CHAPITRE IV

FABRICATION

Sommaire:

1. INTRODUCTION
2. MATÉRIELS & MATÉRIAUX
   1. PRÉSENTATION DES MATÉRIAUX
   2. PRÉSENTATION DES OUTILS
   3. FABRICATION DU FIL CHAUD
3. FABRICATION DU PLANEUR
   1. FUSELAGE
      1. DÉCOUPE FUSELAGE NU
      2. DÉCOUPE POSITIONNEMENT AILES
      3. DÉCOUPE COCKPIT
   2. EMPENNAGES
   3. AILES
      1. LES GABARITS
      2. LA COUPE
      3. RENFORTS
      4. CRÉATION DU DIÈDRE
4. ASSEMBLAGE
   1. EMPENNAGES
   2. PARTIE AVANT (BATTERIE & SERVOS COMMANDE)
   3. AILE
      1. CRÉATION INCIDENCE
      2. FIXATION
5. LA FIN DE CE CHAPITRE

CHAPITRE V

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Je vous invite à me faire part de toutes vos remarques ou suggestions et à me notifier; via ce lien, toutes les fautes que vous pourriez détecter.

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IV.1 INTRODUCTION

Enfin nous voilà au moment tant attendu: la construction concrète du planeur. En effet, jusqu’à maintenant nous avons surtout parlé de théorie. Dans ce chapitre nous verrons la fabrication des ailes, du fuselage et des autres parties de l’avion. Nous verrons également la mise en place des moyens de radio commande.

On commencera aussi à assembler. Cette partie qui est la plus compliquée (outre la mise au point des ailes) ne sera pas totalement traitée ici. En effet, l’assemblage fait intervenir les réglages et donc des essais en vol. Ces derniers points seront traités dans le chapitre suivant. Ici, pour ce premier assemblage, nous essayerons de le régler relativement bien du premier coup, à coup de calcul théorique et de balance. Mais je vous rassure, rien de bien méchant; j’espère que ceux qui sont réfractaires aux maths ne fuiront pas :).

Jusqu’à maintenant, je vous ai surtout parlé des ailes et de mon rôle dans leur conception. Maintenant, je vais ré-équilibrer les rôles de chacun. Rappelez-vous, je vous ai dit que nous étions deux à concevoir/fabriquer l’aile. Il se trouve que le premier stade fut surtout réalisé par moi même; ça s’explique dans le fait que j’étais vraiment motivé et aussi que je pouvais disposer de conseils non négligeables. Pour finir, c’est également moi qui possédais le fil chaud… habitant à 150km, il était plus simple que je les fasse seul (la découpe aidée par une personne tierce). Mon binôme va surtout intervenir pour la finition et le renforcement des ailes ainsi que la création du dièdre.

L’assemblage fut une partie qui nous a pris plus de temps que prévue. Nous avons passé un temps fou à chercher des solutions d’assemblage pour les ailes. On a finalement opté par celle qui sera exposée ici. Nos chers amis ont donc préparé le fuselage, creusé tous les trous, préparé et installé les gouvernes.

Fil Chaud… Ça y est le mot a été prononcé. Je devine que cette technique intéresse beaucoup de monde. Nous verrons la fabrication de la fameuse scie ainsi que sa mise au point. Mais pas seulement, scie au point, il nous reste à nous mettre au point. Je vous exposerai les étapes et les difficultés rencontrées. Lors de cette étape, toute l’équipe s’était rendu à mon domicile une journée complète pour d’une part rencontrer la machine, travailler dessus et s’initier à la découpe.

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IV.2 MATÉRIELS & MATÉRIAUX

IV.2.1 PRÉSENTATION DES MATÉRIAUX

Comme je vous ai dit dès le départ, on n’a modifié les plans… et donc les matériaux. L’école nous fournissait un même polystyrène pour les ailes, le fuselage et les gouvernes. Le débit de matière était fait. Néanmoins, on a décidé de changer de matière pour les gouvernes et les ailes. On a tout fois gardé ce qui était fournit pour le fuselage.

