PITCHOUNELLE Elle cache bien son jeu Présentation : Franck Aguerre Photos : Pascale Constantin

Il ne faut pas se fier à ses formes simples et sa strucure en balsa : cette aile volante possède des performances étonnantes.

La conception
Pour commencer, je vais quand même vous donner un aperçu de la réflexion qui m'a conduite à élaborer le type de géométrie si particulière de cette aile volante.
En fait, je suis parti d'une double constatation : quand on considère un planeur, on peut constater que le profil de l'aile est exploité au mieux, mais en contre-partie cela nécessite des artifices de stabilisation en tangage et en lacet : les empennages, qui sont générateurs de traînée, tout comme le fuselage dont la partie arrière ne sert qu'à soutenir les-dits empennages. A contrario, une aile volante est beaucoup plus pure au niveau géométrie, mais elle demande à dégrader le profil (vrillage et/ou cambrure négative et/ou flèche arrière) pour assurer la stabilisation de l'appareil. Bref, nos deux types d'appareil sont une affaire de compromis entre rendement aérodynamique et stabilité.

La Pitchounelle elle a été entièrement modélisée sur une soufflerie numérique, et comparée avec une 60" perso (en trichant avec le logiciel, afin d'intégrer le fuselage dans le calcul pour être plus juste).

L'idée a été de créer un mélange entre ces deux formules, en décomposant la machine en trois parties : deux demi-ailes, de conception très classique, et surtout un corps central porteur (donc en forme d'aile avec un profil, et qui peut contenir toute la réception), dont la corde très importante et le bord de fuite situé nettement en arrière de celui des ailes permettent d'assurer la stabilité longitudinale de la machine.
On comprend alors les avantages que donne cette formule : plus on augmente la distance bord de fuite corps central / bord de fuilte ailes, plus on peut diminuer la cambrure du profil et la flèche des ailes et plus on peut reculer le centrage. Résultat : on garde la pureté géométrique d'une aile, mais avec le rendement d'un planeur. Entre parenthèses, on trouve depuis quelque mois sur le Net des ailes volantes bâties sur une réflexion a peu près similaire, mais avec la logique inverse (AZ, Prodaz, ..., qui ont des bords de fuite alignés, mais un corps central avec une corde d'emplanture bien plus importante que les autres), ce qui donnerait à penser que l'idée d'une « aile volante / avion » n'est pas si utopique que cela. Par contre, cela impose d'utiliser des profils à très faible Cm0, mais on en trouve maintenant pas mal qui offrent des performances de tout premier plan en planeur. Mon préféré est sans conteste le MH-43. Ceci dit, cette aile étant destinée à une utilisation loisir, c'est un profil de conception perso, le FAD04, qui a été retenu, car il présente un Cm0 très faible tout en conservant des performances voilières très intéressantes sur des petits modèles légers.
Autre astuce aérodynamique, c'est l'utilisation de cloisonnements entre les trois panneaux, afin de limiter au maximum la traînée d'interaction entre ces éléments. Par souci de simplicité, ces cloisonnements ont été prolongés vers l'arrière pour en faire des dérives, qui réalisent ainsi la stabilisation en lacet.
Voilà pour la partie conception aérodynamique. En pratique, sur cet appareil, je n'ai pas poussé cette logique jusqu'au bout, tout simplement car je n'ai pas voulu sacrifier l'esthétique au dépend de la performance pure. Dans le même esprit, j'ai choisi de présenter ici une version motorisée, car tout le monde n'habite malheureusement pas à côté d'une pente. Vu les prix très raisonnables des éléments (servos, moteurs, accus, ...) que l'on trouve maintenant sur le marché, cela m'a orienté vers un petit appareil de 1 m d'envergure et d'une masse en ordre de vol aux alentours de 300 g.

Voici les polaires en complément des rendus 3D des deux machines. A charge alaire équivalente, la Pitchounelle fait presque aussi bien que le 60", malgré son tout petit mètre d'envergure !

