MRA n°838 fév/mar 2014
MRA n°838 fév/mar 2014
  • Prix facial : 6,80 €

  • Parution : n°838 de fév/mar 2014

  • Périodicité : bimestriel

  • Editeur : Rigel Éditions

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 120

  • Taille du fichier PDF : 71,9 Mo

  • Dans ce numéro : le Viper Jet de Skymaster.

  • Prix de vente (PDF) : 1 €

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TECHNIQUE TURBINES TURBINES EDF QUELQUES BASES POUR NE PAS SE TROMPER Les jets nous passionnent, c’est un fait, mais à l’heure du choix de l’équipement de la machine de nos rêves, bien des questions se posent. Le présent article vise à vous donner quelques bases pour choisir le matériel adapté afi n de pouvoir vraiment se faire plaisir avec un jet performant en évitant des confi gurations mal équilibrées ou inadaptées… Les turbines passionnent les modélistes depuis bien longtemps. Avant guerre déjà, des ensembles de propulsion étaient dessinés et réalisés avec ce concept un peu à part dans le petit monde de l’aéromodélisme. De nos jours tout le matériel existe pour motoriser un jet EDF (Electric Ducted Fan). Mais c’est bien là le problème, le choix proposé est tellement étendu que le néophyte risque de s’y perdre et d’être découragé. La solution de facilité consiste à acheter un modèle complet avec motorisation livrée dans le kit. Dans ce cas, tout devrait (normalement) bien se passer, pour peu qu’il s’agisse d’un kit bien conçu et de bonne qualité. Mais on peut avoir envie de motoriser un kit livré nu, de construire d’après un plan ou, pourquoi pas, de concevoir un modèle personnel. Là, il faut bien choisir les éléments de la propulsion pour obtenir un vrai jet, puissant, rapide et performant dans tous les sens du terme. 104 MRA 838 LA TURBINE Un avion à hélice se caractérise par une grande surface d’air mis en mouvement. Bien entendu, cette surface est fonction du diamètre de l’hélice. Le rendement est en général élevé car on travaille avec un grand diamètre, favorable à une bonne effi cience. Avec une turbine, c’est l’inverse, on doit travailler avec une surface ventilée très réduite (la FSA pour Fan Swept Area, ou surface balayée par le rotor). La seule solution pour obtenir une poussée suffi sante est d’entraîner le rotor à un régime très élevé. C’est en partant de ce principe qu’on va pouvoir étudier le petit monde des turbines EDF. LE DIAMÈTRE La taille du modèle, va déterminer le diamètre extérieur de la turbine qui pourra se loger dans le fuselage. Dans le cas d’un kit ou d’un plan, on se reportera aux spécifi cations du concepteur, en choisissant le diamètre approprié (56, 70, 90mm etc.). En tout état de cause, on choisira le plus grand diamètre compatible avec l’espace disponible dans le modèle et les dimensions des entrées d’air, surtout dans le cas des maquettes ou semi-maquettes. Plus le diamètre sera élevé, meilleur sera le rendement de la propulsion (à caractéristiques équivalentes). LA FSA Il s’agit de la surface balayée par le rotor, déduction faite de la surface frontale du cône, souvent proche de celle du moteur). Là encore, à diamètre de turbine équivalent, on choisira plutôt la turbine qui offre la plus grande FSA pour optimiser la poussée et l’effi cacité. Avec : p = 3,1416 ; R = rayon intérieur du carter de la turbine ; r = rayon du cône Par exemple : une turbine de 6,9 cm avec un cône de 3,2 cm on en déduit R = 3,45 cm r = 1,6 cm FSA = 3,1416 x (3,45² - 1,6²)
Les turbines se composent généralement d’un carter avec le stator, d’un rotor, d’un cône, d’un redresseur de flux, plus rarement d’un cône d’éjection (proposé en option) FSA = 3,1416 x (11,90 – 2,56) FSA = 3,1416 x 9,34 FSA = 29,34 cm² CONFIGURATION Le moteur peut être monté soit en avant du rotor, soit en arrière (disposition la plus courante). Idéalement, le flux d’air doit être aussi peu perturbé que possible. Un moteur caréné en arrière du rotor donne de bons résultats, mais ne facilite pas le centrage, du fait du poids déplacé vers l’arrière. Le moteur monté en avant du rotor est plus facile à installer, les fils d’alimentation sont moins longs et les pertes par effet Joules réduites. LE NOMBRE D’AILETTES DU ROTOR Pour augmenter la poussée avec un rotor d’un diamètre donné, la multiplication du nombre d’ailettes est une solution souvent employée par les fabricants. Toutefois, il faut garder présent à l’esprit que l’ailette travaille dans le sillage de l’ailette précédente. Un rotor doté de 5 ailettes est un bon compromis sur les petits diamètres. La turbine Velocity WM 400 est livrée avec son cône d’éjection. Le moteur est monté par l’avant LA POUSSÉE STATIQUE La poussée est fonction du régime de rotation du rotor et du cône d’éjection. Un rapport de poussée/masse du modèle de 0,7 à 0,8 est une bonne base pour obtenir un jet performant. Pour la démonstration, on pourra aller plus loin avec un rapport égal ou supérieur à 1. Cependant la poussée statique n’est pas la seule à devoir être prise en compte ; la poussée dynamique est bien plus importante, car c’est en vol que nous en avons besoin. Plus la vitesse du modèle est importante, plus la poussée décroît, comme cela se passe avec une hélice. Il faut donc retenir des turbines avec un pas suffi sant pour obtenir la vitesse de vol attendue… malheureusement, ce dernier est rarement indiqué, mais on peut trouver quelquefois des mentions de vitesses de veine d’air (turbine Schuebeler, Velocity, HyperFlow, etc.). LA VITESSE DE LA VEINE D’AIR On vient d’évoquer la poussée. La vitesse de la veine d’air dépend du régime du rotor et du pas des ailettes. Ce dernier est souvent compris entre 3,5 et 4 sur les diamètres courants (60 à 70mm). Avec les turbines du commerce, la vitesse de la veine d’air est le plus souvent largement suffi sante, mais éminemment variable, puisqu’elle dépend directement du diamètre du cône d’éjection. L’ÉPAISSEUR DES AILETTES L’épaisseur relative des ailettes (rapport épaisseur/largeur) est fonction du profi l employé. Un profi l mince est favorable aux hautes vitesses mais sa portance est moindre. Comme toujours, les solutions retenues par les fabricants sont le fruit d’un compromis destiné à assurer des performances acceptables sur toute la plage de vitesses, avec un secteur favorisé. L’ÉQUILIBRAGE DU ROTOR On distingue d’abord l’équilibrage statique (rotor monté sur un équilibreur) qui permet de vérifi er qu’il n’y a pas de gros déséquilibre. Mais ce n’est qu’un début car l’équilibrage dynamique, turbine en marche, est fondamental. Là, on monte progressivement le régime et on observe (en prenant toutes les précautions nécessaires) le niveau de vibrations. La turbine se rôde bien souvent à ¼ ou 1/3 des gaz, puis une fois ce rodage terminé, on peut contrôler l’équilibrage dynamique. Si des vi- TEXTE ET PHOTOS : PASCAL DELANNOY Pièce maitresse, le rotor doit être particulièrement étudié. L’épaisseur des ailettes (entre autres) conditionne ses performances L’équilibrage statique précède l’indispensable équilibrage dynamique Un essai au banc permet de mesurer poussée statique, vitesse de la veine d’air, consommation maximale et équilibrage dynamique Vu les dégâts en cas de rupture, des précautions sont indispensables pendant les tests au banc… MRA 838 105



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