Moulin à vent volant
- déroutant mais
tellement facile
Présentation : Laurent Berlivet
Ca vous dirait de construire un engin volant à la géométrie
totalement improbable qui n‘est ni avion, ni un hélico,
ni un autogire ?
En fait, ce serait plutôt un aérogire car l’autorotation
de sa voilure est entrainée uniquement par le vent relatif.
Ca peut sembler compliqué mais c’est un appareil plutôt
simple à construire, amusant à piloter et réellement
déroutant à voir voler.
Lumpia - aile rotative déroutante
mais tellement facile à faire voler
Les aubes de ce modèle sont entraînées
uniquement pas le vent relatif. En tournant, elles créent
une forte portance qui permet au modèle de voler.
Pas de gouvernes, pas d'empennages, juste
une motorisation vectorielle et pourtant ça offre une bonne
maniabilité. Un ruban de LEDs permet également de
voler la nuit. Alertes aux Ovnis garanties !
Tout peut voler en aéromodélisme. On peut le constater
sur nos terrains mais aussi lors de réunions telles l'Inter-Ex.
Ce curieux engin a été construit pour y participer et
il est maintenant de sortie à chaque meeting, de jour comme de
nuit car même s'il n'est pas très gros, il sait se faire
remarquer...
Caractéristiques techniques
Envergure : 85 cm
Hauteur : 70 cm
Poids : 620 g
Surface : 16 dm²
Charge alaire : 38 g/dm²
Profil : planche en «S»
Equipements
Moteur : OS OMA 2810-1250
Hélice : 8x4
Contrôleur : 20 A
Batterie : Li-Po 3S 1300 à 2400 mAh
Servos : 2x Emax es08MD (12 g)
Le plan
Le plan du Lumpia est téléchargeable
en PDF (190 k0). Cliquer sur l'image pour l'ouvrir ou bien faire
un clic droit puis "enregistrer la cible du lien sous..."
Il peut être imprimé chez un tireur de plans ou sur
une imprimante de bureau en réunissant plusieurs feuilles
au format A4 à réunir. La
méthode est détaillée ici.
Ailes rotatives
Qui n'a pas connu ce cerf-volant
à aile rotative ? Il faisait fureur auprès des jeunes
dans les années 70-80. Un peu plus tard, l'idée
a germé de le motoriser et de l'équiper d'une radio...
mais a vite été oubliée car ça volait
déjà assez mal avec un fil...
Le Spring-Roll, construit en 1997 pour
participer à la rencontre Gentleman Flyer Contest, équipé
d'un moteur thermique 1 cc MP-Jet. L'avion volait déjà...
mais il refusait de tourner. La tenue et la coupe de cheveux du
pilote étaient dues à l'esprit de la rencontre, à
laquelle on participait déguisé...
Vu sur l'excellente page Facebook Exotics
Aeromodels, un sujet qui a apporté du vent à mon
moulin... en donnant un nom à ce type d'appareil à
aile rotative. L'utopique aérogyre de Chappedelaine, avec
son aile basse débrayable et verrouillable en vol, aux qualités
extraordinaires... sur le papier !
Embouts et tubes de
cerf-volants
Pour mon proto, je m'étais procuré un certain nombre
d'embouts de cerf-volant sur une boutique en ligne. Comme je n'avais
rien décidé à l'avance, j'ai pris des dimensions
et des formes un peu au hasard. J'ai finalement dû en repercer
certains et parfois manchonner des tubes pour combler des différences
de diamètres.
On trouve toutes sortes de raccords très
résistants dans les boutiques de cerf-volant. Bien choisir
les diamètres en fonction des tubes carbones qui seront utilisés.
Pour éviter ces soucis, j'ai depuis modélisé des
pièces plus adaptées qui peuvent être imprimées
en 3D, en PLA. Ces pièces pourront soit être collées
sur les tubes carbone, soit immobilisées à l'aide de vis
pointeau de 30 mm.
Il en faut une vingtaine, toutes sont de petite taille. A noter qu'il
faut aussi imprimer d'autres pièces : celles permettant de maintenir
le combo électronique et motorisation. Voir plus bas.
Les fichiers sont téléchargeables.
Plutôt que des embouts du commerce
pas toujours adaptés, il est possible d'imprimer en 3D ces
5 fichiers, avec du PLA. Les fichiers
STL sont téléchargeables, ils sont regroupés
dans un ZIP (1 Mo).
(Pour le mécanisme vectoriel, les fichiers sont un
peu plus bas.)