La construction
Pour une question de plaisir de construire, j'ai choisi de faire une aile en structure semi-coffrée tout balsa. Ceci dit, si vous faites le choix de construire une aile en polystyrène ou en EPP découpé au fil chaud, vous aurez toutes les chances de passer beaucoup moins de temps. L'esthétique sera moins sympa, mais la solidité sera encore meilleure. Donc, c'est au choix de chacun : structure dentelle ou fabrication fonctionnelle. Question masse, ce sera à mon avis identique d'une méthode à l'autre.
La différence sera surtout à l'entoilage : il vaudra mieux entoiler le polystyrène au scotch d'emballage ou au vinyle adhésif plutôt qu'au revêtement thermorétractable.
Mais revenons plutôt à notre aile en structure.

Avant de commencer la construction, il vous faudra : - 2 planches de balsa 10/10 - 1 planche de balsa 20/10 - 1 panche de balsa 40/10 léger - 1 chute de balsa 60/10 léger - 4 baguettes de balsa 5x5 dur - 1 baguette balsa 4x4 - 2 baguettes de samba 5x2 - 1 tube de cyano - 1,5 m d'Oralite - 1 corde à piano 5/10 mm avec gaine blanche - 1 bout de corde à piano 15/10

Le premier travail consiste à réaliser les nervures. Vu la faible quantité, j'ai choisi de les découper simplement au cutter, en posant sur la planche de balsa une photocopie de chaque nervure. Pour ceux qui possèdent une fraiseuse numérique ou qui veulent en faire une (voir sur le Net le site : http://cnc25.free.fr), les coordonnées du profil sont indiquées sur le plan.

J'ai commencé la construction par les ailes, qui sont de conception très classique : les nervures sont d'abord placées sur les longerons en samba 5x2, extrados sur la table et nervures verticales pour donner le bon dièdre. Tout cet ensemble est collé à la cyano, en prenant soin d'éviter tout vrillage. On peut alors coller le bord d'attaque en balsa dur 5x5 de la même manière, ainsi que le faux bord de fuite en samba 5x2. Attention, il faudra poncer légèrement le bord de fuite des plus grandes nervures dont l'épaisseur est légèrement supérieure à 2 mm. Cette petite astuce facilite la construction des ailes, mais aussi celle des ailerons qui gardent ainsi la même épaisseur sur toute l'envergure. Bien sûr, le profil est un peu dégradé, mais cela est très peu sensible en vol.
Un fois cet assemblage sec, un dernier coup de poncette permet d'égaliser le bord d'attaque (surtout ne pas arrondir !) pour assurer un bonne continuité avec les nervures.

La construction des ailes continue avec la pose des coffrages d'intrados, puis celle des coffrages d'extrados, toujours à la cyano. Pour ce faire, je pointe d'abord le coffrage sur le bord d'attaque, puis je le roule et le pointe sur le longeron. Cela est grandement facilité par le fait que les coffrages ne recouvrent les longerons que sur sur la moitié de ces derniers.
Les coffrages étant ainsi mis en place, il suffit d'infiltrer de la cyano au niveau de la jonction nervure / coffrage avec un capillaire (certaines cyano sont vendues avec) qu'on fait passer entre les longerons. Cette dernière opération peut se faire en l'air, les pointages empêchant tout vrillage intempestif.

La dernière opération consiste en la pose des chapeaux de nervures, ainsi que des chapeaux de faux bord d'attaque, le tout en balsa 10/10. Chaque demi-aile est ensuite finie par ponçage pour obtenir un joli bord d'attaque et une bonne continuité des chapeaux de nervures. On peut remarquer qu'il n'y a pas d'âmes, la machine est tellement légère qu'elle ne nécessite pas ce genre de renfort.

Cette petite aile est intégralement construite en structure, mais elle pourrait aussi être réalisée en mousse coffrée. Les coordonnées du profils sont données sur le plan.

On peut maintenant passer à la construction du corps central, qui se déroule exactement de la même manière que pour les ailes. A ce niveau de la construction, je déconseille de coller le couple moteur, il vaudra mieux d'abord présenter tout le matériel sur l'aile avant entoilage (accu, servos, récepteur, moteur, ...), afin d'être sûr que le centrage tombe juste du premier coup sans aucune adjonction de plomb.