On a ainsi pris une mousse (polystyrène) plus légère et plus résistante (Deypron) pour les gouvernes de profondeur. D’ailleurs, de mémoire c’est ce qui était conseillé sur les plans.

Après plusieurs tentatives, on a finalement opté par une mousse au teint grisâtre pour les ailes. Cette mousse est beaucoup plus dense et la finition de sa coupe est nettement supérieur. Pour les ailes, on avait besoin d’un polystyrène de nature plus résistante. On n’avait également besoin d’un polystyrène qui donnait un meilleur état de surface après usinage. Ce polystyrène est du (nom oublié) que l’on trouve à Brico-dépot. On a pris une plaque de 40mm à environ 7€. Avec une plaque on peut faire un jeu d’ailes complet.

En ce qui concerne les renforts, on a pris des tubes de carbone acheté à décathlon (pour les Cerf-Volants). Diamètre de 4mm. On a également pris un tube d’aluminium fournit par l’école. On a le projet de faire du stratifié avec époxy et tissu 104g. On verra si la commande passée arrivera à temps. Je fournis ces derniers éléments. Ça me servira également pour la construction du Gaz’aile.

En guise de colle, on utilise du mastic. Ça n’attaque pas le polystyrène; malheureusement, c’est très lourd. Le meilleur reste l’Epoxy (déconseillé au niveau des parties qui ont besoin de souplesse: les ailes)…

IV.2.2 PRÉSENTATION DES OUTILS

Pour la fabrication du planeur, on aura utilisé:

• Fil Chaud (voir section suivante)
• Scie à métaux
• Scie à bande
• Papier ponçage (grains de…..)
• Perceuse/viseuse avec forêt de 4
• Limes fer
• Dremel (marque déposé)

IV.2.3 FABRICATION DU FIL CHAUD

IV.2.3.1 MATÉRIELS NÉCESSAIRES

Pour réaliser cette scie à fil chaud, voici la liste des matériaux nécessaires:

• Chute de piquet de grillage en fer (130cm)
• Corde à Piano 4/10 (125cm)
• Fil de fer, corde…: 130cm
• Ressort
• Deux chutes de bois (60cm)
• Deux clous
• Vis
• Crochets
• Tendeur
• Deux Boulons M10
• Deux rondelles

IV.2.3.2 PLAN ET CONCEPT

IV.2.3.2.1 SCHÉMA

Dans un premier temps, on va parler des plans. Je vais vous présenter le plan de conception de l’engin. Une version plus pro (sous CATIA V5) devra voir le jour ici.

Le ressort est là pour « absorber » la dilatation du fil en acier lorsqu’il chauffe… Sinon le fil de piano ne serait pas assez tendu après la mise sous tension.

Maintenant, voici le concept, la préparation de la machine (plan de travail).

L’appareillage est accroché au plafond à l’aide d’une corde qui le reprend au niveau des bois latéraux. Ca permet de soulager les efforts liés au poids. Un opérateur de chaque côté de la machine la tienne et effectue l’opération de coupe. Ils sont synchronisés et tire la machine vers eux sans forcer. Le fil agit tout seul.

IV.2.3.2.2 QUELQUES PHOTOS

Photo [1], technique pour fixer le fil de piano 4/10. On peut apercevoir le fil de l’alimentation qui reprend le fil à ce niveau.

La photo suivante est juste là pour que vous puissiez voir la référence du poteau.

Les deux barres en bois peuvent avoir un mouvement de rotation autour de l’axe du boulon. Cela permet « d’absorber » la dilatation du fil, de transmettre l’effort au ressort.

