L’aile est la surface portante d’un modèle radiocommandé, qui doit générer la sustentation et maintenir l’aéronef en vol. Elle est équipée de gouvernes (ailerons, flaps..) permettant de manœuvrer notre appareil et ainsi faciliter certaines phases et figures de vol.
Construction d’une aile
Pour ce faire, notre aile doit être légère mais aussi solide, sa construction doit être réalisée avec le plus grand soin. Si celle-ci est en bois, elle sera formée de nervures découpées dans du balsa ayant la forme précise du profil choisi. Ces nervures sont unies entre elles par des longerons et baguettes, en règle générale en pin et tout autre bois dur, ou encore du carbone, et disposés dans la section la plus épaisse du profil pour obtenir une résistance maximale à la flexion. Quelques fois, des bandes en bois de balsa (nommées « Cap-strips ») sont collées sur chaque nervure, dans le but premier d’élargir celle-ci et que l’entoilage épouse au mieux la forme souhaitée : plus le revêtement recouvrant et tendu porte sur une surface étendue, plus le profil sera respecté. Les nervures sont ainsi moins apparentes et mieux « cachées ». Le bord d’attaque (avant de l’aile) est formé d’un longeron en balsa auquel est donné une forme arrondie par ponçage, dans la continuité de la courbure du profil. De même pour le bord de fuite (partie arrière de l’aile), qui est formé par une baguette triangulaire en balsa. Dans le commerce, il est possible de trouver ces pièces ayant déjà la forme adéquate (pour les profils les plus courants, photo n°2). Des planchettes en balsa de fine épaisseur sont souvent utilisées soit pour recouvrir totalement le dessus et dessous de l’aile (l’extrados et l’intrados) ou uniquement le tiers avant, afin d’économiser du poids, et donc on placera les « Cap-strips » sur les nervures, soit les 2/3 restants et apparents. L’entoilage est disposé par la suite, mais avant il convient de vérifier que les surfaces soient bien lisses (exemptes de coulures de colle, d’enfoncement … etc) afin d’obtenir un bon rendu. On trouve également un autre type de construction : un bloc de mousse polystyrène expansé (“foam”) est découpé avec un fil chaud, toujours en respectant précisément le profil souhaité, et recouvert d’un quelconque bois ou tout autre matière qui lui confère ainsi une très bonne rigidité.
Aile moulée en mousse EPP, EPO…
Actuellement, beaucoup de modèles réduits sont moulés en mousse EPP, EPO.. etc. Les avantages de ces matières qui ont évolué au fil des années sont les suivantes : les éléments sont rapidement fabriqués en série (d’où coût réduit), légers, et les surfaces portantes respectent assez bien le profil (si le moulage est bon). Cependant si ce dernier est de faible épaisseur, il devient de plus en plus laborieux d’obtenir à la fois une aile “fine” en mousse et rigide. Par conséquent pour renforcer l’aile, on utilisera principalement des joncs ou tubes en carbone (voir même des pièces en bois ou en plastique) disposés tout le long ou dans le sens perpendiculaire ou oblique de la corde (largeur) sur toute ou une partie de la surface. De même est utilisé fréquemment du ruban adhésif transparent dit « armé » qui ne se déchire pas ou très difficilement, c’est-à-dire qu’il est renforcé par des fibres de verre intégrées au ruban en longueur, ou croisées également (2 fibres de verre croisées). Ce « scotch » est souvent disposé sur les bords avant et arrière de l’aile afin de les protéger et les rigidifier. Comme vous l’aurez compris, le but étant d’obtenir une aile la plus rigide possible dans une certaine limite et par conséquent pour les ailes moulées en mousse, la surface sera « tartinée » amplement de ruban armé et renforcée sur de nombreuses sections, ce qui est peu esthétique et donc un inconvénient majeur de la « mousse » pour des aéronefs à vitesses rapides (exemple : Multiplex Blizzard). Pour les modèles les plus sophistiqués, l’EPP, EPO et d’autres, sont donc bannis.