Il ne reste alors qu'à effectuer la pose des clés d'ailes, qui sont composées de corde à piano 20/10 et de tube laiton de 2 mm de diamètre intérieur. Comme vous l'aurez remarqué sur le plan, les longerons du corps central et ceux des ailes sont exactement alignés en vue de dessus, ce qui facilite les choses lors de cette opération cruciale. Autre facilité de construction, les fourreaux de clé d'une part et les clés d'ailes d'autre part sont positionnés contre les longerons inférieurs du panneau central et des ailes. Il suffit alors de coller les fourreaux de clé à la cyano (après les avoir bien dépolis au papier de verre) sur le corps central, puis de mettre en position définitive les ailes avec les clés posées à blanc, et de coller ainsi les clés, toujours à la cyano. Un petit congé de micro-ballon et de cyano sur les jonctions clés/longerons et fourreaux/longerons rendra cet assemblage plus solide. Cela peut paraître léger, mais je n'ai eu aucun souci à ce niveau malgré deux bonnes gamelles et quelques sollicitations sévères en vol. Petite astuce, j'ai cintré légèrement les clés de manière à ce qu'elles forcent en rentrant dans les fourreaux, cela suffit à tenir les ailes en vol sans utiliser de scotch ou d'adhésif double-face.

L'aile est entièrement démontable.

Les tétons de calage des ailes sont quand à eux composés d'un bout de gaine blanche renforcée par une corde à piano 10/10, collées dans chaque aile, encore et toujours à la cyano. Après un calage soigneux à 0° (très facile si vous avez reporté au stylo la ligne médiane de chaque nervure), il suffit de presser chaque aile sur le corps central pour marquer les nervures extérieures, puis de passer doucement un foret de 3. Un peu de cyano sur ce trou, et un dernier tour de foret rendront cette zone suffisamment résistante.

Après avoir positionné vos éléments de motorisation et de réception pour trouver le centrage, la partie centrale du corps peut être terminée, puis on peut passer à la finition, non sans oublier de poser les gaines blanches pour la commande des ailerons.

La finition se fait au film thermo-rétractable (Oralite), en prenant soin de ne pas vriller les ailes ou le panneau principal. Pour ma part, j'ai choisi de faire très simple, avec deux teintes pour différencier les parties fixes des parties de contrôle (gouvernes, dérives). L'esthétique est cependant plaisante, du moins à mon avis ! Histoire de faire quelque chose de sympa, j'ai rajouté une simili-bulle, en roofmate recouvert de vinyle adhésif tendu au sèche-cheveux. Le tout collé au double-face sur la plaque de fermeture du « fuselage », réalisée dans une plaque de dépron 30/10° centrée au fer à repasser pour garder le galbe de l'intrados du corps.

Motorisation
Mon choix s'est porté sur un petit moteur brushless de marque Astro, assez méconnue en France. Il s'agit du modèle Mighty Micro 010, livré avec un réducteur 3,3/1. L'ensemble moteur/variateur/réducteur pèse moins de 60 g, et entraîne allègrement une 8"x6" vers 6200 tr/min en début de décharge avec un accu 8 éléments 330 mAh Ni-MH, avec une autonomie d'environ 6 min plein pot en vol, ce qui est mieux que beaucoup de moteurs type LRK de ce niveau de puissance. Les amateurs apprécieront, et ne manqueront pas de faire remarquer que vu la consommation, un accu de 3 éléments 1200 mAh Li-Po serait un excellent choix, portant l'autonomie à 21 min plein pot sans pénaliser la masse de l'engin. Sachant que le rendement du petit Astro est excellent puisque des vols de plus de 10 min en air neutre sont possibles sans souci avec les 330 Ni-MH, je n'ose imaginer le temps de vol avec des 1200 Li-Po. Ce sera testé dans le cadre d'un futur banc d'essai complet sur cette petite motorisation Astro.

Le moteur brushless Astro Mighty Micro 010 est livré avec son réducteur.

