Cp320 140 ou 160 ch

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Polo1007
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Cp320 140 ou 160 ch

Message par Polo1007 »

Bonjour à tous,
Je suis l'heureux propriétaire du Cp320 415 F-PYXN qui a passé quelques temps dehors à St Cyr.
J'ai entrepris la restoration de celui-ci, Il était équipé d'un O235 et je souhaiterais installer un 140 ou 160 ch.
Il y a t'il des modifications à faire ou renforcer la cloison pare-feu pour le montage d'un moteur plus puissant ?
Je suis également surpris de la faible VNO (Arc Jaune) 220 km/h. Il y a t'il des modifications à faire pour l'augmenter ?
En attendant de lire vos retours,
Bonne Journée
Paul
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Philippe Dejean
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Re: Cp320 140 ou 160 ch

Message par Philippe Dejean »

Bonjour Paul,

D’abord je t’envoie toutes mes félicitations concernant la restauration de F-PYXN.

Le fait qu’il ait passé « un certain temps dehors » n’est pas très rassurant sur son état, mais cela dépend de la durée du « certain temps » et quoi qu’il en soit, tu peux juger sur pièce.
Dans tous les cas c’est une aventure qui sauvera un CP320 du ferraillage, et qui en fera vraiment ton avion.

La remotorisation d’un avion est un sujet récurent qui ouvre beaucoup de questions, surtout quand le but de cette remotorisation est d’augmenter la puissance.

Une augmentation de puissance peut être recherchée pour trois raisons différentes, classées par ordre pertinence décroissante :

1/ L’avion est notoirement sous-motorisé.

C’est la meilleure des raisons, car ne pas le faire, c’est rester dans une configuration dangereuse.

2/ Augmenter le taux de montée et le plafond pratique.
Pour voler en montagne, ça peut être indispensable. La puissance n’est pourtant pas le seul levier :
Le taux de montée dépend surtout du rapport puissance sur poids et pour des tas de raisons, il est plus efficace de diminuer la masse que d’augmenter la puissance dans les mêmes proportions.
Le plafond pratique dépend surtout de la réduction de la puissance avec l’altitude. Un moteur de même puissance que celui qu’il remplace, mais turbo-normalisé (dont le turbo permet de réduire la perte de puissance avec l'altitude) est souvent beaucoup plus efficace qu’un moteur atmosphérique juste plus puissant... Mais aussi plus lourd !

3/ Aller plus vite.
On pourrait d’abord se poser la question, pourquoi aller plus vite ? Les avions de loisirs ne sont pas des avions de transport de passagers qui ont un rendez-vous de travail à l’arrivée. Minimiser la durée du vol au prix d’un surcoût n’est pas nécessairement un objectif. Au contraire, si le but est le plaisir du vol en lui-même, pour la même dépense, il vaudrait mieux voler moins vite pour rester en l’air plus longtemps…

Mais si le but est réellement de voler plus vite, quelle est l’efficacité d’une sur-motorisation ?

Prenons, au hasard un avion de 120 HP qui vole en croisière à 210 km/h et on prévoit une augmentation de puissance à 160 HP, soit 33% en plus.

Au régime de croisière, la trainée est essentiellement de la trainée de frottement qui augmente comme le carré de la vitesse. Et comme la puissance c’est cette trainée multipliée par la vitesse, on voit que la puissance augmente comme le cube de la vitesse. Ce qui revient à dire que la vitesse augmente comme la racine cubique de la puissance.

Dans notre exemple, la nouvelle vitesse de croisière sera :
210 km/h x racine cubique (160/120) = 231 km/h

Supposons qu’on fasse un vol sur une distance déjà conséquente de 420 km.

Avec son moteur originel de 120 HP, l’avion volera 2 heures pendant lesquelles il consommera 48 litres d’essence, ce qui correspond à une consommation de 11,4 litre/100km.

Avec son nouveau moteur de 160 HP, l’avion volera 1 heure et 49 minutes pendant lesquelles il consommera 58 litres d’essence, ce qui correspond à une consommation de 13,8 litre/100km.

On peut vraiment se demander si le gain de 11 minutes sur 2 heures de vol vaut de brûler 10 litres d’essence supplémentaires !