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2) Bords d’attaque prêt à utiliser et à coller, il n’y a pas besoin de les poncer ou très légèrement. |
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3) Une demi-aile d’un planeur commercialisé par Topmodel. Notez le 1/3 avant renforcé par des planchettes en balsa, ainsi que les “cap-strips” (fines bandelettes en balsa) sur les nervures… |
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4) Croquis représentant les deux plans de l’aile du planeur hotliner “Blizzard de Multiplex” conçu en mousse “Elapor” : les rainures dessinées et de couleur noire, dans le sens oblique et suivant la longueur de l’aile, sont prévues pour maintenir des joncs en carbone, ceux-ci à coller bien entendu une fois en place. |
Géométrie de l’aile
Les principaux paramètres de l’aile sont l’envergure (distance entre les extrémités) et la corde (largeur entre les bords d’attaque et de fuite), ainsi que l’épaisseur (hauteur à l’épaisseur maximale) et par conséquent son profil.
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5) L’extrados d’une demi-aile en mousse du planeur “Parabolic de Robbe” : notez les renforts en carbone… |
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6) Vue en vol du planeur “ASW 15 de Robbe” et plus particulièrement l’intrados de l’aile avec ses renforts en carbone. |
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7) Ici, on a positionné sur le bord d’attaque non rectiligne d’une aile en mousse, du ruban armé/renforcé fibres de verre. Les entailles permettent de supprimer tout pli. |
La surface alaire
La surface alaire est le produit de l’envergure et de la corde de l’aile => envergure x corde.
Lorsqu’il s’agit d’une surface rectangulaire, il est ainsi facile de calculer la surface alaire. Par contre cela est un peu plus compliqué pour une aile trapézoïdale ou autres. Bref, dans tous les cas, la surface alaire est la surface de l’aile que l’on calcule comme pour tout autre chose. Nous prendrons l’exemple suivant (et pour les paragraphes suivants également) d’un avion d’initiation ayant une envergure d’1,20 m et une corde 0,30 m, ainsi qu’un plan bien rectangulaire : on obtient donc une surface alaire de 0,36 m2 soit 36 dm2 (convertir en dm2 pour faciliter le calcul de la charge alaire, voir lignes suivantes). Lorsque l’aile est composée d’une section centrale rectangulaire et de chaque côté d’un plan en flèche, soit 3 surfaces au total, pour celles extérieures, on fera la somme des deux cordes, puis on la divise par 2 et on multiplie ce résultat par la longueur de chaque plan.
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8) Petit planeur à double dièdre. Ce type de modèle n’est commandé que par l’axe de profondeur et de direction (2 axes). |
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9) Avion d’initiation dit aussi “trainer”, à profil épais et corde importante… l’allongement est faible. |
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10) Un modèle 3D en vol : le profil de ce type d’avion est très épais, la corde de l’aile très importante et par conséquent l’épaisseur relative haute ! |
La charge alaire
C’est la relation entre la masse de l’aéronef et la surface alaire. En aviation grandeur, on l’exprime en Kg/m2. Dans notre cas, -en aéromodélisme- on parle de grammes par décimètre carré (grs/dm2). Elle se calcule en faisant le calcul suivant : la masse de l’appareil en ordre de vol divisé par la surface alaire, soit par exemple pour un avion de => masse de 1500 grs / surface alaire de 36 dm2 = 41,67 grs/dm2, soit environ 42 grs/dm2. La charge alaire influe sur la vitesse de vol, c’est à dire pour résumer de façon simpliste, plus l’avion est chargé et la charge alaire supérieure par conséquent, plus la vitesse de vol devra être supérieure en quelques sortes (car d’autres paramètres entre en jeu dont le profil). A l’inverse, par exemple pour un planeur thermique de plaine, moins la charge alaire est élevée, moins le modèle radiocommandé aura besoin de vitesse pour voler, et donc il pourra planer à très faible vitesse, voir presque faire du surplace. Pour le vol d’intérieur (dans les gymnases), on utilise de petits modèles très légers, et dont la charge alaire tourne de 10 gr/dm2. Par contre à l’extérieur, il y a présence de courants (thermiques, turbulences), les modèles sont plus grands et lourds, et le charge alaire pour les « trainers » (avions pour débutants) se situe entre 40 et 55 grs/dm2. Pour les planeurs de 2 à 2,5 m d’envergure, la charge alaire est d’environ 20 à 40 grs/dm2 en moyenne. Au fur et à mesure de l’expérience acquise (niveau pilotage), on pourra opter pour des modèles plus gros, plus lourd selon les souhaits de chacun et avec une charge alaire élevée, ou pas. Par exemple, pour un éventuel achat d’un planeur thermique de plus grande envergure pour le vol « tranquille », on optera pour celui ayant une charge alaire faible.. mais aussi on prendra d’autres caractéristiques en compte comme son profil. A l’inverse pour un planeur de pente qui sera malmené par les courants qui toutefois lui permettent de rester en vol longuement et pour effectuer quelques acrobaties à vitesses respectables, on optera pour un modèle à charge alaire plus élevée, celle-ci que l’on pourra faire varier à l’aide d’un ballast (masse embarquée). Plus exactement dans ce dernier exemple, on fera varier le poids du planeur en fonction des conditions de vol sur la pente et du type de vol souhaité.