Par contre, vu les choix de géométrie originaux de la Pitchounelle, je n'ai pas voulu tomber dans la facilité d'un moteur posé dans le nez, chose que je trouve très disgracieuse pour une aile volante, et très embêtante quand on veut utiliser une hélice repliable. J'ai donc mis le moteur en position centrale arrière, couplé à une transmission par arbre carbone et une hélice 8"x6" standard montée en propulsive. L'arbre est tiré d'un rond de 4 mm de diamètre, accouplé au moteur par une durite silicone 2 x 6. Un point de cyano assure le coup, surtout au niveau du filetage de l'arbre sortant du réducteur. N'ayez crainte, cela marche très bien, et ne vibre pas du tout à condition de bien centrer la durite pour éviter qu'elle n'engendre un faux-rond sur l'arbre en carbone.
Côté hélice, j'ai réalisé un palier composé de deux roulements miniatures 4x8 côte à côte, glissés légèrement en force dans un bout de tube, lui-même collé sur une poutre en pin fixée au fuselage. Ce bout de tube est récupéré sur un capuchon de stylo, parfaitement à la cote ! Le porte hélice est un modèle 3,2 mm à serrage par pince, ce qui oblige à tourner le bout de l'arbre carbone à 3,2 mm. Je l'ai fait au tour, mais on peut le réussir d'une manière très simple avec très peu d'outillage : il suffit de monter l'arbre sur le mandrin d'une perceuse, et de venir "usiner" la portée de 3.2 mm sur une lime plate. Après quelques essais, en grignant doucement l'arbre, on obtient un beau diamètre bien concentrique.

Le moteur est monté en propulsif, au centre de l'aile. Un palier sur roulement est ajouté au niveau du bord de fuite pour soutenir l'axe d'hélice.

Installation radio et réglages
C’est la partie la plus simple. Il faut tout d'abord articuler les gouvernes, le plus facile étant d'utiliser du scotch d'écolier. Les guignols sont quant à eux tirés d'une plaque verre/époxy 8/10, du genre pour circuits électroniques, mais sans la couche de cuivre. Ils sont fixés aux gouvernes simplement dans des fentes pratiquées avec une fine lame de scie et un peu de cyano pour assembler le tout. Les commandes sont quant à elles réalisées avec de la corde à piano 5/10, pliées en S côté guignols et simplement à l'équerre côté servos.

Les guignols sont en plaque époxy. On devine la gaine blanche glissée dans le panneau centrale et qui débouche à travers la dérive pour actionner les ailerons.

L’équipement radio de mon appareil est composé des éléments suivants :

- récepteur Pico4/5 Multiplex
- 3 servos AlleRC 9 g
- variateur Astro brushless 10A bec

C'est un membre de la liste PlanetSoaring qui m'a communiqué le nom de cette marque de servo, en fait un gros magasin de vente par correspondance sur Internet. Outre le look ravageur – bleu transparent ! -, ces servos sont vendus à un prix sans concurrence en Europe, plus bas que beaucoup de servos standard bas de gamme ( c'est dire ! ) et ils fonctionnent en fait très correctement. La qualité semble très légèrement au-dessous de nos standards européens, surtout au niveau des palonniers qui rentrent un peu trop en force sur l'arbre de sortie, mais vu le prix payé, je ne regrette absolument pas mon achat.

Les éléments radio sont disposés de façon à obtenir le centrage sans avoir à ajouter de plomb.

L'émetteur, dans mon cas ma fidèle FC28, devra être pourvu d'un mixage de différentiel d'ailerons, et d'un couplage manche de gaz vers profondeur. Cette dernière fonction est nécessaire pour compenser le fort couple à piquer du moteur. Attention, la valeur de couplage sera à refaire suivant le type de moteur et d'hélice utilisés ! Ceci dit, n'importe quel émetteur programmable fera donc l'affaire.

Vous l'avez donc compris, on pilote cette aile exactement comme un appareil de conception plus traditionnelle. J'ai essayé tout un tas de mixages lors des premiers vols pour coupler la profondeur avec les ailerons, ou les ailerons avec les gaz, et il s'est avéré que le fonctionnement décrit ici, le plus simple, convient largement.

Les réglages que j’ai adoptés sont les suivants : - centrage à 160 mm du nez, soit à 23 % de la corde moyenne - calage ailerons : 0 - calage profondeur moteur coupé : - 2 mm - calage profondeur moteur plein pot : - 7 mm - débattement profondeur : - 13 / + 10 mm (par rapport au calage) - débattements ailerons : - 12 / + 8 mm

Une fois l’appareil terminé, on arrive à une masse en ordre de vol de 320 g, ce qui correspond tout à fait à mon cahier des charges. Cela donne une charge alaire de 17,3 g / dm², cela devrait voler sans surprise.