On pourrait aussi calculer la distance franchissable avec un réservoir de 80 litres. En gardant 30 minutes de sécurité et en retranchant forfaitairement 10% pour l’influence du vent, pour le moteur de 120 HP, on a :
210 x (80/24-1/2) x 0,9 = 535,5 km
Et pour le moteur de 160 HP,
231 x (80/32-1/2) x 0,9 = 415,8 km (Il ne faudrait vraiment pas avoir trop de vent de face pour pouvoir faire le vol de 420 km de l’exemple précédent !)

On a perdu 120 km de distance franchissable… Ce n’est pourtant pas la seule conséquence néfaste de la sur-motorisation :
Le surcroît de masse de la version la plus légère d’un O-320 en ordre de marche par rapport à un O-235 n’est que de 3 kg auxquels, dans notre vol de 420 km, il faut rajouter la masse des 10 litres d’essence consommés en plus, soit 7 kg. C’est donc un total de 10 kg, qu’il faut retrancher de la charge utile…

On pourrait objecter que la trainée en croisière n’est pas due qu’aux frottements, il y a aussi la trainée induite par la portance qui, elle, diminue avec la vitesse. C’est vrai, et pour calculer cette trainée plus précisément, toutes choses égales par ailleurs, il suffit de connaitre la vitesse de finesse maximale.
Malheureusement nous ne sommes pas dans le cas du « Toutes choses égales par ailleurs ». Le gain de trainée par rapport au calcul simplifié est largement compensé par le fait que l’avion sur-motorisé est plus lourd, plus centré avant, et qu’entre l’effet du poids supplémentaire et l’augmentation de la déportance de l’empennage, la trainée induite par la portance et l’empennage augmente au lieu de diminuer.

La suite dans un prochain message...

Bons Vols à tous (dès que possible...)

Philippe Dejean
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Philippe Dejean
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Re: Cp320 140 ou 160 ch

Message par Philippe Dejean »

Bonjour Paul,

Le message précédent pourrait laisser supposer qu'il faudrait absolument garder le même moteur...
Ce n'est pas du tout le cas !

Le Lycoming O-235 est un bon moteur qui a fait ses preuves, mais c'est un moteur de conception ancienne, gourmand et lourd (plus de 1 kg/HP en ordre de marche).

Bien sûr, si on en a un en bon état déjà monté sur l’avion, le remplacer par un autre n’est peut-être pas la première priorité...

Mais si on cherche à remotoriser un CP320, rien n’interdit de trouver un meilleur moteur. Ils ne manquent pas : D motor, Jabiru, (liste non exhausive)… et bien entendu, le leader du marché : Le Rotax 912, qu’on trouve maintenant d’occasion ou reconditionné.

Le 4 cylindres Rotax 912 ULS développe 100 HP max et près de 80 HP en croisière rapide, en ne consommant que 18 litres à l’heure en croisière. (certains annoncent des chiffres plus faibles, mais très probablement à une puissance de croisière également plus faible)

Dans une approche conservative, je ne considère que la relative baisse de puissance, pas les gains de trainée induite ou les gains de trainée de refroidissement, La vitesse de vol en croisière du CP320 ne serait plus que de 205 km/h au lieu de 210 km/h, calculons le cas de notre voyage de 400 km :

L’avion volera 2 heure et 3 minutes pendant lesquelles il consommera 37 litres d’essence, ce qui correspond à une consommation de 8,8 litre/100km

Par rapport au O-235, la durée du vol de 420 km augmente de 3 minutes, pour une économie de 11 litres d’essence.

Par rapport au O-320, la durée du vol de 420 km augmente de moins d’un quart d’heure, pour une économie de 21 litres d’essence. (5 litre/100km de moins).

Et la distance franchissable ?
205 x (80/18-1/2) x 0,9 = 727,75 km (soit un gain de plus de 190 km par rapport au O-235).

Je crois que les chiffres parlent déjà d’eux-mêmes. Et pourtant, ce n’est pas fini !

Un autre gain, c’est que le Rotax 912ULS en ordre de marche est plus de 40 kg plus léger que le O-235.
Cela implique un bâti moteur un peu plus long et de rapatrier la batterie de l’arrière du cockpit à l’avant de la cloison pare-feu, (et bien sûr supprimer la gueuse qu’on est souvent obligé de rajouter devant l’étambot d'un CP320 quand on y monte un O-235 déjà une vingtaine de kg plus lourd qu’un O-200 !), mais c’est un notable gain de charge utile.

