Article paru dans « Les Cahiers du RSA numéro 309 »
Pour un avion à hélice non carénée, la bille au milieu n’est pas le dérapage nul. Cette observation est valable pour les bimoteurs à hélice.
Il faut donc rappeler que la bille n’est pas un indicateur de dérapage, c’est un indicateur d’effort latéral sur l’avion. En vol, aile horizontale comme au sol, s’il y a une bille de côté, il y a un effort qui vous pousse sur le côté et fait tourner l’avion. Ceci est le virage à plat.
Pour un avion à hélice non carénée, si on vole aile horizontale et sans dérapage, il y a un effort latéral, donc la bille n’est pas au milieu. Cet effort latéral est principalement créé :
- Sur l’hélice qui peut avoir un calage latéral et qui a de l’incidence,
- Sur la dérive par le souffle hélicoïdal qui crée une incidence sur la dérive,
- Le braquage de la gouverne pour équilibrer la dissymétrie en lacet due à l’hélice.
- Le braquage de la gouverne pour équilibrer la dissymétrie en lacet due aux formes non symétriques de l’avion, capot moteur, train avant du DR400, centrage latéral car- burant ou autres dissymétries de masse.
L’hélice en montée est la source de 1/8 de bille à droite (ceci a été vu dans une soufflerie avec un avion sans dérive).
L’hélice en montée (effet de souffle hélicoïdal de l’air) crée environ 6/8 de bille à droite sur la dérive à bra- quage de direction nul.
Le tableau ci-dessous détaille les équilibres latéraux pour cinq appareils :
- Océanair TC 160 hp, aile basse, mesures en vol;
- Avion X WTT avion aile basse projet essai en soufflerie à l’échelle mo- torisé avec un moteur électrique;
- CESSNA C210 WTT aile haute échelle 1 ! motorisé avec un mo- teur électrique NASA TN D-5700;
- PIPER PA24 WTT Comanche aile basse échelle 1 ! motorisé avec un moteur électrique NASA TN D-7149;
- GA 20 prototype 160 hp, aile basse, mesures en vol.
Le dérapage est positif quand le vent relatif vient de droite. Le braquage de la gouverne de direction est positif quand on déplace vers l’avant la pé- dale de gauche, 10 à 15° de gouverne de direction change le dérapage de 10° environ.
Pourquoi mettre un calage du moteur ?
On ne discute que le calage latéral dans ce document. L’optimisation du calage longitudinal (1 degré à piquer sur le DR-300) mériterait un autre article.
En montée, surtout si la montée dure longtemps, il y a besoin de trimer l’avion en latéral en raison des dissy- métries évoquées ci-dessus. Pour ce trim il y a plusieurs solutions :
• Appuyer sur la pédale;
• Avoir un trim de direction réglable ( que l’on voit sur un Rallye remor- queur ou sur le TB20);
• Caler la dérive;
• Avoir un profil non symétrique de la dérive;
• Donner un calage au moteur;
• Voler avec la bille non centrée (et l’aile inclinée si on veut maintenir le cap).
Note : il ne faut pas dire qu’un TB20 est très motorisé…Il faut ramener la poussée du moteur à la masse de l’aéronef. Beaucoup d’ULM sont très motorisés.
Sur mon avion OCEANAIR TC160, il y a un calage latéral du moteur de 2.5° environ qui remplit parfaitement la fonction. Il n’y a aucun effort à faire sur le palonnier en montée. Je dois signaler que je n’ai pas de mécanisme de verrouillage dans l’axe de la roue avant. Comme la gouverne de direction est libre en vol, il y a besoin d’avoir un trim sur la gouverne de di- rection pour avoir la bille à la position voulue. Donc en vol comme au sol, la roue avant s’oriente avec la gouverne de direction. La bille est paresseuse; elle ne revient pas rapidement au centre en cas de turbulence; il faut la surveiller pour la maintenir au centre pendant les manœuvres.
Sur le GA20 cité dans le tableau, il y a un trim de direction, réglable en vol.
Caler la dérive ou avoir un profil non symétrique de la dérive oblige à avoir un trim réglable en vol.
Comment diminuer la traînée ?
