Conception, fabrication, installation et mise au point d’un pylône pour planeur quatre mètres type LS4
1)Les motivations du projet.
Elles sont nombreuses et parfois curieuses
Je suis modéliste planeur et vole depuis de nombreuses années avec toutes sortes de machine.
Ma dernière réalisation est un planeur tout plastique de 4 m qui a fait l’objet il y a quelques temps d’un article de JL Delort sur le site Planète Soaring .
Jean Luc l’avait motorisé avec un moteur à l’avant de l’appareil.
Mon planeur me donne entière satisfaction en terme de performances par
petit temps , mais je souhaitais pouvoir voler par n’importe quelle condition et avoir
une sécurité lors de sortie en montagne.
Je souhaitais également une motorisation qui ne dénature pas trop la machine.
Après en avoir longuement parlé dans mon entourage modéliste,l’élément déclencheur
de la mise en chantier fut une petite phrase de mon cher président de club(il se
reconnaîtra) : « Ça te brancherait pas de le réaliser et le mettre au point ? »
C’est à partir de ce petit défit que le projet a réellement démarré 2)Cahier des charges
Motoriser un planeur de 4 m de masse propre : 4,3 kg
Pylône et moteur : 0.7 kg
TOTAL en vol ; 5,56 kg
En réalité l’objectif poids n’a pas été atteint,l’ensemble pèse aujourd’hui 6,2 kg,
Un petit trop à mon goût , mais le profile (Wortmann Fx 60 126) accepte et
demande à être chargé et j’ai quelques idées pour descendre sous les six kg.
3)Solution retenue :
Après de nombreuses visites sur le site « grands planeurs » de Gérard Risbourg ou un éventail très intéressant de concepts sont présentés et avoir vu évolué un planeur équipé d’un pylône du commerce acheté par un membre de mon club , mon choix s’est porté sur une solution moteur embarqué sur le bras mobile, hélice articulée se repliant par ressort sur l’avant du planeur.
L’intérêt de cette solution étant :
_La simplicité du démarrage et l’arrêt moteur qui n’impose pas d’indexage de l’hélice.
_Une ouverture relativement petite du fuseau comparée à une hélice monobloc.
_Pas de mécanique d’entraînement par courroie de l’hélice en prise directe sur l’arbre
moteur, donc rendement optimum
_Pas de fragilité de la cinématique et de la structure du bras pouvant être de fait très
rigide.
_Peu d’éléments en mouvement grande vitesse, donc presque pas de causes de
vibrations
_Une grande rusticité de la mécanique de sortie du bras mobile.
_Un entraînement du bras mobile par servo et verrouillage dans la position sortie ou
rentrée par système dit « trois points » (ou genouillère) qui permet en fin de course
un maintient du pylône avec de faibles efforts du servo donc peu de consommation
de celui ci.
_Moteur : Hacker B50 10L
_Hélice : Graupner 14x9.5 (un peu juste)
_Variateur : Jeti Master 70
_Accu : 16 Elements 2200 Ma
4)Etudes
J’ai décidé de concevoir la mécanique au moyen d’un logiciel de dessin 3 D.
Ce logiciel est bien conçu et permet une formation autodidacte très facile, il a l’avantage d’offrir de base des modélisations volumique et surfacique, des simulations dynamiques de mécanismes indispensables à la mise en place du pylône dans le fuseau sans avoir à subir d’échecs une fois l’engin réalisé.(voir les photos jointes)
Malgré tout j’ai rencontré quelques difficulté à la modélisation du fuseau et encore plus à celle de l’hélice.(Formes vraiment complexes)
Ma plus grosse difficulté rencontrée fut de parvenir à tout faire rentrer dans le fuseau une fois le pylône replié et trappe fermée.
Pour n’avoir aucune limites (d’usinage et coût) dans la conception et ayant une bonne expérience amateur du moulage j’ai décidé que toutes les pièces (sauf support moteur et hélice ainsi que les axes d’articulation) seraient moulées et pour des raisons évidentes de poids et résistance : en carbone.
5)Réalisation Comme déjà dit une grosse majorité des pièces a été réalisée en carbone dans des moules acier
Ceci semble au premier abord compliqué, mais en fait relativement simple.Tous les moules ont été réalisés avec des morceaux de profilés alu ou acier collés à la cyano. et ensuite décollés pour le démoulage des pièces, les cotes des divers éléments dépendent de ce que j’ai pu trouver dans mes réserves perso ou de ce qui était disponible dans la grande surface de bricolage du coin .
Le bras principal est un morceau de tube carbone qu’un modéliste m’a cédé
Il a été renforcé aux extrémités de bagues collées pour ne pas se délaminer
Les deux chapes d’extrémité du bras principale sont moulées sur un bout de tube.
Le support principal inférieur à été moulé sur un tube carré en délimitant le pourtour avec des bouts de plat acier collés et de même épaisseur pour obtenir des formes en U.
Ce support a 2x2 roulements pour les biellettes avant et le bras principal,1 roulement pour l’axe de servo
Support principal inférieur dans le moule
Le support principal moteur est également en carbone moulé sur le même principe.