On pourrait même profiter de l’espace accru entre l’arrière du moteur et la cloison pare-feu pour y loger un parachute de cellule comme sur le FK9…

La suite dans un prochain message...

Bons Vols...

Philippe Dejean
Modifié en dernier par Philippe Dejean le 27 nov. 2020 11:03, modifié 2 fois.
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Philippe Dejean
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Re: Cp320 140 ou 160 ch

Message par Philippe Dejean »

Bonjour Paul,

Tu pourrais me dire « Oui, mais moi, ce que je voulais, c’était monter plus haut et plus vite ! »

Comme je l’écrivais précédemment, la puissance n’est pas le seul levier pour monter rapidement à haute altitude :

Comparons un Lycoming O-320 - 160 HP avec une hélice en bois à pas fixe de rendement 70% en montée et un Rotax 914 turbocompressé de 100 HP continus, avec une hélice tripale à pas variable de rendement 80% en montée, en condition ISA.

Au niveau de la mer, le O-320 atmosphérique à naturellement l’avantage en développant une puissance utile de 83 kW alors que le Rotax 914 ne développe que 59 kW, ce qui n’est pas si mauvais quand on considère que le O-235 ne développerait que 3,5 kW utiles de plus tout en pesant 35 kg de plus.

A 5000 ft, l’écart entre le O-320 et le Rotax 914 se réduit déjà : 68 kW utiles contre 59 kW utiles.

A 10000 ft, l’écart est minime le O-320 développe 57 kW utile et le Rotax 914, 55 kW utiles.

A 15000 ft, c’est le Rotax 914 qui développe 53 kW utiles alors que le O-320 tombe à 48 kW utiles.

A 20000 ft, le Rotax 914 développe encore 51 kW utiles alors que le O-320 n’est plus qu’à 38 kW utiles.

Le plafond pratique est incontestablement plus haut avec le Rotax 914.

D'autre part, comme la motorisation complète avec le Lycoming est au moins 30 kg plus lourde, et qu’il nécessite l’emport de plus de carburant, l’avantage apparent du O-320 en dessous de 10000ft est réduit en terme de taux de montée par rapport au Rotax.

Enfin, avec un moteur lourd, le centre de gravité de l'avion a tendance à être plutôt en avant de la plage de centrage, ce qui implique un empennage très dé-porteur et de la trainée supplémentaire.
L'échec de la sur-motorisation de 180 HP à 235 HP des Rallye remorqueurs de planeurs est une bonne illustration de ce phénomène : Comme prévu, ils coutaient plus cher et consommaient plus d'essence, mais contrairement à ce qu'on aurait pu espérer, il ne permettaient pas de remorquer plus de planeurs à un endroit donné dans le même temps...

Donc pour un O-320 "montagnard", le choix du Rotax 914 serait bien plus judicieux techniquement que celui du O-320.

La suite dans un prochain message...

Bons Vols,

Philippe Dejean
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vevere
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Re: Cp320 140 ou 160 ch

Message par vevere »

On ne t'arrête plus Philippe :bounce:

Ce serait bien utile de savoir pourquoi Paul envisage ce remplacement.
Si le O-235 est cuit et que Paul a déjà, ou peut trouver facilement pas cher d'occaz, un O-320 (qui se monte même peut-être sur le bâti existant ?) avec une hélice à pas fixe ce n'est pas du tout le même chantier que d'y monter un 914 avec pas variable, nouveau bâti, nouveau capot, refaire le circuit carburant et tout et tout (ni le même budget) :blushing:
Des fois il vaut mieux se contenter de moins optimal pour garder un peu de sous pour pouvoir remplir les réservoirs et de temps pour aller voler ou pouvoir s'adonner à d'autres loisirs :boat:

Hervé
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Philippe Dejean
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Re: Cp320 140 ou 160 ch

Message par Philippe Dejean »

Bonjour Hervé,

Effectivement, les questions que tu poses sont pertinentes.

En me basant sur le l'usage du passé : " Il était équipé d'un O235",

Il semble qu'il n'ait déjà plus de moteur sur cette photo :

galerie/displayimage.php?album=26&pos=23

Il est probable que le O-235 originel ait été désolidarisé de la cellule depuis un moment. :bye1:

Reste à savoir dans quel état est cette cellule.