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11) Une aile volante, la “Swift 2 de MSComposit” : particulièrement aérodynamique car il n’y a pas de fuselage. |
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12) Envergure imposante et corde très faible, c’est un planeur à l’allongement élevé, qui sûrement très performant! |
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13) Planeur d’initiation en mousse de chez “Robbe”, notez le dièdre accusé, c’est donc un modèle 2 axes. |
L’allongement
L’allongement est la division de l’envergure par la corde => 1,20 m / 0,3 m = 12 dm / 3 dm = 4 %. Les allongements élevés sont plus efficaces en aérodynamique que les faibles allongements. Pour expliquer cela, il faut examiner ce qu’il se passe aux extrémités de l’aile. Lorsqu’un modèle vole, l’air s’écoulant exerce une pression supérieure au dessous de l’aile (intrados) et moindre au dessus (extrados). A chaque bout de l’aile (nommé « bord marginal »), se produit ainsi des tourbillons qui couvre une surface importante (en partant de chaque extrémité de l’aile vers le fuselage du modèle), diminuant ainsi la portante et augmentant la résistance aérodynamique, avec pour résultat une surface alaire utile diminuée (comme si on sectionnait une partie de X cm de chaque bout de l’aile). Ainsi pour chaque modèle en fonction de celui-ci et du type de vol souhaité, on devra tenir compte de l’allongement le mieux adapté : pour un planeur thermique, qui nécessite une forte portance afin de planer longuement et de « capter » les courants thermiques porteurs, il est primordial d’avoir un allongement important qui ne devra jamais être inférieur à 15 (envergure/corde).. ce qui explique entre autres pourquoi les planeurs thermiques ont l’aile plus longue et étroite que les avions. A l’inverse pour un planeur de pente, qui doit voler plus rapidement au gré des vents et de puissants courants (le vent est ici l’ami du pilote, s’il souffle du bon côté de la pente), l’allongement devra se situer entre 8 et 15, soit la valeur la plus faible pour les acrobatiques, et la plus haute (15) pour les vols d’entraînement. Pour les avions équipés de moteurs, cela semble évident (avec moteur), l’allongement pourra aller de 4..5 pour des modèles élémentaires très maniables et sûrs (type “trainer”) à 8 pour des modèles plus avancés et acrobatiques. Les avions ont en règle générale une résistance aérodynamique supérieure à celle des planeurs, car étant équipé de moteurs, ils sont « relancés » en permanence et bénéficie d’une énergie supplémentaire (moteur) pour vaincre les forces opposées. A l’opposé, les planeurs qu’ils soient de plaine, de pente.. même si dans le premier cas, ils peuvent être équipés de moteurs électriques dont le but est de les faire grimper en altitude : il est important de diminuer leur résistance aérodynamique afin de voler à l’aide les forces naturelles le plus longuement possible.
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14) Une gouverne d’aileron en commande directe avec le servo correspondant. Ici, il y a un peu trop d’espace selon nous, entre l’aile et la gouverne, c’est-à-dire la jonction : cette dernière est source de turbulences et augmente la résistance aérodynamique. |
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15) Ce planeur est équipé de “flaps” (couleurs jaunes sur le bord de fuite de l’aile), ils permettront de faciliter les atterrissages et de modifier le profil de l’aile en vol avec de très faibles débattements. |
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16) Gouverne d’aileron vers l’extrémité de l’aile pour une meilleure efficacité. |
L’épaisseur relative
Elle se calcule en faisant la division suivante : corde de l’aile divisée par son épaisseur maximale.
