Construction géodésique des ailes pour un modèle de planeur léger

L'objectif était de concevoir un planeur de construction légère, pouvant être transporté dans un sac à dos, et présentant donc une charge alaire réduite. L'accent a donc été mis en priorité sur une faible vitesse de descente, la finesse n'étant pas ici la priorité. La construction légère est très répandue dans les classes actuellement très populaires F3K, F3-RES, F3J et F5J, où l'on recherche des modèles capables d'exploiter même des thermiques faibles ou restreints.

Voici les paramètres clés que j’avais envisagés :

Masse en vol : < 500 g

Envergure : environ 1,5 m

Commandes : profondeur, dérive, aérofrein

Aile en trois parties avec double courbure en V ; empennage en V

Partie avant du fuselage en PRV, tube de queue en PRFC

Mes premières réflexions ont porté sur la méthode de construction des ailes et de l'empennage. La construction classique à nervures recouvertes de balsa ne me semblait pas assez légère, et l'expérience montre que sans revêtement, on rencontrerait des difficultés en termes de rigidité à la torsion. Les ailes à longerons tubulaires en carbone sont aujourd’hui très répandues, mais il ne me semblait pas vraiment intéressant de concevoir une méthode de construction...

pour lesquels il existe déjà des dizaines de kits et de modèles prêts à l'emploi dans le commerce. Je me suis donc tourné vers un principe de construction qui, s'il n'est pas nouveau, est quelque peu tombé dans l'oubli au cours des dernières décennies, à savoir la construction à nervures géodésiques

. Les nervures forment donc un treillis orthogonal, disposé à un angle de 45° par rapport au longeron, car les forces de torsion génèrent des contraintes de traction et de compression vers le revêtement extérieur de l’aile, qui s’exercent dans une direction formant un angle de 45° par rapport à l’axe de l’aile (figure 1). Ce phénomène est clairement visible lorsque l’on tord une aile entoilée et souple en torsion au niveau des fuselages en cours de construction, dans l’entoilage. Un croquis d’ensemble (figure 2) montre comment j’imaginais le modèle.

En réalité, la construction à nervures géodésiques serait idéale pour la fabrication CNC des pièces individuelles, de plus en plus courante. Malheureusement, je ne disposais pas de cette méthode ; les ailes et l’empennage ont donc été réalisés de manière classique, comme je vais le décrire ci-après.

On commence par réaliser une grille à nervures suffisamment grande pour pouvoir en découper les éléments destinés aux différentes ailes

et des éléments de l'empennage ; il est préférable de réaliser un croquis au préalable ! Pour cela, on découpe un nombre suffisant de petites planchettes rectangulaires en balsa, dont la largeur est légèrement supérieure à l'épaisseur du profilé et dont la longueur est suffisante pour assembler la grille esquissée. Pour l’aile, cela correspondait, dans le cas décrit ici, à 20 mm de largeur et 0,5 m de longueur. On a utilisé du balsa léger de 1,5 mm d’épaisseur. Ces planchettes ont été superposées avec précision et serrées dans un « peigne » fabriqué, par exemple, à partir de baguettes de pin. Ce « peigne » sert de gabarit de sciage pour les entailles dans les planchettes des nervures. L'espacement des entailles correspond à la largeur des mailles de la grille à réaliser, dans mon cas : 40 mm derrière et 20 mm devant le longeron. Ceci afin de minimiser l’affaissement de la toile dans le tiers avant du profil. Sur le bloc de nervures ainsi réalisé, on peut désormais pratiquer les entailles jusqu’au milieu du

Les planchettes nervurées doivent être sciées. Le mieux est d'utiliser une scie à onglet équipée d'une butée de profondeur (photo 3).

La profondeur des entailles correspond à la moitié de la largeur des planchettes ; l'écart est donc de 20 ou 40 mm, selon la largeur de la grille. Pour des raisons de solidité, le stabilisateur ayant un profil assez fin à cet endroit, il a été entièrement réalisé avec une grille de 20 mm.

Les petites planchettes de balsa ainsi sciées peuvent désormais être assemblées pour former un treillis et les points d’intersection peuvent être collés à l’aide d’une colle instantanée fluide, de préférence sur la planche de montage et avec un film PE intercalé (photo 4). Dès que l’on détache la grille de la planche de montage, on constate une résistance à la torsion étonnamment élevée.

On peut désormais découper les pièces en treillis nécessaires aux différents segments d'aile et à l'empennage, en veillant à ce que les coupes soient bien perpendiculaires (de préférence à l'aide d'une micro-scie) (figure 5).

Ensuite, les nervures d'extrémité du profilé en contreplaqué de bouleau (qui servent également de gabarit pour le ponçage du profilé) sont collées sur les côtés de la pièce en treillis correspondante (image 6).

Viennent ensuite la bande de nez en balsa (sciée ou rabotée de manière conique, mais pas encore poncée) et le bord d’extrémité (profilé en PRFC, 6 × 0,8 mm avec du balsa de 8 × 1 mm collé, le fil du bois étant perpendiculaire à la baguette en PRFC) doivent être collées. Pour la baguette d’extrémité, il faut préalablement poncer un rebord de 1 mm au bas de la grille.

