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L’apparition de la radiocommande
Ce sont les américains qui réussirent les premiers à transmettre des ordres vers un avion en utilisant les ondes : Chester Lanzo fut d’ailleurs le premier vainqueur en catégorie «radio » lors du concours national qui s’est tenu aux états unis en 1937. A l’époque, les appareils de transmission étaient lourds et volumineux. On ne parlait pas encore de proportionnalité dans les ordres envoyés mais plutôt d’un fonctionnement en tout ou rien sur une voie. On pouvait alors parler de vol libre assisté. En France, il faudra attendre l’après-guerre pour voir apparaître les premiers ensembles de radiocommande, souvent de réalisation personnelle. Charles Pépin, André Wastable et Francis Plessier seront les premiers à démocratiser l’usage de cette nouvelle technologie. Les premières radiocommandes sont disponibles dans le commerce dès le début des années 1950. Quatre ans plus tard en 1954, Georges Honest Redlich et Sidney Allen font traverser la Manche à un modèle réduit baptisé «Radio-queen ». D’une envergure de 2,1m, il pesait 3400 grammes.
L’avion de transition
Si l’avion de début permet l’apprentissage des bases du pilotage : décollage, circuit, atterrissage, il permet également de découvrir les premières figures de voltige : looping, renversement et, tonneau si l’avion est du type trois axes. Attention toutefois, cette voltige n’est pas comparable à celle réalisée par un véritable avion de voltige, elle reste élémentaire et peu académique. Il existe donc une catégorie de modèle « de transition » dont la géométrie et la puissance permettent d’apprendre la voltige avec une meilleure précision. Ces avions sont dotés d’une aile basse présentant toujours une surface alaire généreuse associée à un faible dièdre, ils sont du type trois axes. Les profils sont majoritairement biconvexes dissymétriques. L’avion de transition offre donc une meilleure maniabilité tout en garantissant un comportement sain à basse vitesse.
L’avion de voltige
Développement ultime dans la progression du pilote, la voltige ou encore acrobatie aérienne demande une bonne connaissance du pilotage pour réaliser toutes les figures suivant des critères bien précis et dans un espace figé. La géométrie d’un avion de voltige dépend directement des performances attendues en vol : profil d’aile symétrique, absence de dièdre. Les dimensions et la masse de l’appareil doivent respecter certaines valeurs pour que le pilote puisse participer à des concours de voltige (voir catégories concours). La motorisation est généralement du type thermique mais le moteur électrique est en forte progression dans cette catégorie. En 2005, le champion du monde de voltige est français et s’appelle Christophe Paysant-le-roux.
La maquette
Si l’aéromodélisme permet d’essayer toutes les formules aérodynamiques en toute tranquillité et sans risque pour le pilote. Le pratiquant peut également s’orienter vers la reproduction parfaite et à échelle réduite d’un avion existant ou ayant existé, il s’agit de la catégorie maquette. La finesse des détails reproduits dépend bien souvent du temps passé sur la construction de la maquette. Là encore, des concours regroupent les maquettistes afin de juger du travail réalisé (épreuves au sol et en vol).
Les éléments de base d’un avion RC
Envergure : C’est la distance entre les extrémités des ailes mesurées perpendiculairement par rapport à son plan de symétrie vertical.
Fuselage : C’est un caisson à ossature constituant le corps de l’avion et portant l’aile ainsi que les appareils constitutifs de l’avion tels que la batterie le récepteur de commande, les variateurs de vitesse et le réservoir (pour l’avion à moteur thermique).
Aile : C’est l’élément de base de l’avion, elle a une forme et un profil permettant à l’appareil de se voler. Elle munie des éléments importants qui permet de contrôler le vol d’un avion, ces éléments sont les ailerons qui gouvernent la profondeur et la direction.
Les ailerons : Elles permettent de contrôler le vol (virage, hauteur, profondeur). Elles provoquent la rotation de l’avion autour des axes transversal, longitudinale et vertical.
La coque
Il existe de nombreux matériaux de construction qui diffèrent d’un avion à l’autre. – Le BALSA : c’est le matériau le plus utilisé pour la construction d’avions RC grâce à sa très faible densité (0,14 soit 140 kg/m³). Ce bois est utilisé pour toutes les pièces du coffrage. – Le CONTRE-PLAQUE et le HETRE : ce sont les matériaux utilisés pour la construction de la structure de l’avion grâce à sa solidité et son poids faible.