Les vols
Eh bien non, question surprises, j'ai été gâté !
Première séance d'essai : soleil radieux, température parfaite ( 27 °C ), léger vent de face d'environ 2 m/s. En clair, la journée parfaite pour un premier vol.
Donc, après 1 décharge complète de l'accu avec le moteur au sol, histoire de roder un peu le réducteur et l'accu, et de faire quelques mesures (consommation, régimes, ...), l'accu est une nouvelle fois chargé. Quelques essais de course face au vent et un lancer main afin d'affiner les trims montrent que l'oiseau ne demande qu'à voler, et je lance donc le bidule avec la plus grande confiance. Erreur !
C'était parti pour quelques minutes de rodéo intense ! En effet, le petit moteur Astro pousse diablement fort, et bien entendu les calages des gouvernes sont totalement faux, sans oublier l'absence de correction du couple piqueur. Pour couronner le tout, j'avais choisi d'utiliser un mixage profondeur vers ailerons ainsi qu'un curseur pour régler le calages des ailerons, ce qui ne m'a pas simplifié la tâche lors de ce premier vol.
C'est ainsi qu'on se retrouve avec un modèle qui se cabre à 45° dès le moteur coupé et le trim de profondeur réglé pour le plein gaz, et qui vous gratifie d'un déclenché à chaque fois que vous effleurez un peu trop maladroitement le manche de profondeur. Et comme je suis du genre confiant, une fois les choses à peu près stabilisées, et après avoir failli cent fois percuter les arbres tout proches ou le sol, je tente de régler les mixages et les calages de gouvernes en vol. Et c'est ainsi que le premier vol s'est fini par une magnifique vrille à plat jusqu'au sol, heureusement sans aucun dégât. Il s'agit maintenant de réfléchir pour trouver une approche des réglages de la Pitchounelle plus sereine !
C'est chose faite le temps de recharger l'accu, avec l'adoption de réglages très proches de ceux que je vous préconise. Tout d'abord, exit le mixage profondeur vers ailerons ainsi que le curseur de réglage du calage de ces derniers, réglés à 0. Ensuite, adoption d'un mixage gaz vers profondeur. Le centrage étant donné par la construction, ce sera le dernier paramètre éventuellement à régler plus tard, et qui finalement ne le sera pas, car parfaitement adapté.

Cette fois ci, c'est plutôt stressé que je balance la Pitchounelle dans son élément pour le second vol. C'est déjà beaucoup, mais alors vraiment beaucoup mieux ! Le mixage gaz vers profondeur est encore à affiner, mais c'est déjà volable correctement. Je pose en suivant pour finaliser ce mixage, et c'est reparti pour un tour. Et cette fois-ci, ça y est, on dirait bien que cela vole vraiment bien.

Pas d'élevons mixés sur cette aile volante, les commandes de profondeur et d'ailerons sont actionnées séparément.

Depuis, ayant fait une bonne dizaine de vols, et je peux vous livrer mes impressions, à tête reposée.

Tout d'abord, l'impression d'aisance musclée qui se dégage de cet appareil est surprenante. En effet, le taux de monté est étonnant pour une puissance moteur si faible, avec un angle d'au moins 30° sans s'essouffler, voire près de 45° dans la première minute de décharge. D'autre part, le vol en palier ne demande pas plus du tiers de puissance, avec une vitesse de vol sympa, ce qui semble montrer que la Pitchounelle bénéficie d'une bonne finesse. Cela se retrouve dans les temps de vol, atteignant facilement les 10 minutes dont 4 minutes en utilisation sportive. Ce n'est pas courant avec seulement 330mAh de capacité d'accu.
Une fois les erreurs de réglage du début corrigées, la Pitchounelle se révèle être une machine très agréable à piloter. La vitesse en palier plein pot est de l'ordre de 60 à 70 km/h, ce qui révèle là aussi que le rendement aérodynamique de l'aile est très bon, puisque la vitesse de vol correspond à celle de l'air brassé par l'hélice au sol. Bien sûr, l'extraordinaire petit Astro prend pas mal de tours en l'air et doit beaucoup contribuer à ce résultat.
Autre chose concernant le rendement de l'aile, c'est son centrage très arrière (23%) pour une aile volante, sans que le vol soit vicieux, ce qui montre le bien-fondé cette formule aérodynamique, puisque l'on est très proche du centrage d'un planeur ou d'un avion traditionnel doté du même profil. Vu les bons résultats, je pense que ce centrage pourrait même être reculé vers 25%, surtout dans une version planeur où la finesse est primordiale. Cela me donne de gros espoirs quant au potentiel de l'aile 60 mousse dont est inspirée la Pitchounelle, à confirmer (très vite !!!) aux premiers vols.

