, et le frêne uniquement pour les petites cales de compression... on a ainsi la garantie d'obtenir une structure la plus légère possible. Pour le reste .... il faut faire léger dans les sections des bois, mais là on retombe dans l'éternel choix : léger et fragile ou lourd et solide ???? la bonne solution étant de "pointer" au milieux, et de tendre vers le léger, tout en ne réduisant pas trop la solidité, la limite est mince.
Celui qui a la meilleure réussite en la matière est Michel Colomban qui chasse le moindre gramme, les résultats obtenus sont spectaculaire, et selon lui "on peut encore faire mieux"
(voir sa dernière création : la Luciole un modèle du genre)

Note : Jodel D-9 / Envergure 7 m / surface 9.06 m2 / charge alaire 32.3 kgm2 / allongement 5.45 / FCharge 9 / masse à vide 204 kg (maxi à vide 211 kg) / moteur VW 45 cv / essence 20 kg / Pilote et bagages 90 kg / masse maxi 300 kg / décrochage 40 km/h / VP 130/140 km/h / VZ 2 m/s / décollage 120 m / atterrissage 60 m.

Sujet hyper interessant!

des voies de progrès, contrairement à ce qu'on peu penser, juste mixer ce qu'il faut de composite, avec du bois peut largement améliorer la masse , en redimenssionant un longeron, contrecollé bois-carbone, on peut presque réduire l'usage du bois au strict minimum, les semelles reprenant un max des efforts par une feuille de carbone. (utiliser LA bonne colle nécessitera peut-être un peu de recherche, mais dans le domaine du vol a voile, ou des essais fait par Michel Colomban).

capotages fin en fibre de carbone (plutôt qu'un capotage trop tartiné à la bonne vieille choucroute epoxyde).

un avionnage vw minimaliste (une magnéto slick à l'arrière, et un moyeu porte hélice court). (sous entends, démarrage à la main, et pas d'alternateur ou dynamo).

entoilage à la diatex 1500 à la place de la 2000 et sans charger outre mesure les enduits et peinture (utiliser l'enduit apprêt diatex blanc anti UV, ets nettement plus léger que l'enduit alu traditionnel, et en plus il est blanc et peut rester ainsi, sans peinture).

(8m2 de voilure, ça fait 16m2 d'entoilage, en gagnant 500g / m2...ça fait déjà 8kg de gagné).

choix des roues, pneus,etc à faire judicieusement! (les MCR emploi des roues toutes petites, pas tjrs évident de se poser dans un champ de patates que sont certaines pistes).

préférer autant que possible le contreplaqué okoumé, plus léger, au contreplaqué de boulot (plus rigide et plus lourd).

employer une colle performante juste en quantité nécessaire (une Aérodux est indétronable pour le bois, et pas chère, ça revient à peine à un peu plus de 20euros pour 1kg chez "friebe.de" en allemagne...durcisseur compris).

et finalement, une fois qu'on a allégé on s'aperçoit que plus l'appareil est léger plus la marge au facteur de sécurité du calcul croît!!



Flyingairy

Tu approche de près la solution, de plus, afin de diminuer la charge alaire, il est possible d'ajouter une nervure, c'est une des solution adoptée sur tous les ULM (augmentation de la surface) : 1.50 m de corde X 0.30 m = 0.45 X 2 = 0.90 m2 : appréciable !!!
Le renforcement des bois par les résines n'est intéressant que si cela fait gagner du poids, et là c'est moins évident, par contre, on gagne forcément en résistance c'est sûr, mais le but recherché reste uniquement le gain de poids....
D'accord avec toi : la colle Aérodux RLF 185 (et Enocol RLF 185) est indétrônable , elle a de plus une autorisation d'emplois officielle de la DGAC (avec la colle Sader Marine, qui elle est très nettement plus chère) attention de ne pas confondre "autorisation d'emplois" et "homologation" !!!
C'est vrais que l'on peu gagner beaucoup avec un capotage en résine Polyester léger, avec du tissus bi-directionnel, en faisant mince (3/4 couches de 80/100 gr)
J'ai eu l'occasion de voir des capots (anciens) en résine Epoxy et Mat : du plomb ! si on connait bien les résines, on peut encore remplacer le tissus par du carbone, moins de matière pour une résistance supérieure, mais gain de poids modéré.
A propos de l'entoillage, il est utile de savoir que si le dacron le plus utilisé est le 2000 kg, c'est uniquement parce que lors de l'arrivée du Dacron en France, il a été demandé de conserver la même résistance qu'avec l'ancien Coton (2000 kg) qui n'existait que dans cette qualité, en fait la résistance de 1500 Kg est mieux adaptée aux avions légers..