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IV.3. FABRICATION

Vous êtes arrivés à lire jusqu’à là?! Je vous félicite. Je suppose que vous attendiez impatiemment cette partie. Nous allons enfin attaquer la construction. Enfin commencer la partie concrète du projet… Vous pouvez m’adresser toutes vos questions via les commentaires. J’essayerai d’y répondre avec plaisir :).

IV.3.1 FUSELAGE

IV.3.1.1 DÉCOUPE FUSELAGE NU

Le Fuselage a été découpé dans un bloc de polystyrène de faible densité. Ce bloc rectangulaire avait la largeur et la longueur du fuselage.

Nous avons imprimé les plans, positionné celui ci sur le fuselage et coupé à la scie sauteuse. La finition a ensuite été faite par un ponçage manuel.

IV.3.1.2 DÉCOUPE EMPLACEMENT AILE

L’emplacement des ailes a été intégré dans les plans et donc découpé dans la masse. Néanmoins, nous désirions réaliser un dièdre. Pour améliorer l’appui des ailes sur la surface, nous avons créé une rainure avec une faible pente.

Afin de préparer le fuselage pour l’assemblage, nous avons collé des languettes de balza à l’endroit où reposerait les ailes.

Ces languettes de bois ne sont pas collés horizontalement, mais possède une petite pente. Cela servira pour faire le calage de l’aile. Nous y reviendrons plus tard.

IV.3.1.3 DÉCOUPE DU COCKPIT

La forme du cockpit a été découpé lors de l’usinage du fuselage. La création du vide du cockpit a été faite à l’aide d’une Dremel.

IV.3.2 EMPENNAGES

Après avoir découpé le plan échelle 1 des empennages, nous avons coupé le Deypron au cutter. Un petit coup de ponçage pour donner une vague forme de profil symétrique et les empennages horizontales étaient prêts. Même procédé avec l’empennage vertical.

Néanmoins ce dernier a profité d’un petit renfort en balza collé au mastic. Sur celui ci viendrait se fixer la gouverne de direction. Cette gouverne est fixé à l’aide d’un ruban adhésif renforcé.

IV.3.3 AILES

Ici il est important de noter que je vous parle que des opérations que nous avons réalisées pour le projet. Sachez tout fois, que j’ai réalisé en parallèle une autre pair d’ailes. Celle ci a eu une coupe à 45° à ses extrémités (permet de réduire la traîné induite). Elle a également été stratifiée. Par ailleurs, son dièdre n’a pas été réalisé de la même manière. Mais nous y reviendrons dans d’autres articles. Dans un premier temps, nous allons rester dans une fabrication « plus simple » et surtout plus facile à expliquer :).

IV.3.3.1 LES GABARITS

Nous avons commencé par créer des gabarits en contre plaqué aggloméré à partir de

s profils imprimés à l’échelle 1. Voici les 3 étapes à suivre pour réaliser de tels gabarits:

1. Imprimer et coller le profil sur un contre plaqué
2. Couper les contours à l’aide d’une scie sauteuse
3. Limer et poncer jusqu’à avoir un résultat parfait (profil le plus fidèle possible au plan)
4. Graffiter le dessus (face en contact avec le fil). Cela permet de réduire les frottements de surface entre gabarits/fils et de protéger (un peu) la matière qui constitue le gabarits. L’idéal étant des gabarits en aluminium

Pour réaliser une aile, nous avons besoin de 4 gabarits: 2 pour chaque face de l’aile (extrados/intrados). Ainsi nous aurons un gabarits saumon (code plus petite qu’à l’emplanture) et un autre emplanture pour réaliser la courbe de l’extrados. De même pour l’intrados.

ATTENTION réaliser d’abord les gabarits dédiés à une face de l’aile. Et ensuite, après la coupe de cette face, réaliser la seconde paire de gabarits, en prenant bien soin de régler l’épaisseur des gabarits avec celle de la mousse (après coupe). Une erreur de hauteur pour la seconde coupe peut totalement dégrader votre profil.

