QUALITE d’un AVION LEGER

, par Interaction

Je réfléchissais à certains de vos propos concernant la qualité d’un avion léger. Vous expliquez très justement qu’il y a deux critères importants :

La qualité massique
La qualité aérodynamique
Je suis tout a fait d’accord avec vous, cependant une chose me trouble lorsque pour la qualité aérodynamique vous utilisez un rapport entre la traînée pure et une plaque plane de même surface.
Ce qui me trouble dans ce raisonnement c’est qu’en suite vous faite une analyse par l’exemple en disant qu’il faut se rapprochez de 0,35 quel que soit la taille de l’avion.
Lorsque l’on fait ce raisonnement c’est oublier qu’il est bien plus difficile voir impossible d’atteindre un tel ratio sur de toute petite machine. Et lorsque vous dite que le MC100 n’est pas optimisé sur ce point, permettez moi de vous reprendre.
La surface frontale est liée à la charge marchande (à savoir pour nous, deux personnes mises cote à cote) et cette surface ne va pas réellement évoluer entre un biplace, un quadriplace plus ou moins lourd. Ce paramètre peut être optimisé (on tasse un peu plus les occupants ou on les allonge) mais il reste une donnée relativement homogène pour beaucoup d’avion léger.
Hors la surface frontale intervient de manière prépondérante dans la création de traînée par rapport à une plaque plane. Si cette surface n’évolue pas alors que la surface mouillée augmente, votre rapport fausse la comparaison.
Nous ne faisons pas des poupées russes.
Il me semble par contre possible de déterminer un référentiel qui permettrait de comparer tous les biplaces par exemple. Nous pouvons imaginer un volume aérodynamique parfait (goutte d’eau) ayant une section ronde correspondant à la section utile d’un biplace. La traînée pure ramenée sur la traînée de ce volume permettrait de comparer des machines qui ne sont pas comparable avec votre méthode. Le but étant d’emporter ce volume avec le minimum d’effort, tout ce qui représente un facteur négatif ne fera que dégrader ce coefficient.

Bonjour,
Nous ne comprenons pas très bien le fond de ce qui vous choque lorsque nous ramenons tout à une comparaison avec la plaque plane, mais la suite semble indiquer une certaine difficulté à comprendre la phénoménologie de la physique des écoulements aérodynamiques.
Je ne pense pas que nous ayons dit sans autre explication qu’il fallait "se rapprocher de 0,35". Faites-vous référence à un coefficient ? A une surface ?

Pour ce qui est de l’optimisation (qu’il s’agisse du MC100 ou d’une autre machine), cette optimisation ne peut se faire que si, et seulement si, un CdC (Cahier des Charges) a été préalablement défini. Or, dans l’écrasante majorité des cas, ce n’est qu’une fois que l’avion vole que l’on dit : "cet avion a été destiné à ceci".

Il se trouve que si l’on prend ce "Ceci" comme CdC, celui-ci peut presque toujours être rempli avec moins, voire beaucoup moins, de moyens (moins de puissance, moins de surface, moins de... etc.), dès lors que l’on procède rationnellement, selon les méthodes que nous avons mises au point à Inter-Action depuis plus de 20 ans, et que nous continuons toujours à peaufiner.
Maintenant que ses caractéristiques principales ont été publiées par Vol Moteur, nous avons passé la luciole de Colomban à la moulinette de "l’anti-gogo" dont vous trouverez une copie ci-jointe. Bien que certaines des données soit manquantes (notamment la longueur du fuselage), un rapide balayage d’estimations montre que l’appareil offre un "Cfe" (explication plus loin) compris entre 5,5 et 7 ‰ ! Si l’aérodynamique avait été correctement traitée, le Cfe aurait dû se trouver autour de 3,5 ‰ (valeur qu’obtiennent d’autres avions : donc cela n’est pas impossible), et sa vitesse aurait due (toujours avec 25 cv) tourner autour de 250 km/h. Or, si le constructeur avance une Vmax de 220 km/h, dans Vol Moteur, Ph. Tisserant indique que "à pleine ouverture" l’avion vole à 200 km/h.
Si le CdC avait été de voler à 200 km/h (tous les autres paramètres étant égaux par ailleurs), l’appareil n’aurait nécessité qu’une puissance de 12 à 14 cv seulement (bien entendu il aurait encore fallu démontrer qu’avec cette faible motorisation l’appareil était toujours en mesure de décoller ). Il reste donc que l’appareil présente une déficience d’ordre aérodynamique puisque sa traînée parasite est d’environs le double de ce qu’elle aurait due être. Arrivé à cette étape des constatations (c’est à dire au stade du diagnostic), il aurait fallu rechercher le pourquoi de la chose et y remédier.
Manifestement cela n’a pas été fait, et la Luciole sera donc reproduite par les constructeurs amateurs... avec ses déficiences aérodynamiques !
Mais revenons à ce que dit votre texte.

1) Il est d’abord dit que "la charge marchande "est liée avec la surface frontale". Puis dans la même phrase, il est encore dit : "cette surface frontale ne va pas évoluer entre un biplace et un quadriplace plus ou moins lourd". Ce qui est pour le moins contradictoire, et la question qui se pose immédiatement est la suivante : cette surface frontale (dans votre propos) évolue-t-elle, ou n’évolue-t-elle pas avec la charge ?

2) Il est dit encore : "Or, la surface frontale intervient de manière prépondérante dans la création de traînée par rapport à une plaque plane".