Lors d’un long vol en TB20 le long des cotes marocaines avec un vent lami- naire, j’avais très bien montré que l’avion progressait plus vite de 1.5 km/h avec une bille à droite. Avec le TB20, on peut trimer avec le trim de direction, mais on peut trimer avec moins d’essence à gauche. L’avion est bien avec 25 à 30 litres de moins à gauche.
Cet effet peut être vu sur la plu- part des monomoteurs à altitude constante, temps très calme avec la mesure de la vitesse sol, GS; il vaut mieux lire la GS et l’altitude sur le GPS que la vitesse indiquée dans le cas où les statiques de l’avion se- raient sensibles au dérapage.
Le bilan chiffré des contributeurs à la traînée en fonction du dérapage est extrêmement difficile à faire car il y a un meilleur rendement de propulsion avec l’hélice qui a moins de dérapage, mais il y a la traînée du fuselage et surtout la traînée de la gouverne de direction braquée.
• L’hélice en dérapage a un moins bon rendement ;
• L’hélice en incidence a un moins bon rendement ; il y a environ 10 ° d’incidence en montée ;
• La gouverne de direction braquée est une source de traînée par la cambrure de la dérive et la traî- née induite de la force crée par la dérive ;
• Le fuselage a une plus forte traînée en dérapage.
J’ai tenté dans la colonne de droite de donner la pénalité en dc (environ
10 cm² d’aérofrein sous le fuselage coûte environ 1.5 dc pour un Océa- nair). Il faut connaître la traînée due au braquage de gouverne de direction et aussi la traînée du fuselage en dé- rapage ce qui est trouvable dans les archives d’essai en soufflerie d’avion échelle 1 avec un effet moteur de la NASA. On trouve dans les documents NACA la traînée des trains carénés en fonction du dérapage.
J’avais un seul essai en soufflerie pour le rendement hélice en dérapage avec des valeurs très discutables. Je l’ai cependant utilisé pour établir le bilan de la colonne de gauche. Cette diminution du rendement de l’hélice en dérapage est confirmé par le résul- tat du TB20 en dérapage. Ces données sont peu précises.
D’après le tableau il est possible d’en conclure que la bille à droite en mon- tée peut faire gagner 20 à 50 pieds par minute en vitesse verticale. Je ne risque pas d’être contredit car la mesure de la vitesse verticale en vol est très imprécise.
Analyse
Avec un avion qui a une hélice avec un calage latéral, il est possible de voir un meilleur rendement de l’avion volant en croisière avec une ou une demi-bille à droite. Ce petit gain de rendement peut être attribué à l’action de remettre l’hélice dans l’axe de la vitesse. Les essais en vol de l’Océanair et le tableau précédent pourraient montrer aussi cet avantage, mais cela reste à confirmer.
Je n’ai pas interviewé Jean Delemontez sur les raisons qui poussaient les anciens à caler le moteur en latéral. Probablement une copie sans com- prendre du Piper Comanche PA24.
Si l’argument unique est de ne pas avoir d’effort au pied en montée, on le paie sur beaucoup d’avions par une plus grande traînée en croisière.
Nous devons donc réviser cet héritage…
Jean-Paul VAUNOIS
Note sur les techniques d’essais en vol (low cost) :
• Le dérapage est vu en vol à l’aide de deux fils de laine droite et gauche à la nervure 7 pour l’Océanair. Il y a de la turbulence et de la parallaxe pour la lecture.
• Le braquage de gouverne de direction est lu par un câble de vélo accroché à une pédale reporté devant les yeux du pilote.
• Bille standard : une bille = 0.07g (environ 4° de dérapage en montée).
• La vitesse verticale peut être mesurés par des montées répétées de 1000 ft mais les mouvements verticaux de l’atmosphère sont invisibles, non mesurables et détruisent la précision de la mesure.
Légende
g : Accélération de la pesanteur
Dérapage : Dérapage positif quand le vent relatif vient de la droite
dn : Braquage de la direction, positif en déplaçant vers l’avant la pédale de gauche
GS : Ground Speed = vitesse sol
WTT : Essai en soufflerie
drag count : 10 000 fois le coefficient de traînée ; utilisé par les aérodynamiciens pour éviter de donner des zéros après la virgule