Afin de garantir une meilleure synchronisation entres les opérations, il est nécessaire de graduer les gabarits en conservant la proportionnalité. L’objectif étant d’avoir le même temps de coupe entre les deux extrémités de l’aile.

IV.3.3.2 LA COUPE

Après avoir pris soin de bien régler et caler l’aile, nous positionnons le fil chaud au bord d’attaque du profil. Au niveau de l’intersection des courbes intrados/extrados. Le fil chaud est suspendu en parti au plafond à l’aide d’un système de corde. Cela permet aux opérateurs d’avoir moins de poids à supporter.

La machine est mise en route. Les opérateurs n’exercent qu’une faible pression au niveau du fil. En aucun cas, l’un deux doit s’arrêter ou ralentir. Si l’un deux ralenti lors de la coupe, il prend le risque de couper le polystyrène non plus par contact du fil, mais par rayonnement de celui ci: la chaleur fait fondre le polystyrène aux alentours du fil chaud.

Le résultat après la coupe est parfait et nécessite que très peu de retouche. Ces retouches ont été faites à l’aide d’un léger ponçage manuel.

IV.3.3.3 LES RENFORTS

La finesse de la coupe et des profils rendaient le bord de fuite très fragile car très peu épais. Nous l’avons donc renforcé avec du ruban adhésif renforcé.

En plus de ce renfort en bord de fuite, nous avons placé une tige en aluminium (qui sera remplacé par du carbone dans la version 2 du planeur). Cette tige permet un renfort structural de l’aile et de répartir les charges sur les deux ailes. Cette tige est d’un seul tenant et est commune pour les deux ailes.

IV.3.3.4 DIÈDRE

Il aurait été très simple, voir même plus simple de réaliser avec le fil chaud une coupe à 3° à l’emplanture. Les deux emplantures mis bout à bout auraient ensuite formé un angle de 6°, angle de notre dièdre.

Mais il n’en a pas été ainsi, le temps nous guettait. Nous avons donc mis les deux emplanture bout à bout, à l’angle désiré. L’angle a été calculé à l’aide d’une formule trigonométrique: connaissant la longueur de la demi-aile et l’angle désiré, il ne restait plus qu’à appliquer le produit de la tangente par la longueur de la demi-aile. On avait ainsi la hauteur à laquelle devait se trouver le saumon par rapport au sol.

Ceci fait, nous avons mastiqué au niveau de la jonction des deux emplantures. Notre système d’assemblage et de renfort feront le reste.

Il n’y a malheureusement pas de photo de ces opérations…

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IV.4 ASSEMBLAGE

Dans cette partie, je vais essayer de vous expliquer le procédé utilisé pour assembler tous les éléments constituant notre planeur. Tous ces éléments ont été fabriqué en parallèle, par module. Nous avons assembler sur le fuselage, notre corps de référence, corps 0:

• Les empennages
• les ailes
• le cockpit (servocommande, batterie)
• les câbles commandes

Nous avons commencé par assembler le plus simple, c’est à dire l’empennage. Ensuite nous avons installé tous les autres éléments pour finir avec les ailes. Ces dernières devront être positionnées sur le centre de gravité de l’avion. D’où l’importance de finir d’assembler tous les autres éléments du planeur avec de positionner les ailes.

IV.4.1 EMPENNAGES

Empennage vertical

L’empennage vertical a d’abord été assemblé à la dérive (collé avec du ruban adhésif renforcé). Ce premier ensemble a ensuite été collé sur l’arrière de l’avion à l’emplacement prévu. Une petite nervure avait été créée au préalable.

Empennage horizontal

L’empennage horizontal, quant à lui, fut un peu plus compliqué. En effet, nous avons voulu qu’il soit entièrement articulé: l’empennage horizontal et la gouverne de profondeur ne fasse qu’un. Nous avons donc découpé des encoches sur les deux parties mobiles. Nous y avons mis des tiges de carbone. Sur le fuselage nous avons collé un tige d’un diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur des tiges carbones utilisées en guise de longeron. Nous avons glissé dedans les tiges collées à l’empennage. Nous avons collé l’autre partie de l’empennage à l’autre bout.