Par exemple, 30 cm / 2 cm = 15 % pour notre avion de type trainer. Cette valeur influe sur la résistance aérodynamique et par conséquent sur la vitesse de vol de l’aéronef. Une aile de plus grande épaisseur est plus stable qu’une aile de faible épaisseur. Valeurs constatées et convenables : Autour de 6% pour des modèles de course (vols rapides), autour de 12% pour les modèles d’entraînement, voir 18% pour les modèles lents, de type Fun-Fly, et 3D.
Les différentes formes alaires
Il y a plus d’un siècle, les pionniers de l’aviation s’inspiraient de la forme des ailes des oiseaux pour concevoir leurs machines volantes. Cependant le premier avion a avoir finalement volé correctement, avait des ailes de formes rectangulaires, ce fût le « Flyer » des frères “Wright”. Les formes alaires ont beaucoup évoluées depuis et on en trouve de multiples.. voici donc un bref échantillon des plus courantes :
– L’aile rectangulaire, la plus simple du moins pour calculer sa surface : est aussi la plus utilisée en aéromodélisme, pour les avions de type « trainers » d’initiation à construction simple et d’autres avantages aérodynamiques. Les nervures sont similaires, les bords d’attaque et de fuite sont bien rectilignes et parallèles, facilitant ainsi la construction. En vol, le point de décrochage prend naissance au centre de l’avion, permettant ainsi de conserver l’efficacité des gouvernes d’ailerons. Seul défaut, son efficacité, voilà pourquoi cette forme n’est pas utilisée pour des modèles plus performants, voir lignes suivantes.
– L’aile elliptique est beaucoup plus efficace sur le plan aérodynamique que celle rectangulaire. Sa corde (largeur) diminue progressivement aux extrémités jusqu’à atteindre la valeur = 0, les tourbillons sont ainsi nettement réduits dans cette zone là (extrémité de l’aile). Cette aile équipait l’avion mythique et chasseur britannique de la seconde guerre mondiale : « Spitfire ». La construction est bien entendu très difficile et le décrochage intervient brutalement sur toute son envergure.
– L’aile trapézoïdale combine les 2 formes précédentes : en effet, la majorité des modèles plus sophistiqués et aptes à la voltige, disposent de cette forme étant donné que son inertie diminue vers les extrémités, permettant ainsi des mouvements plus rapides sur l’axe du roulis.
– L’aile en flèche : peu utilisée à l’époque (avant 2000) mais de plus en plus fréquente de nos jours. Etant donné que l’on dispose à présent de nombreuses maquettes de jets commercialisées, on trouve donc cette forme d’aile de nombreuses fois (Sabre, Mig15..etc). Elle apporte une grande stabilité sur l’axe de lacet mais son décrochage est très dangereux, car il est situé aux extrémités et donc fort probable que les ailerons soient situés dans cette zone et auront donc peu d’actions en cas de décrochage.
– L’aile delta : on la trouve sur les modèles dit « ailes volantes » (Swift de MSComposit..). Cette forme dispose en principe d’un profil spécial et un peu cabreur, permettant de se passer d’empennage de queue (plans horizontal et vertical à l’arrière du modèle). Très aérodynamique à hautes vitesses. Ce type d’aile est aussi installé sur les avions de chasse de type “Rafale”. Elles conviennent bien à allure vive.. dans notre cas, en modèle réduit, il faudra atterrir à vitesse convenable et le modèle cabré pour un atterrissage “maîtrisé”..
