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Calcul et Construction d'un Avion

Annexe 1a - Des prototypes remarquables

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La Flèche Volante Aël 5 du Dr A. Lepelletier

A1a.1 Description

... Voilure principale, Voilure avant, Groupe moteur, Train d’atterrissage, Dérive, Caractéristiques, proportions

A1a.2 Principe de fonctionnement

... Décollage, Montée, Vol linéaire, Descente, Atterrissage, Perte de vitesse, Centrage, Chargement



Ces notes s'inspirent d'un article du Dr A. Lepelletier, paru dans les cahiers du RSA le 22/01/1960.

La Flèche Volante Aël 5 a été imaginée par le Dr A. Lepelletier. Les essais se sont déroulés de1935 à 1945, et les deux derniers modèles réduits sont encore aujourd’hui exposés au Musée de l’air du Bourget.


A1a.1 Description


Schématiquement, l’AEL5 est une voilure tractée par un groupe moteur au poids neutralisé.

Sur son fuselage de 96cm sont fixées deux ailes : à l’arrière une aile principale triangulaire de 0,24m2, et à l’avant une petite aile de 0,1275m2 qui porte le moteur. Le centre de gravité et le centre de poussée sont tous deux situés à l’avant du fuselage.

Voilure principale (plan P2)
Supportée par deux longerons transversaux, elle est mince et plate (sans courbure). C’est un triangle isocèle, sommet pointé vers l’avant, de 70cm d’envergure avec une bissectrice de 68cm, soit 0,24m2. Plié suivant sa bissectrice, il forme un dièdre de 6°. Le bord de fuite est incurvé vers le haut de 3 à 4° perpendiculairement à la bissectrice au tiers postérieur de l’aile. Cette voilure peut accepter une surcharge allant jusqu’à 150g de plomb.

Voilure avant (plan P1)
Elle est placée à l’extrême avant de l’avion et fortement surélevée, 7cm. au-dessus du plan de la voilure principale. Elle est mince et plate et portée par un seul longeron transversal. Elle est en forme de rectangle (ou de triangle pointé vers l’avant) d’envergure 75cm et de profondeur 17cm, soit 0,1275m2 et en fait dimensionnée pour neutraliser le poids du moteur et du train avant à 35 ou 45km/h.

Ce plan est commandé par un levier qui peut modifier son incidence de 2° à 12° permettant ainsi de jouer sur la portance. Ceci est utile pour l’atterrissage en piqué sans moteur. Le neutre à 5° correspond au rendement idéal.

Commande de l'incidence de l'aile avant (plan P1)


fA1.1-1


1. - Pression CD = EE'
2. - Pression C'D' = EE'
3. - Pivot de rotation
4. - Levier


Groupe moteur
C’est un moteur de 5cm3 tournant à 6000 t/mn donnant une vitesse de croisière de 50 à 60km/h. Afin de la rendre très sensible, la manette des gaz est fortement démultipliée. Une hélice bipale tractive de 35cm de diamètre assure une traction en ligne avec l’aile principale (sans angle d’incidence).

Train d’atterrissage
Placé à l’avant (donc classique), le train est constitué de deux roues escamotables très écartées (50cm). A l’arrière il suffit d’une ou deux roulettes orientables et escamotables.

L'Aël 5 vue de profil


fA1.1-2


1. - Angle plan P1 : maximum 12°
2. - Hauteur de la fente entre les deux plans alaires : 7 cm
3. - Cabine
4. - Angle arrondi d'incurvation du plan P2 vers l'extrados : maximum 4°
width: 816px; height: 320px;

Dérive
La dérive est allongée suivant la bissectrice de la voilure principale. A la base du triangle alaire principal, sa hauteur (13,6cm) est au maximum 1/5e de la longueur de la bissectrice.

Elle est prolongée par un gouvernail de direction commandé par un volant ou un palonnier, sa longueur étant 1/12e de celle de la dérive.

Caractéristiques, proportions

L'Aël 5 vue de dessus (cotes générales)


fA1.1-3



Tableau des caractéristiques de l'Aël 5 à différentes échelles :

Dans ce tableau, le modèle "Norme" du Dr. Lepelletier est affecté d'un coefficient 1 avec les cotes ci-dessus et son moteur de 5 cm3. Puis, en supposant que ce moteur délivre une puissance de 1CV, nous avons tenté d'imaginer quel genre d'avion pourrait entraîner des moteurs de 47, 60 et 90 CV.

Surtout, n'hésitez pas à nous faire part de vos critiques et suggestions !...

Modèle Norme coef. 1 4,7 6 9
Puiss. Moteur CV ∼1CV (5 cm3) 47 60 90
V. croisière km/h 50 101 129 193
Fuselage m 0,9600 4,5120 5,7600 8,6400
Envergure P1 m 0,7500 3,5250 4,5000 6,7500
Profondeur P1 m 0,1700 0,7990 1,0200 1,5300
Surface P1 m2 0,1275 2,8165 4,5900 10,3275
Surcharge P1 coef. 1,1500 1,1500 1,1500 1,1500
Charge sur P1 kg 1,7595 78,2769 162,8523 549,6265
Charge alaire P1 kg/m2 13,8000 27,7925 35,4798 53,2197
Envergure P2 m 0,7000 3,2900 4,2000 6,3000
Profondeur P2 m 0,6800 3,1960 4,0800 6,1200
Surface P2 m2 0,2380 5,2574 8,5680 19,2780
Charge sur P2 kg 2,6265 116,8481 243,0983 820,4569
Charge alaire P2 kg/m2 11,0357 22,2254 28,3728 42,5592
Voilure totale m2 0,3655 8,0739 13,1580 29,6055
Charge alaire kg/m2 12,0000 24,1674 30,8520 46,2780
Poids Avion kg 2,4367 108,4028 225,5281 761,1574
dont poids moteur kg 1,2183 54,2014 112,7641 380,5787
Poids Fret kg 1,9493 86,7222 180,4225 608,9259
PTC kg 4,3860 195,1251 405,9506 1370,0833