Si vous n'êtes pas équipé pour imprimer ces
pièces, contactez-moi : laurent@jivaro-models.org)
Elles peuvent être collées
sur les tubes en carbone ou bien immobilisées avec une vis
pointeau de 3 mm.
Les tubes sont tous en carbone. Il en faut entre 5 et 6 m de diamètre
6 mm. Tout dépend comment ils sont conditionnés. Il faut
également 1 m de jonc de 4 mm qui traverse toute l'aile. Les
tubes sont coupés à l'aide d'un disque à tronçonner
monté sur une mini-perceuse. Attention à la poussière
de carbone qui ne doit pas être inhalée. Elle entre dans
les poumons, s'y plante et n'en ressort plus jamais. Travailler avec
un masque et au-dessus du tuyau de l'aspirateur allumé.
Des roulements à billes 4x12x4
viennent se glisser dans les supports imprimés. Ils ne sont
peut-être pas utiles mais j'ai jugé préférable
d'en installer pour une rotation optimale de la voilure.
Un prototype qui évolue
Le tout premier proto avait une géométrie
un peu différente. Pensant qu'un tel engin avait peu de chance
de voler correctement, j'ai utilisé dans un premier temps
des tubes que je n'avais pas osé recouper... afin de les
utiliser sur autre chose si besoin.
Lumpia, premiers essais du proto
- effet Magnus et traction vectorielle
Le premier départ m'a surpris :
ça a volé du premier coup, c'était très
maniable, stable et suffisamment motorisé.
Le deuxième lancer m'a surpris
également... car si la rotation de l'aile se fait dans le
mauvais sens, le modèle est propulsé vers le sol aux
pieds du pilote ! Il fallait donc prendre soin de lancer la rotation
à la main dans le bon sens au moment de propulser le modèle.
Avec la version définitive dont le plan est diffusé,
le problème est résolu, en ayant simplement plié
l'extrémité des aubes vers l'avant.
Ces premiers essais ont permis de déplacer
la batterie vers le haut, montrant que le contre-poids n'avait pas
besoin d'être placé aussi bas. Les jambes ont donc
été fortement raccourcies, ce qui offrait une nouvelle
possibilité : celle de tourner... la boucle ! Ou du moins
une figure qui s'en inspire... même si elle ressemble davantage
à un 9 qu'à un O...
Lumpia "Compact" - p'tit
vol du soir pour tourner la boucle
Montage détaillé
Lumpia - la vidéo de toutes
les étapes de montage.
Cette série de photos détaille les étapes
une bonne partie des étapes du fabrication. La vidéo ci-dessus
la complète pour plus de compréhension.
Les raccords imprimés en D peuvent être
serrés par une vis. Si l'option du collage est choisie, il
est préférable de bien dépolir la surface des
tubes au niveau des collages pour une bonne adhérence de
la colle.
Collage à l'époxy
2 composants de préférence, ou bien à la
cyano.
Les tubes sont recoupés au disque
à tronçonner, aux longueurs indiquées sur le
plan. Porter un masque et travailler au-dessus du tuyau de l'aspirateur
allumé afin de ne pas inhaler la poussière de carbone,
très nocive.
Les deux mâts latéraux, avec les roulements
glissés en force dans leur support.
Certains embouts du commerce n'étaient pas
adaptés au diamètre de mes tubes et ont dû être
repercés.
J'avais besoin de raccords en L mais je
n'avais que ces grands T en plastique dur disponibles. Pour les
verrouiller, je les ai repercés. Afin que la mèche
soit bien centrée, j'ai glissé dessus un morceau de
gaine plastique servant de guide.
Un T est placé au centre de la
traverse principale. Son perçage était plus grand
que le tube en carbone disponible. Il a donc été manchonné
avec un morceau de gaine thermo. Et même un deuxième
sur les côtés car les raccords en croix étaient
percés encore plus grands.
La traverse secondaire reçoit deux
raccords en croix puis la traverse principale est glissée
une dizaine de cm plus bas, avec son T qui permettra de raccorder
le support moteur.
A l'extrémité basse des
montants verticaux vient se glisser le support de la batterie. La
traverse du bas comporte elle aussi un T, toujours pour maintenir
le support moteur.
Mise en place des petites traverses, prenant
en sandwich les Y recevant les traverses obliques.
Le mécanisme
vectoriel
Un ingénieux système permet de recevoir le support moteur
vectoriel, les 2 servos et un verrou qui permet d'installer l'ensemble
sur un modèle en quelques instants, sans le moindre outil. Parfait
pour le passer d'un modèle à l'autre.