Une belle pièce dont je n’ose pas imaginé le prix en usinage traditionnel
Autre belle pièce moulée la bride de fixation du 3 point sur le bras principal
Les deux biellettes avant sont en Alu(Zicral)
6)Montage
Toutes les articulations sont montées sur roulements.
Les deux biellettes avant du parallélogramme sont équipées de rotule métallique.
Le bras principal possède sur son axe un ressort de torsion destiné à équilibrer
l’ensemble bras plus moteur et limiter le couple du servo.
Le servo est un Hitec ref HS 5955TG de 24 kgcm de taille standard, au début des
essais était monté un 14 Kgcm qui s’est avéré trop juste
L’hélice est une 14x9.5 Graupner dont le mouvement de repli sur l’avant est assuré
par ressort de torsion fait maison.Pas moins d’une vingtaine de ressorts ont été réalisé avant de trouver le bon compromis : diamètre de file ,nombre de spire et longueur de la partie en appui sur la pale d’hélice.En fait pour ce ressort je n’ai pu trouver que de la corde à piano qui n’est pas le meilleur matériau . l’idéal aurai été de l’acier à ressort mais quasi impossible à trouver en petite quantité.
L’ ensemble pylône est ensuite monté sur une platine en composite bois carbone collée au bon angle dans le fuseau.
Au moulage du fuseau toute la zone supérieure de celui ci a été renforcée avec 3 couches de carbone Tissé.
Pour l’ouverture du fuseau et obtenir sans reprise ni fabrication complémentaire les trappes, les découpes ont été réalisées à l’aide d’un bâti bois équipé d’un rail de guidage sur lequel était montée la scie diamant à tronçonner.(Voir photos)
A ce jour seule ombre au tableau est l’articulation des trappes , dans un premier temps
réalisée au silicone mais qui aujourd’hui à l’utilisation n’a pas résisté et s’est découpée.
7)Mise au point et essais: Tout d’abord une petite vue d’ensemble pylône ouvert et rentré De nombreux problèmes sont survenus que j'ai pu résoudre, couple et course servo,débattement et encombrement du pylône, passage câbles alimentation moteur,etc.. Cependant j’ai longtemps buté sur un pb que je ne soupçonnais pas et dont personne dans tous les articles rédigés jusqu'à présent ne parle. Les pales de l'hélice se replient sur l'avant grâce à des ressorts de torsion situés autour de l'axe d'articulation de celles ci. C' est la force centrifuge lors de la mise en route du moteur qui permet de vaincre les forces des ressorts et d'ouvrir l'hélice. C' est à ce moment là que survenait mon pb ; les pales sont centrifugées et projetées assez violemment contre les bras du parallélogramme avant de se stabiliser dans la position dessinée. J’ai testé un nombre important de solutions Tout d'abord j'ai fait des essais sans ressorts et hélice déployée manuellement pour vérifier que sans l'effet de centrifugation les pales ne touchaient pas les bras, et effectivement dans ces conditions il reste une distance de 2 cm et tout ce passe bien. J' ai fait varier la force de rappel des ressorts, rien n'y a fait. J' ai fait varier la vitesse de démarrage du moteur avec des tempo sur l’inter ,aucune amélioration, voir interférence encore plus sévère car les pales se déploient au départ lentement et décalées avec des vibrations dues au déséquilibre et il y avait tout de même interférence. J'ai essayé avec des élastiques à la place de ressorts ;toujours pas d'amélioration. En fait la solution est venue tout simplement par un démarrage moteur progressif par potentiomètre et non pas par inter. (qui avait malgré tout des tempos de démarrage) J’ai opté pour une mise en route de l’ensemble Pylône et moteur sans séquenceur. C’est la sortie du mécanisme qui pousse sur les trappes et les ouvre. En terme de sécurité j’utilise : 1 Inter 3 positions (avec donc passage obligé par chaque position) Position 1 Pylône rentré ,sécurité activée sur la radio bloquant la commande de potentiomètre Position 2 Pylône sorti ,sécurité toujours activée Position 3 Autorisation de commande moteur Dernière phase mise en route moteur par potentiomètre Des temporisation adéquates sur chaque phase pour bloquées les manœuvres non maîtrisées Prévu mais non activé un fin de course sur le mouvement du pylône pour agir sur la commande du variateur (Pas encore testé dans toutes les conditions) J’ai une radio programmable Graupner MC 22 et j’avoue que sans l’aide du forum Graupner et l’aide de Philipe Romano (encore merci) je ne me serais que très difficilement sorti de cette programmation peu simple et surtout intuitive . En terme d’essais et vols je suis actuellement à six après midi de tests . Prise d’altitude correcte avec une excellente pente, en tirant légèrement à cabrer sur le manche. Le moteur semble tourner un petit peu trop vite et mériterait une hélice un pouce plus grande , (c’est d’ailleurs celle qui est sur les 3d) et je viens d’en acheter une à tester. Un test indicatif de la puissance moteur a été de partir du sol sans train (uniquement sur le ventre du fuseau) en bord de pente .(et sans problèmes). Une fois la bonne solution trouvée pour les trappes je pense avoir là un ensemble planeur motorisé de bonne qualité et fiabilité. En résumé malgré tout beaucoup d’énergie et de persévérance à engager pour aller jusqu’au bout du projet et une certaine satisfaction à l’arrivée. Charles Hermann 