-Le DEPRON : dérivé du polystyrène, on ne peut pas l’utiliser pour la construction d’avions d’extérieures à cause de son faible poids (sensibilité au vent élevée) on l’utilise donc pour la construction des « parkflyers » (avion d’intérieurs).
-Le carton plume : Ce carton est le plus utilisé pour la construction d’un aéronef. C’est un matériau solide, très légers et facile à couper. Ce carton se compose de 3 couches, une couche interne de mousse de polystyrène ou de polyuréthane, revêtue à l’extérieur soit de papier couché blanc soit de papier kraft. Ce carton est maintenant très utilisé pour la construction de coque des avions radiocommandés modernes à moteur électrique.
ESC (Electronic Speed Controller) ou variateur
Pour pouvoir commander le moteur brushless, on utilise les ESC (Electronic Speed Controller) ou variateurs. Cette composante permet de varier la vitesse de rotation des moteurs, le principe est assez simple : les ESC reçoivent une valeur PWM par le récepteur de la télécommande ou à partir d’un contrôleur quelconque pour faire tourner les moteurs. Un ESC est composé de deux fils plus (+) et moins (-) pour l’arrivé d’énergie depuis la batterie, 3 fils pour réguler la vitesse et éventuellement alimenter un récepteur ou contrôleur (plus, moins, PWM) et 3 fils de sorties pour faire tourner le moteur. Les ESC sont caractérisés par le courant maximal qu’ils peuvent supporter (Exemple : ESC-20A).
Caractéristiques géométriques d‘une aile
La géométrie d’une aile se définit en fonction de plusieurs éléments :
La surface alaire (ou surface d’aile) : est la surface de la projection horizontale du contour de l’aile. Cela correspond à la totalité de la voilure, y compris celle qui traverse le fuselage.
Flèche : angle formé par la perpendiculaire de l’axe longitudinal de l’avion et le bord d’attaque de l’aile ; elle peut être positive, négative ou neutre.
La charge alaire : est le rapport entre la portance et la surface alaire. Elle est aussi égale au rapport du poids de l’avion et celui de la surface alaire si la portance est égale au poids de l’avion comme dans le cas du vol horizontal.
L’allongement : en aérodynamique, l’allongement λ d’une aile se calcule en divisant le carré de l’envergure par la surface des ailes. Plus simplement c’est aussi le rapport de l’envergure par la longueur de la corde moyenne : λ=𝐿2𝑆=𝐿𝑙.
Le dièdre : c’est l’angle formé par le plan des ailes et le plan horizontal ; il peut être positif, nul (chasseurs et avions d’acrobatie) ou négatif (certains chasseurs ou gros porteurs).
Angle de calage : c’est l’angle entre la corde du profil d’emplanture et l’axe longitudinal de référence du fuselage, généralement horizontal à la vitesse de croisière.
Etude de la polaire d’une aile (NACA 2412)
Afin de pouvoir déterminer aisément les caractéristiques d’un profil et choisir sans surprise le plus adapté entre plusieurs modèles, ou afin de déterminer les dimensions que l’on donnera à une aile une fois le profil choisi, on utilise une courbe appelée polaire du profil. La polaire type EIFFEL : elle représente le Cz en fonction de Cx (en pratique, on trace plutôt 100*Cz en fonction de 100*Cx en raison des faibles valeurs des coefficients aérodynamiques). L’allure de ce type de polaire est celle donnée ci-dessous. Elle évolue selon la forme du profil mais conserve toujours une allure globale similaire. Grâce à elle, on détermine quelques caractéristiques essentielles du profil. On en déduit alors Cz et Cx. En général on indique sur les points de la polaire l’incidence à laquelle ils correspondent.
Le contrôle de roulis
Pour faire basculer l’avion à gauche ou à droite, il faut provoquer une rotation autour de l’axe de roulis, c’est à dire celui qui joint le nez de l’avion à la queue. On utilise la portance de chaque aile, autrement dit, il faut augmenter la portance d’un aileron et diminuer celle de l’autre. Pour s’incliner à droite, il faut diminuer la portance de l’aileron droite et augmenter celle de l’aile gauche. Pour s’incliner à gauche, il faut faire le contraire. Les ailerons permettent d’obtenir deux effets opposés sur les deux côtés de l’aile par un braquage différentiel. On monte l’aileron du côté où il faut augmenter la portance et on baisse du côté où il faut la diminuer. Lever un aileron rend le profil plus cambré en bout d’aile et augmente également son incidence. Il en résulte une augmentation de la portance du bout de l’aile. Le braquage opposé sur l’autre aile produit l’effet inverse. On observe donc une rotation de l’avion autour de l’axe de roulis. En résumé pour incliner l’avion à droite, il faut monter l’aileron droit et baisser l’aileron gauche ; pour incliner l’avion à gauche il faut monter l’aileron gauche et baisser l’aileron droit.