Ce mécanismue est dû à un modéliste chinois
qui les a présenté sur sa chaîne Youtube Angel
RC, que je vous recommande si vous aimez les engins volants bizarres...
L'ensemble des pièces au format
STL permettant de fabriquer le support moteur est regroupé
dans un dossier ZIP téléchargeable
(1,3 Mo).
Les pièces blanches visibles ci-dessus
sont imprimées en matériau dur, tel le PLA, le PETG,
etc. Celles en rouge sont imprimées en TPU qui lui est très
souple.
Le combo électronique-motorisation
Après une trentaine d'heures en moyenne, selon votre modèle
d'imprimante et la qualité d'impression souhaitée (pour
ces pièces constituant le support servos/moteur ainsi que tous
les raccords de tubes), les pièces peuvent être assemblées.
A noter que le TPU (matériau souple) est plus difficile et surtout
beaucoup plus long à imprimer.
Le support servo vient se visser sur la
base principale. A noter qu'une saignée est prévue
entre les deux pour passer le câble d'un servo afin que tous
le câblage se retrouve du même côté. Ceci
implique de monter les servos dès le départ.
C'est au tout du U, souple, qui servira
d'amortisseur sur le cardan permettant au moteur de bouger.
Des servos de 12 g (ici, des Emax es08MD)
entrent parfaitement dans les logements prévus.
C'est au tout du moteur, tenu par 4 boulons
et écrou freinés. Les bras de commande reliant les
servos au support moteur sont en matière souple pour sauvegarder
les pignons en cas de choc.
Une patte, souple elle aussi, se glisse
en-dessous. Elle recevra un tube carbone servant à maintenant
le combo.
Un petit morceau de carbone terminé par un
bouchon servira de tirette au système de verrouillage. Il
suffira de tirer dessus pour désolidariser le combo de la
cellule.
Le raccord à l'avant du combo se
fait avec un jonc glissé dans la jambe de force. Pas de collage,
ça coince naturellement grâce au TPU. A l'arrière,
même chose en beaucoup plus court. Le jonc est cette fois
collé des deux côtés : dans le tube et dans
le verrou imprimé.
Le système installé sur
la cellule. Il suffit de retirer la goupille et de sortir la jambe
de force pour désolidariser le combo.
La voilure décorée
aux feutres
La première voilure était réalisée en
Depron, avec des aubes complètement planes. Il fallait lancer
la rotation à la main, dans le bon sens, avant de propulser l'engin
à la main. Si le vent ou l'impulsion au lancer l'entrainait dans
le mauvais sens, c'était un retour au sol précipité.
Le Super Board était vendu par Graupner,
en carton complet. A l'intérieur : des planches de 100x30
cm. Leur nombre varie en fonction de leur épaisseur. C'est
maintenant Pischler qui commercialise ce produit, en vente chez
nos détaillants de modélisme.
La seconde aile est construite en SuperBoard, matériau indestructible,
qui ne se marque pas et qui accepte n'importe quelle colle ou peinture.
Ce qui change radicalement, c'est la légère différence
au niveau des aubes. Sur le haut, elles sont très légèrement
inclinées vers l'avant. Ainsi, on ne se pose plus de question
: on lance, ça se met aussitôt en rotation dans le bon
sens et ça vole. A ce sujet, en faisant le mariole lorsqu'on
tente quelques figures, il arrive que l'aile s'arrête de tourner
une fraction de seconde quand le Lumpia se retrouve à l'arrêt.
Pas d'inquiétude, dès qu'il se met à nouveau à
avancer ou à tomber en chute libre, la voilure se remet aussiôt
à tourner et à porter.
En blanc, la première voilure construite,
en Depon. La suivante est en SuperBoard (ex Vector) et mérite
bien un peu de déco.
Pour construire la voilure, 2 options :
- Soit on découpe à l'avance les aubes (2 larges au centre
et 4 étroites sur les côtés),
- Soit on part d'un rectangle plus facile à décorer en
une fois, que l'on tronçonne après. C'est la méthode
décrite ci-dessous.
Je voulais inscrire le nom de façon
à la fois lisible et un peu mystérieuse. Les lettres
LUMPIA sont fendues en deux dans le sens horizontal. Elles sont
découpées dans du vinyle adhésif. On alterne
partie basse et partie haute une lettre sur deux. Un filet fait
également le tour de chaque lettre. Il sera laissé
en blanc afin de bien les laisser ressortir visuellement.
Quelques filets supplémentaires,
posés en vrac, donne vaguement un effet de vitrail. Le décor
est réalisé avec des feutres Posca. Deux couches sont
nécessaires si on veut obtenir un bel applat de couleur.