Rappel de l’exemple Mignet :

Poids moteur = poids planeur = 50 kg
Poids avion = poids moteur + poids planeur = 100 kg
Poids fret = poids avion (-10 à 25%) # 80 kg
Puissance ≥ 10 CV par 100 kg (70 à 140 kg en fait)
Poids moteur = 1 à 3 kg par CV
Surface alaire = 1 m2 par 40 kg (30 à 60 kg en fait)

Pour un avion chargé de 180 kg environ, il faut donc :
Puissance = 13 à 26 CV (en fait 18 à 20 CV)
Poids moteur = 26 à 52 kg
Surface alaire = 3 à 6 m2

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A1a.2 Principe de fonctionnement


L’Aël 5 peut être tout simplement considérée comme "une voilure tractée par un groupe moteur au poids neutralisé" ainsi que le disait son concepteur, le Dr. A. Lepelletier.

Décollage
Au sol, l’avion est cabré à 25°, le plan P1 avant a donc une incidence de 30° (25°+5°). Au roulage on met progressivement tous les gaz, ce qui soulève la voilure principale P2 à l’arrière et ramène l’incidence de P1 à 5°.


fA1.2-1


"Décollage automatique Aël 5" : Sous l'action motrice, le plan P2 se soulève et arrache le train arrière du sol. L'incidence du plan P1 se rapproche alors de 5°

Lorsque la vitesse est suffisante le plan P1 se soulève à son tour et l’avion décolle tout seul.


fA1.2-2


"Décollage automatique Aël 5" : L'incidence du plan P1 s'est rapprochée de 5°, la voilure P2 s'est alignée dans le lit du vent, et la vitesse de l'avion a augmenté. Le plan P1 soulève le train avant, la vitesse augmente encore, le plan P2 achève de se coucher dans le lit du vent, l'incidence du plan P1 diminue jusqu'à 3°, le vol linéaire est commencé.

Montée
Après le décollage, la montée se fait suivant une pente de 30°. La Montée ou la descente s’obtiennent en faisant varier soit la traction motrice soit l’incidence de P1.

Vol linéaire
En vol linéaire P1 prend une incidence de 3°. Si la vitesse croît, l’avion se couche dans le lit du vent relatif et s’horizontalise. Il devient alors plus fin et son Cx croît.

Descente
Si la traction diminue doucement par réduction du régime moteur (sans décrocher de l’avant), la voilure principale P2 s’abaisse et l’avion se cabre, ralentit, puis se met en descente automatiquement.

Atterrissage
L’atterrissage normal se fait cabré pour casser la vitesse. On pose d’abord l’arrière, puis on réduit encore les gaz pour abaisser le train avant.

L’atterrissage sans moteur se fait de façon classique en piqué. On réduit l’incidence du plan P1, on pose le train avant en premier et enfin on pose les roulettes de queue.


fA1.2-3


"Atterrissage cabré Aël 5" : L'avion qui descendait cabré a repris contact avec le sol par son train arrière. L'incidence du plan P1 est à son maximum, mais la vitesse de translation de l'appareil est encore suffisante pour empêcher un rabattement brusque du train avant sur le sol, la poursuite d'un ralenti progressif de la traction motrice amènera le train avant sur le sol sans brutalité.

Perte de vitesse
L’engagement en perte de vitesse n’est pas possible car si la vitesse est trop faible la voilure avant n’est plus suffisante pour porter le poids du moteur et du train, l’avant décroche et pique plus vite que l’arrière. L’avion reprend alors de la vitesse et plane de nouveau. (pour cette raison, il est important que la charge alaire soit plus forte à l’avant qu’à l’arrière). De plus, le bord de fuite incurvé vers le haut du plan principal (P2) s’oppose aussi à toute perte de vitesse. Si P2 recule, la portance augmente par bras de levier. Ainsi un piqué en marche arrière tend à redresser la queue puis à provoquer un piqué en avant.

Centrage
L’avion classique est en équilibre statique horizontal autour de son centre de gravité. La somme des moments vaut zéro. Il est en équilibre dynamique autour de son centre de poussée.


fA1.2-4


1. - Moteur et train avant
2. - Ailes
3. - Gouvernail de direction équilibreur et train arrière
4. - Pivot


L’Aël 5 fonctionne comme une brouette. Il obéit à la loi des leviers : la voilure avant joue le rôle de la roue de la brouette et la voilure principale celui des bras et de la caisse.


fA1.2-5


1. - Plan P1
2. - Pivot
3. - Plan P2


Chargement
La portance est fonction de la vitesse, de l’incidence et de la position de la charge sur la bissectrice de la voilure principale. La portance est maximum si la charge est proche du sommet et minimum si elle est placée à l’arrière (incidence 45°)

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