J'ai trouvé 2 photos sur la toile.

Celle du fuselage n'indique rien de catastrophique. :heureux:
On y voit la présence d'un bouchon de remplissage de réservoir arrière, logique avec un moteur déjà relativement lourd, et d'une antenne radio ferait bien de migrer dans le fuselage.

Celle de l'aile est moins sympathique, même si c'est difficile de juger de l'état d'une aile sur une photo... :tears:

Dans le cas où elle devrait être entièrement reconstruite, ça ouvrirait des perspectives intéressante (dévrillage) et de renforcement (aile entièrement coffrée comme sur F-PYQO)

En tout cas,

Bons vols,

Philippe Dejean
Fichiers joints
F-PYXN_01.jpg
F-PYXN_01.jpg (239.25 Kio) Vu 3482 fois
F-PYXN_02r.jpg
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Les fourmis sont des guêpes comme les autres !
vevere
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Re: Cp320 140 ou 160 ch

Message par vevere »

Philippe Dejean a écrit : ....

En tout cas,
Bons vols,
....
Arf, si seulement !!

J'avais pas fait le lien avec la cellule déjà démotorisée

bien vu !
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cp1315
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Re: Cp320 140 ou 160 ch

Message par cp1315 »

Superbe Paul, on avait tous eu un pincement au cœur en le voyant dehors à Saint Cyr, les herbes commençant à l'envahir.

Bon courage à toi pour la restauration, c'est un long chemin semé d'embuches mais le résultat au final en vaut la chandelle.

Laurent
Un avion Piel, sinon rien ....
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Re: Cp320 140 ou 160 ch

Message par Polo1007 »

Bonjour à tous,
Je vous remercie pour vos réponses.
Je ne souhaite pas passer à rotax car le poids du moteur est divisé par deux par rapport à un lycoming.
Cela changerait trop la forme du nez pour garder le centrage valable.
Je pensais passer à un 140 ch ou 160 ch pour avoir un avion performant en montée et lui mettre une hélice à pas réglable au sol.
N'ayant pas de moteur et étant en pleine GV, je pense que c'est le moment pour envisager cette modification :angel_not:
Je sais que certain Super Emeraude en sont équipés.
Ma seule inquietude dans cette modification est de savoir ou faire des renforts au niveau de la cloison pare-feu et fuselage.
De plus, je trouve la VNO (arc Jaune) vraiment faible et je ne voudrais pas voler en permanence dans l'arc Jaune. Il y a t'il des modifications pour l'augmenter (Remplacement des masselottes d'ailerons, coffrage de l'aile ...) ?

Effectivement, ca me faisait mal au coeur de voir ce bel avion finir sa vie au fond d'un hangar voir pire.
Je suis plutôt surpris de l'état de l'avion qui est en fait en très bon état. Apres une bonne GV, remplacement de toute la visserie et un nouvel entoilage, il sera prêt à reprendre les airs après 20 ans d'arrêt. :captain:

Bonne journée à tous

Paul
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Philippe Dejean
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Re: Cp320 140 ou 160 ch

Message par Philippe Dejean »

Bonjour Paul,

La VNO, vitesse maximale en air agité dépend directement de deux paramètres :
- La vitesse de décrochage (Vs) en configuration croisière,
- Le facteur de charge admissible.

Juste avant le décrochage, l'avion en vol rectiligne stabilisé vole à 1 G à l'incidence de Czmax.

En air agité, les turbulences font varier l'incidence instantanée, éventuellement jusqu'à l'incidence de Czmax.
A cet instant, le facteur de charge instantané est égal au carré du rapport V/Vs.