Pour commencer, on ne parle de surface frontale que s’il y a décollement, autrement dit que si l’aérodynamique est complètement foutue... comme sur une bagnole par exemple. Si l’aérodynamique est réussie, c’est-à-dire s’il n’y a aucun décollement, les filets fluides glissent sur le revêtement, et il n’y a QUE du frottement. Dans ce cas de figure, la référence n’est pas la surface frontale, mais la surface mouillée (le fuselage, le dessus et le dessous de l’ailes... etc.). Partant de là, pour évaluer le degré de réussite de l’aérodynamique, on va comparer la traînée générée par le frottement visqueux de l’air sur la surface mouillée de l’avion, avec la traînée de frottement pure que présentera la plaque plane parallèle à l’écoulement de même surface mouillée (et de même Reynolds), puisque cette plaque plane ne peut pas avoir de décollement. En outre comme on connaît parfaitement sa traînée puisque celle-ci est facilement mesurable en soufflerie, la comparaison de l’avion réel avec cet équivalent sans épaisseur (plaque plane), donne immédiatement la qualité aérodynamique obtenue. Dans tout ceci on n’a parlé ni de masse (cela concerne la traînée induite, et non la traînée parasite) ni de volume (biplace, 4 places, etc.).

3) Votre texte dit encore ceci : "Il me semble par contre possible de déterminer un référentiel qui permettrait de comparer tous les biplaces par exemple". Bien .

Pour marquer les esprits, nous avons utilisé, non pas un référentiel, mais un équivalent plaque plane (perpendiculaire cette fois-ci à l’écoulement). Pourquoi ’ Tout simplement, parce que la plaque plane, quelle soit parallèle à l’écoulement et qu’elle ne présente QUE du frottement visqueux, ou quelle soit perpendiculaire à l’écoulement et qu’elle ne présente alors QUE du décollement, cette plaque plane sépare bien les phénomènes qui sont alors isolés et parfaitement mesurables.
Ainsi, même une traînée de frottement visqueux pure peut avoir un équivalent de même valeur en traînée, généré par une plaque perpendiculaire à l’écoulement. Bien entendu, et compte tenu de l’énorme différence entre les coefficients de frottement et les coefficients de pression (lorsqu’il y a décollement), de l’ordre de 200 à 300 fois supérieur, la surface de la plaque perpendiculaire sera très nettement plus petite que celle de la plaque plane parallèle à l’écoulement. Pour fixer un ordre d’idée, la surface de traînée parasite d’un MC-15 Cri-Cri (monoplace de 2 x 15 cv) est équivalente à celle d’un carré de 30 cm de côté orienté perpendiculairement à l’"écoulement. La traînée du White-Lightning (quadriplace de 210 cv), est équivalente, quant à elle, à celle d’un carré de 31 cm de côté. Autant dire qu’à un "pouillème" près, le Cri-Cri et le W-L ont la même traînée parasite, alors que la différence de taille, ou plus exactement de surface mouillée passe de 15 à 36 m2 ! Et vous trouvez que notre modèle n’est pas pertinent ’ Bigre !

4) Enfin, il est dit ceci : "Nous pouvons imaginer un volume aérodynamique parfait (goutte d’eau) ayant une section ronde correspondant à la section utile d’un biplace", dont nous ferons le commentaire suivant : une goutte d’eau présente une forme sphérique (en réalité elle oscille très légèrement autour de la forme "mathématique" de la sphère). La sphère est, après la plaque plane perpendiculaire à l’écoulement, la pire des formes en matière d’aérodynamique, surtout au premier régime où les décollements s’initient dès avant le maître-couple !
Quant à la forme dite "en goutte d’eau" il s’agit d’une convention de dessinateur de bande dessinée (!), et qui n’a rien avoir avec aucune réalité. En outre, une goutte d’eau est... liquide. Cela signifie qu’elle est l’objet (de par le frottement visqueux avec l’air) de circulation fluide interne, torique. On est donc très loin des formes rigides des fuselages. Et de tous les appareils, ce sont ceux qui présentent des formes qui se rapprochent le plus de la sphère, qui sont les plus déficients ! Nous laisserons donc à votre appréciation les 2 dernières phrases qui disent :

 pour la première : "La traînée pure ramenée sur la traînée de ce volume permettrait de comparer des machines qui ne sont pas comparables avec votre méthode."

 et pour la seconde : "Le but étant d’emporter ce volume avec le minimum d’effort, tout ce qui représente un facteur négatif ne fera que dégrader ce coefficient."... dont le sens profond nous a quelque peu échappé. Précision : Le "Cfe" ou encore "Coefficient de frottement équivalent plaque plane", est le rapport entre la surface de traînée parasite (SCxo) sur la surface mouillée totale (SMT).

Cfe = SCxo/SMT. Comme il s’agit d’un rapport de surfaces, c’est un nombre sans dimension. Ce Cfe ne peut pas descendre indéfiniment et n’est donc jamais nul. Sa limite inférieure, pour les nombres de Reynolds qui nous occupent en aviation légère, est de l’ordre de 0,003 (encore dit 3 ‰)

Cette égalité peut encore s’écrire : SCxo = Cfe . SMT, qui montre bien que pour avoir un appareil performant, il faut minimiser son Cfe, et minimiser la SMT (Ex. : le Cri-Cri, qui par ailleurs présente une aérodynamique déplorable d’environ 9 ‰ !) Le "SCxo" est une surface (de traînée). A moins de 10 % près, c’est la traînée qu’offre une plaque plane carrée placée perpendiculaire à l’écoulement. Cette (presque) coïncidence est très pratique, parce qu’elle nous fait "toucher du doigt" la réalité physique d’un décollement.

En espérant avoir apporté quelques éclaircissements sur ces questions un peu délicates puisque l’on ne voit rien du phénomène, alors que l’on en perçoit nettement les effets.