Couleurs façon arc-en-ciel. Il
existe de nombreuses teintes (et même d'autres marques de
feutres, moins onéreuses). L'intérieur des lettres
est peint en noir pour bien trancher avec le reste.
Filets et contours sont alors retirés.
Pour le moment, ça reste quasiment illisible. C'est lorsque
l'aile se met à tourner que la "magie" opère...
Sur les disques extérieurs, des
spirales donnent un effet stroboscopique. Ici encore, elles ont
été découpées dans du vinyle. Une feuille
de film transfert est placée par dessus pour transporter
l'autocollant sans le déformer.
Bien positionner le film afin que le disque
et la spirale soient concentriques. Le film transfert est alors
retiré.
La spirale est retirée de façon
à ne laisser que le masque pour la peinture.
Décor au feutre Posca toujours.
On en met 2 couches. Les spirales sont peintes uniquement sur les
disques externes. Elles sont symétriques.
Gabarit de traçage pour confectionner
les tenons aux extrémités des aubes.
Découpes précises à
l'aide d'un scalpel guidé le long d'un réglet.
Après les tenons dans les aubes,
c'est au tour des mortaises dans les disques. Là encore,
un patron de découpe est réalisé.
Il faut l'aligner parfaitement sur le
disque, puis tracer l'emplacement des mortaises et les découper
avec soin.
Côté disques externes, il
faut des découpes pour 2 aubes seulement, opposées
à 180°. Pour les disques intermédiaires, il en
faut 4, placées à 90°.
Le disque central est découpé autrement,
sans mortaise. Il prend en sandwich la voilure et contraint le pliage
des aubes..
Fabrication d'un outil limitant la profondeur de coupe...
Pour cela, une chute de mousse est collée sur une lame.
On s'assure dans une chute que la mousse
de 3 mm n'est pas totalement coupée mais simplement fendue
sur environ 2,5 mm.
L'objectif est de pouvoir la plier vers
l'avant, sans la fendre complètement.
Les aubes sont fendues sur
toute la longueur de la voilure puis celle-ci est séparée
en deux parties.
Ces deux parties sont ensuite
tronçonnées au niveau des tenons découpés
auparavant.
Collage des aubes dans les disques. Attention
à bien respecter le sens de rotation. Vue de face, les lettres
doivent être placées vers le haut.
Un congé de colle est appliqué
au niveau de chaque jonction pour une meilleure tenue. Les aubes
doivent être bien perpendiculaires aux disques.
Collage des extrémités sur
la partie centrale. Au centre, les demi-disques sont placés
de part en part.
Le longeron est alors glissé dans
l'aile, sur toute l'envergure, puis collé avec soin en infiltrant
de la colle à la base des aubes.
Il reste à glisser un jonc de 4
mm dans la clé d'aile, dépassant de chaque côté.
Une rondelle est intercalée, suivie du support de roulement
emprisonné entre deux bagues d'arrêt. L'aile doit tourner
librement.
Quelques photos prises sur le terrain.
On voit la batterie emprisonnée par des anneaux de Velcro
au bas de la cellule. Ici, un pack Li-Po 3S 2400 mAh.
Ca vole comment, ce
truc ?
Lumpia - Trop de vent... mais trop envie de voler
et de tester cette nouvelle version !
Choisir une journée peu venteuse de préférence
pour les essais car l'aile est entraînée en rotation par
le vent. Si ca souffle trop, elle tourne très vite et porte beaucoup,
ce qui fait monter le modèle. Et si on augmente la puissance
moteur, le Lumpia n'avance pas beaucoup plus mais grimpe encore plus
vite...
Dans ce cas, il vaut mieux mettre une batterie plus lourde, le supplément
de poids est très bien supporté.
Une simple impulsion suffit
pour mettre en l'air le Lumpia. La voilure se met à tourner
dès qu'il avance.
Le lancer s'effectue face au vent, on dans n'importe quel sens s'il
n'y en a aucun.
Une simple impulsion suffit, en mettant le moteur à mi-puissance.
L'aile se met aussitôt en rotation et le balancier de la motorisation
se stabilise.
Le bruit de l'aile qui claque est assez impressionnant. Il y aurait
sans doute moyen de l'atténuer en collant le jonc de carbone
faisant office de clé d'aile dans le longeron, et en éloignant
les montants latéraux des cloisons externes. Mais puisque ça
fait marrer tout le monde, je préfère garder l'engin ainsi.
Par vent faible ou nul, le Lumpia est
précis aux commandes, et suffisament lent pour être
attrapé au vol par un des montants. Le pilote effectue alors
une rotation sur lui-même et le relance dans son élément.