Or, comme on ne veut pas dépasser le facteur de charge admissible, on calcule une vitesse maximale en air agité (VNO) par la formule :

VNO = Vs x Racine carrée (facteur de charge admissible)

Si le facteur de charge admissible est 3,8 G, VNO = 1,95 Vs (cas du CP320 à 700 kg)
Si le facteur de charge admissible est 4,4 G, VNO = 2,1 Vs (cas du CP320 limité à 660 kg)
Si le facteur de charge admissible est 6 G, VNO = 2,45 Vs
Si le facteur de charge admissible est 9 G, VNO = 3 Vs

Ces valeurs peuvent sembler très faibles, et elles le sont vraiment, mais il faut bien noter que la vitesse Vs est celle de la configuration "lisse"

Donc comme pour ton CP320, VNO = 220 km/h, on peut calculer à rebours le Vs de référence en lisse.
A 660 kg, on a 220/2,1 = 113 km/h
A 700 kg, on a 220/1,95 = 105 km/h

Ces valeurs me semblent trop élevées et j'ai quelques doutes sur la donnée d'entrée (VNO = 220 km/h)
Personnellement, je considérerais plutôt 200 km/h, qui correspond à la Vp (vitesse de manœuvre).

Vous aurez noté que je n'ai pas parlé des turbulences qui nous font passer en négatif, alors que le facteur de charge admissible est notablement plus faible (+ 3,8/-1,52 G ou +4,4/-1,76 G pour les catégories non acrobatiques)
Cela est dû à deux raisons :
- d'une part au fait que le Czmax en négatif est nettement plus faible en valeur absolue, et que par conséquent, à VNO, la contrainte maximale possible en négatif est plus faible dans les mêmes proportions.
- d'autre part la probabilité de rencontrer des turbulences assez importantes pour atteindre la limite négative alors que l'avion vole en moyenne à +1G est plus faible.
En pratique, pour des avions construits en fonction de la réglementation en vigueur à leur époque, il suffit de considérer ce qui se passe en positif.

Augmenter VNO
En général, pour augmenter VNO, on peut jouer sur les deux paramètres :
- renforcer la structure pour augmenter le facteur de charge admissible,
(mais il faut renforcer beaucoup la structure pour avoir un gain significatif, et c'est très inconfortable...)
- augmenter Vs en réduisant la surface de voilure, et en comptant sur l'hypersustentation pour garder une Vs0 compatible avec une vitesse d'approche gérable.

Au grand maximum, la FAR23 (monomoteur) impose Vs0 < 61 kt, ce qui peut permettre d'espérer Vs = 85 kt.
Avec une cellule capable d'encaisser 9 G, on aurait VNO = 255 kt = 470 km/h (IAS)
Mais outre qu'on a vraiment cherché les limites réglementaires, avec une vitesse d'approche de l'ordre de 160 km/h, cet avion serait terriblement inconfortable...
(Imaginez vous piloter ou juste regarder dehors en vous faisant secouer à +9G !)

A l'autre bout du spectre, pour un ULM dimensionné réglementairement à 4 G et avec Vs0 < 38 kt.
(soit un peu plus de 70 km/h, je ne prends pas l'ancien arrêté encore plus contraignant à 65 km/h)
VNO < 38 x racine carrée de 4 = 76 kt = 140 km/h pour un ULM sans volets.
Avec des volets hypersustentateurs, on peut gagner jusqu'à une vingtaine de % supplémentaires, mais il ne faut pas espérer dépasser de beaucoup 170 km/h... (sachant que certains ULM ont une VNE supérieure à 300 km/h)


C'est aussi un des intérêts de voyager à un FL supérieur à l'inversion de subsidence pour aller chercher de l'air calme.
Quand les conditions en dessous sont calmes vers la fin du vol, on peut redescendre progressivement à grande vitesse.
Par contre quand ça turbule en dessous, il ne faut descendre qu'au dernier moment en réduisant la vitesse indiquée en dessous de VNO.

Vous aurez noté que j'ai utilisé l'expression "en dessous de VNO" et non "à VNO", car il faut se laisser de la marge à cause du vieillissement de la structure et pour le braquage des gouvernes nécessaire au maintien de l'assiette de l'avion dans les turbulences. En pratique, par fortes turbulences, il faut voler en dessous de la plus basse des deux vitesses VNO et Vp.
Par exemple, sur un CP320, j'éviterais de dépasser 180 km/h en air très agité (10% de marge par rapport à Vp).

Cela revient à dire que quel que soit l'avion, il est toujours nécessaire de réduire les gaz en air agité !

En ce qui concerne la sur-motorisation d'un CP 320, la vitesse critique n'est pas VNO mais VNE, car de toute manière (même avec le O-235), on doit déjà réduire la vitesse quand l'air est agité.

Bons Vols

Philippe Dejean
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