Le dièdre
Dernier élément et tout autant essentiel, le dièdre. C’est l’angle formé par les deux demi-ailes entre elles dans le sens de la longueur, soit de l’envergure. Il est plus accentué (extrémités de l’aile relevées et valeur du dièdre en degrés, inférieure à 180°) pour les modèles de type 2 axes, qui ne disposent pas de gouvernes d’ailerons sur le bord de fuite de l’aile, et sont pilotés uniquement avec 2 plans présents à l’empennage de queue (arrière de l’aéronef). Cela permet ainsi de faire « virer » l’avion ou le planeur, le cas contraire et pour des raisons aérodynamiques, si l’aile était plate et le pilotage de type 2 axes (sans ailerons donc), l’avion ne virerait pas mais volerait uniquement de travers sous l’action de la gouverne de direction (plan vertical à l’empennage de queue). Plus il est accusé, meilleure est la stabilité et le pilotage simple, voilà pourquoi on trouve des dièdres accusés sur les nombreux modèles d’initiation. Toutefois cet argument peut-être pondéré en conditions de vols difficiles avec turbulences et vent contraire.. ou « de côté », ce dernier (vent) ayant meilleure « prise » et inclinant de ce fait notre modèle avec plus de force. Notons que la jonction des deux plans de l’aile subit un effort important, et il faut donc prêter très attention à la construction de cette zone et la renforcer. On contrôlera régulièrement l’état de la ou des clés d’ailes (pièces assurant la jonction des demi-ailes) et des renforts souvent collés à la colle Epoxy. Précisons également que le dièdre est souvent “double” (photo n°8), voir même triple : cela signifie que dans le premier cas et exemple (photo n°8), on mesurera 2 valeurs distinctes.
Les gouvernes… (ailerons, flaps)
Les premiers avions grandeurs, ne disposaient pas de gouvernes permettant d’assurer leurs commandes dans l’axe de roulis (inclinaison de l’aéronef par rapport à son axe longitudinal).
Pour ce faire et pour commander l’avion, le pilote tirait sur des cordes/câbles qui déformaient les ailes, celles-ci très flexibles. Et par conséquent soit la portance était diminuée ou pas. Par exemple, le célèbre « Blériot », construit avant la première guerre mondiale utilisait ce « système » ou encore, avec les parapentes, qui sont un autre cas très concret. A présent, on utilise des gouvernes disposées principalement pour nous autres modélistes, sur le bord de fuite de l’aile. Non seulement avec cette disposition, l’aile est de structure plus résistante, mais la réaction provoquée est plus efficace : les ailerons courent chacun sur une partie (extrémité de l’aile) ou pratiquement toute la longueur d’une demi-aile. Ces deux gouvernes doivent être liées au plus près de l’aile et donc de la structure immobile, pour éviter toutes turbulences et perturbations aérodynamiques : bref la ligne de jonction entre ces gouvernes et l’aile, doit être minimale et assurer à l’aide de charnières efficaces. Les ailerons fonctionnent dans un sens opposé, c’est à dire que l’un se lève, et l’autre opposé, s’abaisse et vice-versa. Sont utilisés également pour les modèles plus sophistiqués, des « flaps » (2 volets supplémentaires, 1 par demi-aile) disposés vers le centre de l’aile et étant actionné dans le même sens, soit vers le haut ou bas. Ceux-ci permettant soit de modifier le profil en vol (légères actions), ou lors des phases d’approche avec plus de débattements, ils augmentent la résistance aérodynamique, ce qui est utile lors de l’atterrissage. Pour les modèles les plus simples ne disposant pas de ces 2 gouvernes « flaps », on peut utiliser les ailerons dans cette configuration (nommée ainsi « flaperons ») à l’aide d’un émetteur programmable disposant de cette fonctionnalité dit “mixage flaperons”. Cependant les ailerons utilisés en mode « flaperons » et lors de la phase d’atterrissage (la vitesse diminuant) seront donc tout deux dans le même sens (soit orientés vers le haut ou vers le bas), et seront bien moins efficaces s’il faut changer brusquement de trajectoire et donc les actionner en différentiel, un moins incliné que l’autre mais toujours dans le même sens ! Voilà pourquoi 2 volets supplémentaires (et donc les « flaps ») sont donc utiles et destinés à l’usage énoncé précédemment, pour des modèles un peu plus évolués. Nous détaillerons l’utilisation de ces gouvernes lors d’un article suivant.. et comment régler les débattements efficacement.
Texte et photos : voir auteur ci dessous, sauf suivantes : Topmodel (photos n°1, 3, 12, 15, 16) – Multiplex RC (n°3) – P.Aerobatic (n°10).