Le contrôle du lacet
Pour faire basculer le nez de l’avion à gauche ou à droite, il faut provoquer une rotation autour de l’axe de lacet, c’est à dire l’axe perpendiculaire au plan des ailes et passant par le centre de gravité de l’avion. C’est l’action des ailerons qui permet de créer cette rotation. On incline les ailerons dans le sens contraire, l’avion s’incline et son nez bascule dans le sens d’inclinaison après l’avion tourne à gauche ou à droite.
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Table des matières
CHAPITRE I ETAT DE L’ART D’UN AVION RADIOCOMMANDE
I-1-Définition
I-2-Historique
I-2-1-Les premiers vols planés
I-2-2-Les premiers vols motorisés
I-2-3-L’apparition de la radiocommande
I-2-Classification des avions RC
I-3-Les différents types des avions RC
I-3-1-Le planeur
I-3-2-Le motoplaneur
I-3-3-L’avion de début
I-3-4-L’avion de transition
I-3-5-L’avion de voltige
I-3-6-La maquette
I-3-Présentation de l’avion et ses éléments constitutifs
I-4-1-Présentation de l’avion
I-4-2-Les éléments de base d’un avion RC
I-4-3-La coque
I-4-4-Les composantes électromécaniques
I-4-4-1 La motorisation
I-4-4-2 ESC (Electronic Speed Controller) ou variateur
I-4-4-3 Batterie
I-4-4-4 Servomoteur
I-4-4-5 Hélice
CHAPITRE II AERODYNAMIQUE ET MECANIQUE DU VOL
II-1-ETUDES D’UNE L’AILE
II-1-1-Présentation d’une aile
II-1-2-Caractéristiques géométriques d‘une aile
II-1-2-1 Le profil d’aile
I-1-2-2 Etude de la polaire d’une aile (NACA 2412)
II-1-3-Etude dynamique de l’aile
II-2-ETUDE DYNAMIQUE ET MECANIQUE DE L’AVION
II-2-1-Les repères utilisés
II-2-2-les forces et les moments agissant sur l’avion
II-2-3-Les vitesses
II-2-4-Les équations de mouvements de l’avion
II-3- CONTROLE DES MOUVEMENTS
II-3-1-Le contrôle du tangage
II-3-2-Le contrôle de roulis
II-3-2-Le contrôle du lacet
CHAPITRE III CONCEPTION ET REALISATION DE L’AVION RC
III-1- SIMULATION DE LA STABILITE DE L’AVION
III-1-1-Les regulateurs PID
III-1-2- Simulation
III-1-2-1 Algorithme de commande
III-1-2-2 Bilan des forces en rotation
III-1-2-3 Logiciel et résultat de simulation
III-2- REALISATION DE L’AVION RC
III-2-1-Dessin de definition de la coque
III-2-2-Dimensionnement et choix des composantes
III-2-2-1 Les matériels choisis et leurs caractéristiques
III-2-2-2 Dimensionnement du moteur
III-2-2-3 La carte programmable
III-2-2-4 La radiocommande
III-2-3 Schema de montage des composantes electroniques
III-3- DETERMINATION DE LA CHARGE SUPPLEMENTAIRE SUPPORTEE PAR CET AVION
III-3-1 Vitesse de rotation maximale du moteur
III-3-2 La charge supplémentaire supportable
III-4-ESSAIS ET INTERPRETATION DES RESULTATS
III-4-1-Resultat des essais
III-4-2-Interpretation generale du projet
CONCLUSION GENERALE
ANNEXE 1 Les coordonees d’un profil NACA 2412
ANNEXE 2 Les coefficients aerodynamiques pour le profil NACA 2412
ANNEXE 3 Les profils d’aile les plus utilises et leurs caracteristiques
BIBLIOGRAPHIE
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