IV.4.2 PARTIE AVANT & CÂBLES

Nous avons positionné la batterie le plus en avant possible du fuselage. De même pour tout ce qui pouvait constituer une masse. Le but étant de profiter d’un plus fort bras de levier possible pour équilibrer le bras de levier créé par la distance et l’ensemble arrière du fuselage.

Les gouvernes étant positionnées, nous avons pu régler la longueur de câble nécessaire. Nous avons creusé le fuselage à l’aide d’une Dremel et positionné la gaine et le câble coupés à la bonne longueur. Une fois chose faite, nous étions prêts pour positionner et assembler le module le plus difficile: les ailes.

IV.4.3 AILES

La particularité de ce module est qu’il a sa position de calage qui varie en fonction du centre de gravité de l’appareil. En plus de cette variation, ce module doit avoir un angle de calage autour de l’axe tangage (rapporté à l’aile). En résumer, les ailes doivent avoir un calage d’incidence et le centre de gravité doit être situé à environ 30% en arrière du bord d’attaque de l’aile.

IV.4.3.1 L’INCIDENCE

Une histoire d’incidence

Tout avion (sauf les avions de voltige et quelques autres) possède un calage de l’aile. L’angle de calage est très faible (de l’ordre de 3°). Il a pour but d’augmenter la portance créé de l’aile tout en gardant un avion avec une assiette de 0° (meilleure pour la visibilité et le pilotage, plus confortable également). Ça évite de créer de la traîner supplémentaire (qui aurait été créé si le calage n’avait pas lieu). En effet, l’avion a besoin d’un vecteur portance qui équilibre celui du poids. Ce vecteur peut varier avec l’angle de calage de l’aile. A un calage 0, c’est l’avion entier qui (dont les plan horizontal) qui ira chercher ces 3° d’incidence au niveau de l’aile. Avec un calage de l’aile à 3°, on évite ce phénomène.

Sans calage, le pilote devra compenser son avion à cabrer pour conserver un vol en palier.

Notre mise en place

Pour créer notre incidence de 6°, nous avons creusé; avec un angle approximatif, le dessus du fuselage. Le but était que l’aile repose sur un plan (plan formé par la partie du dessus du fuselage) qui avait subit une rotation de 3° par rapport à l’horizontal. Ce calage c’est donc fait à l’approximatif.

Ensuite nous avons ajouté des cales. Ces cales avaient un plusieurs rôles: faire l’incidence, conserver par appui plan le dièdre et participer, renforcer au système d’attache de l’aile.

Je vous invite à regarder la photo montrant ces cales. Elle se trouve dans la sous section [IV.3.1.2].

IV.4.3.2 FIXATIONS

L’aile a été prise en sandwich: balza/mousse de l’aile/balza. Ce système nous a permis de visser l’ensemble avec 4 vis. Le tout tient très bien. Une photo vaut mieux que des tonnes d’explication:

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IV.5 LA FIN DE CE CHAPITRE

Ce chapitre est enfin terminé. J’aurai sûrement peu de temps d’écrire les autres sur mon blog. Je pense en plus qu’ils vous intéresseront moins. Je vais donc vous joindre très prochainement le rapport officiel de ce projet. Mais, les articles concernant les chapitres suivants seront écris… mais sortiront plus tard.

D’autres articles sont sur le point d’être publiés. Sur ce mois de mai et le début juin, plein de chose se sont déroulées et je suis un peu en retard au niveau de la rédaction :).

V. CHAPITRES SUIVANTS

Vous trouverez la fin de cet exposé sur le rapport officiel rendu pour ce projet. Bonne lecture!

Rapport Officiel Projet Planeur