Question comportement, s'il reste possible de faire déclencher la Pitchounelle en virage à forte charge (non, non, je ne suis pas en train de parler de F3F !), le vol reste cependant très sécurisant. La vitesse de décrochage est vraiment très basse, il est possible de faire du stationnaire dans un vent de 4 m/s moteur coupé. Par contre le décrochage survient assez brusquement, et demande un peu de métier pour le rattraper sans trop perdre d'altitude, mais il peut se récupérer instantanément si on met un peu de moteur à ce moment. Dès qu'on a repris un peu de vitesse, tout rentre dans l'ordre. Les gouvernes sont assez mordantes sans être trop vives, même celle de profondeur malgré le faible bras de levier. Le comportement est alors très homogène. L'appareil est vif, et plutôt neutre sur tous les axes, ce qui est très sympa. Chose surprenante, si le couple piqueur du moteur est très sensible, le couple de roulis l'est beaucoup moins, et ne demande ni mixage ni correction de trim. Par contre, attention quand le moteur est coupé, l'hélice 8x6 continue de tourner, entraînée par le déplacement d'air, et constitue un super aérofrein, extrêmement efficace. Bref, une hélice repliable s'impose pour une utilisation en moto-planeur.

Question voltige, même si ce n'est pas sa destination première, la Pitchounelle a quand même été un peu secouée. Tout d'abord la traditionnelle boucle, qui passe plein gaz sans prise de vitesse initiale, même avec un diamètre important. Facile ! Le tonneau passe lui aussi très aisément, même s'il barrique un peu, et le vol dos peut se tenir indéfiniment, sauf pour l'atterrissage, à moins de poser sur une herbe bien haute (???). Tout passe avec facilité, sans se poser de question. Sympa !

Seul bémol à ces essais, par manque de temps, je n'ai pas pu testé la Pitchounelle en moto-planeur (je n'ai pas trouvé dans un délai raisonnable une hélice 8"x6" repliable) ni en version planeur pur. Ceci dit, vue les performances étonnantes en version électrique, je n'ai aucun doute sur la capacité de plané de cet appareil, que j'ai quand même testé avec bonheur en faisant quelques lancé-main un peu sauvages après avoir démonté l'hélice.

Conclusion
Si la Pitchounelle a été pour moi l'occasion de valider un concept aérodynamique, elle présente aussi bien d'aspects attachants pour un bon pilote qui serait tenté de la construire. En premier lieu, c'est surtout l'originalité de sa forme qui peut tenter, mais aussi ses performances étonnantes pour un investissement somme toute plutôt raisonnable. Bien sûr, le surprenant petit moteur Astro contribue grandement à cet agrément, mais je suis persuadé qu'une motorisation traditionnelle de puissance équivalente permettra à la Pitchounelle d'exprimer également son potentiel. Et pour ceux qui préfèrent réaliser une version planeur pur, en structure traditionnelle ou en mousse, je pense qu'ils ne seront pas déçu. Bon vols à tous !

Caractéristiques techniques Envergure : 1000 mm Cordes : 350/250/170/100 mm Surface : 18,5 dm² Profil : FAD04 Masse : 320 g Charge alaire : 17,3 g/dm² Moteur : Astro Mighty Micro 010 réducté 3,3/1 Batterie : 8 éléments 330 mAh Ni-MH ou 3S 1200 mAh Li-Po Hélice : 8"x6"

Le plan de la Pitchounelle (en deux parties) est téléchargeable au format PDF ci-dessus (clic droit sur les images puis "enregistrer la cible du lien sous..."). 480 ko pour la planche 1 et 440 ko pour la planche 2.

Version feuilles A4 à assembler ci-dessus. 560 ko pour la planche 1 et 530 ko pour la planche 2.

Et également en JPG et en TIFF pour ceux qui préfèrent.

Planche 1, format JPG (1,3 Mo)

Planche 2, format JPG (956 Ko)

Planche 1, format TIFF (1,89 Mo)

Planche 2, format TIFF (1,89 Mo)

Contacter l'auteur : franck.aguerre@jivaro-models.org