Gaffe aux doigts et à l'hélice quand même...
Par vent moyen ou faible, on s'amuse beaucoup plus. En rasant le sol
par exemple, ou en zigzagant autour du pilote. La motorisation vectorielle
est très efficace, l'appareil est maniable et assez précis.
En virage serré, on augmente fortement la puissance et on cabre
pour ne pas perdre de hauteur.
Pour descendre, il suffit de réduire les watts. Attention, la
finesse est ridicule, proche de zéro. Donc s'il n'y a pas de
vent, ça recule...
Après une petite prise en main,
on arrive à bien le remuer. Ca passe la boucle après
avoir mis le moteur à pleine puissance et cabré à
fond. On peut aussi effectuer une sorte de retournement lorsque
le moteur est pointé vers le ciel, en poussant le manche
sur le côté pour faire basculer le modèle..
Le poids n'est pas une priorité,
et on se moque aussi du centrage avec le Lumpia. On le voit ici
équipé d'une petite caméra fixée sur
une perche plus ou moins longue, de façon à effectuer
des prises de vues sous des angles amusants.
La maniabilité est excellente.
Ici, le Lumpia est équipé d'une petite caméra
à l'avant et d'un fumigène à l'arrière,
tous deux montés sur des tronçons de carbone glissés
dans des raccords supplémentaires.
La consommation est assez importante car,
comme on l'a vu, si on coupe les gaz, ça tombe à la
verticale. Tout le vol s'effectue donc avec un filet de moteur.
On s'amuse bien avec un pack 3S 1350 mAh, ça passe la boucle
facilement. Avec un pack 3S 2400 mAh, ça vole plus longtemps
mais la boucle est plus laborieuse. Il faudrait dans ce cas placer
la batterie un peu plus haut de façon à réduire
le bras de levier de ce contre-poids.
Pour le fun, j'ai accroché le petit
cerf-volant derrière le Lumpia. Malheureusement, ce rototo
avait déjà des performances médiocres quand
on l'utilise de façon classique. Les ailes ont toujours tendance
à se coincer plus ou moins, ce qui le fait tourner sur lui-même,
sans aucun intérêt, d'autant que ça freine énormément.
Pour l'atterrissage, on choisit un coin d'herbe avant que la batterie
ne soit épuisée. On arrive à poser de façon
précise car il suffit de couper les gaz lorsque le modèle
est arrivé au-dessus de l'endroit visé. La cellule encaisse
sans problème, même si l'engin fini par basculer vers l'avant
et que le moteur (coupé !) touche le sol.
Avec un peu d'entrainement, on parvient très facilement à
rattraper le Lumpia à la main par un des montants latéraux,
en coupant le moteur juste au même moment.
Les LEDs pour le vol
de nuit
Lumpia - un moulin en vol de nuit
Une bande de LEDs RGB a été ajoutée sur le longeron
secondaire, pointant vers le haut et légèrement en arrière,
de façon à bien éclairer la voilure. Les pistes
ont été soudées de façon à produire
des couleurs approchant celles du décor. On peut voir comment
les câbler sur cette
page. J'ajoute une petite batterie pour les alimenter séparément
(en 2 ou 3S).
En vol, le résultat est fantastique, c'est très joli.
Par contre, il risque d'y avoir des alertes aux OVNIS dans les journaux
du lendemain...
Une simple bande de LEDs RGB suffit à
éclairer parfaitement le Lumpia. La visualisation est amplement
suffisante.
Les LEDs pour le vol
de nuit
Voilà, vous avez à votre disposition tous les éléments
pour construire votre Lumpia, ou pour vous en inspirer. Rien de compliqué
pour la construction. Il est possible de replacer les tubes carbone
de la cellule par une armature en bois dur par exemple, de modifier
la forme de l'aile, de placer la motorisation en propulsif. Ou de revoir
totalement la voilure tournante. Y'a une idée qui me trotte dans
la tête depuis un moment...
Concernant le nom de baptême du modèle, un Lumpia, c'est
un savoureux petit rouleau de printemps philippin (ou pâté
impérial), composé de légumes et de viandes enroulés
dans une crêpe de riz. Un délice !
Et pour rester sur le même sujet... Un commandant de bord, également
chef-pilote d'aéroclub, avec plus de 40 000 heures de vol à
son actif, a affirmé en voyant le Lumpia posé par terre
qu'il était impossible que ce truc puisse voler un jour, et que
si on lui prouvait le contraire, il offrirait le resto à son
pilote !
Je suis en train de réfléchir où aller déjeuner...