À l'aide d'une longue tige de ponçage, légèrement plus longue que le segment le plus long à poncer (un profilé angulaire en aluminium recouvert de papier de verre collé convient parfaitement), il est désormais possible de poncer le profilé de l'aile en s'aidant des nervures d'extrémité des segments (image 7). Il convient de marquer celles-ci au feutre au niveau des arêtes de coupe, afin de voir immédiatement lorsque la planche de ponçage touche un gabarit de nervure et que la grille a été poncée jusqu’à épouser la forme du profilé. Les gabarits ne doivent bien sûr pas être poncés. La planche de ponçage ne doit être déplacée que latéralement, dans le sens de l’envergure, et au niveau des bords d’attaque et de fuite, si possible parallèlement à ceux-ci.

Le travail de ponçage peut être limité si l’on utilise du bois de balsa léger et si l’on commence par retirer (avec précaution !) une partie du bois excédentaire des nervures à l’aide d’une ponceuse vibrante. Ceux qui, comme moi, supportent mal la poussière de balsa, devraient travailler avec un système d’aspiration et porter en plus un masque anti-poussière

; les masques FFP2 ont fait leurs preuves à cet effet !

Ensuite, on ponce les rainures destinées aux longerons. Un longeron est indispensable, car le treillis géodésique n’assure que la rigidité en torsion, mais pas la rigidité en flexion de l’aile. Le meulage s’effectue de préférence à l’aide d’un outil de meulage simple, dont la largeur et l’épaisseur correspondent à celles des longerons, qui offre une bonne prise en main et qui peut ainsi être guidé le long d’un rail en aluminium fixé à la profondeur de profil correspondante (la latte de meulage convient parfaitement à cet usage) (image 8).

Bien sûr, d’autres étapes sont encore nécessaires pour achever la construction de l’aile et de l’empennage, mais elles ne seront pas abordées plus en détail dans cet article, car elles ne sont pas spécifiques à la construction géodésique. Il s’agit notamment de la mise en place des membrures inférieures, de la traverse (composée de pièces individuelles en balsa, dont le grain est vertical et biseauté à 45° sur les côtés en fonction du tracé des nervures), des petits tubes d’assemblage (en aluminium, avec une résistance suffisante

La fabrication du fuselage en PRV/PRFC n'est pas le sujet de cet article ; je ne m'étendrai donc pas sur ce point.

Pour conclure ce compte-rendu, je voudrais tout de même donner quelques précisions sur le modèle fini. L'aile prête à voler pèse 166 g, servo de 8 g compris. Cela correspondait à peu près à

D'après mon estimation lors de la conception, cela me semblait correct, d'autant plus qu'il donnait l'impression d'être assez robuste à la manipulation. L'empennage pèse 30 g ; on pourrait certainement l'alléger en utilisant une structure en planches, mais cela constituerait une rupture esthétique. Le modèle complet, prêt à voler, pèse 460 g, ce qui correspond à une charge alaire de 17 g/dm². Bien sûr, les planeurs DLG actuels en carbone sont nettement plus légers. Cependant,

, ceux-ci jouent dans une autre catégorie, et j’étais très satisfait de ces valeurs, car j’avais ainsi pleinement atteint les objectifs que je m’étais fixés au départ. Les essais en vol ont également montré qu’il était possible, uniquement en jouant sur le positionnement de la batterie, de régler le centre de gravité optimal à mon sens (54 mm, ce qui correspond à un coefficient de stabilité de 16 %¹). Comme profil d’aile, j’avais choisi l’AG 36n de Mark Drela, qui présente l’avantage constructif d’avoir une face inférieure en grande partie rectiligne. Malheureusement, cette facilité a un coût. C’est-à-dire que la vitesse maximale atteignable

Le coefficient de portance est légèrement inférieur à celui de profils similaires présentant une courbure un peu plus prononcée, comme le montre une comparaison avec l’AG 24, d’épaisseur presque identique, pour un nombre de Re réaliste pour ce modèle (figure 10)².

Un calcul de vortex FLZ, avec le centre de gravité mentionné et l’EWD de 2,5°, a donné le résultat présenté dans la figure 11.

La chaîne cinématique comprend un rotor externe tournant à 980 tr/min*V et d’un diamètre de 28 mm, un Aeronaut CamCar-

une hélice bonZ 9x5', une batterie Li-Po 3S de 500 mAh et un variateur léger avec BEC.

Les premiers vols se sont déroulés sans incident, ne nécessitant pratiquement aucune correction de trim. Le modèle se pilote agréablement et fait preuve d’un bon comportement en vol circulaire lors des virages serrés dans les thermiques. Le « plongeon » dans le cercle, souvent observé, est ici à peine perceptible. Bien sûr, un tel modèle se pilote beaucoup plus agréablement par vent faible que dans une atmosphère turbulente. Dans des conditions sans vent et sans thermiques, il est possible d’atteindre jusqu’à 30 minutes d’autonomie de vol.

Les données Excel issues de deux vols de mesure comprenant chacun sept phases d’ascension et de plané (image 12), effectués par temps calme et en l’absence de thermiques tôt un matin de printemps,

et mesurés à l’aide d’un vario/altimètre, ont donné les valeurs moyennes suivantes : vitesse ascensionnelle de 7,4 m/s, vitesse de descente de 0,49 m/s. Le calcul FLZ-Vortex a donné une descente minimale de 0,37

m/s. Si l’on tient compte du fait que je ne pouvais pas toujours voler en ligne droite, ces valeurs mesurées sont tout à fait plausibles.

Dans l’ensemble, je peux dire que cette construction a

attentes (et mes espoirs) et que j’en suis très satisfait.