Réalisation et montage des ailerons pour aile en fibre

Un des avantages des ailes fibres est la faible épaisseur de la peau. De ce fait, on peut réaliser une lèvre en microballon qui va s’enfoncer dans la partie fixe de l’aile. L’intéret est la quasi absence de jour lorsque l’aileron a des petits débattements. La méthode décrite ici a été développée initialement par Pierre Emery.

Pour vous donnez envie, voici ce qu’on obtient.

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La première étape est de couper l’aileron. Pour cela il faut utiliser un grand réglet fixé avec du scotch, sinon il ripe… cela m’arrive malheureusement… La coupure doit être verticale, de façon à ce que l’épaisseur soit minimale. L’aileron doit pouvoir s’incruster dans la partie fixe de l’aile.

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Une fois l’aileron détaché, il faut préparer le flanc de l’aileron avec un congé de microballon. Il faut aussi creuser la partie fixe de l’aile pour que l’aileron puisse s’effacer dedans. J’ai fait des simulations de mouvement sous solidworks pour déterminer le retrait. Une valeur de 8mm est suffisante. N’oubliez pas éalement d’enlever entre 1-1.5mm de peau à l’intrados, toujours pour que l’aileron puisse rentrer.

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Pour réaliser la lèvre, on va créer un moule pour la lèvre dans lequel on positionnera l’aileron. Ce moule va être obtenu par la dépouille de la découpe d’un aileron via GMFC. Pour cela, on retravaille le profil d’origine à partir d’une exportation sous GMFC vers un fichier dxf, puis on dessine une lèvre et un bord d’attaque fictif.

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Il faut faire cela pour le coté emplanture et coté aileron. Ensuite vous créez un projet GMFC à partir des deux fichiers dxf. N’oubliez pas de calculer la flèche pour recréer le même alignement au bord de fuite. Ne pas mettre de prolongement au bord de fuite, de façon à ce que le bord de la dépouille soit aligné avec celui de l’aileron. Vous découpez et ne conservez que la dépouille.

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Mettre du scotch de qualité sur la dépouille pour la transformer en moule. Il faut trouver une marque qui adhère bien au polystyrène. J’ai eu des bons résultats avec du 3M. Mettre également du scotch sur l’intrados de l’aileron pour que du microballon ne coule pas dessus. Il faut aligner le bord du scotch avec celui de l’aileron. Mettre en place l’aileron dans la dépouille et immobiliser.

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Maintenant, il suffit de déposer le microballon à l’aide d’une petite seringue.

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Mettez sous presse ou sous vide le temps de la polymérisation. Après enlèvement des scotchs, vous avez maintenant un bel aileron. Adaptez la lèvre à la poncette pour les finitions de détail.

Je fais ensuite une fixation et articulation au silicone. L’aileron est monté à blanc avec du scotch, ce qui vous permet de vérifier le montage. Il doit y avoir quelques dixième de millimètre de jeu entre la partie fixe et l’aileron. Ouvrez l’aileron largement et mettez à la seringue un filet de silicone. Avec un petit batonet de glace retaillé, vous lissez le silicone. Ensuite refermez l’aileron neutre et laissez sécher. Un truc important pour la finition est de lisser le scotch avec l’ongle pour repousser le silicone qui est venu coté extrados. Après une nuit, vous pouvez enlever le scotch.

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Voici les deux outils indispensables à cette réalisation.

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Finalement, j’ai réalisé une commande encastrée. Au niveau de l’aileron, il faut fixer un embout permettant le montage d’une chape. Coté servo, il faut monter une chape à boule au plus court du pignon.

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Sur mes ailes d’ASW15, j’ai appliqué cette technique aux ailerons, mais aussi aux volets. Pour ces derniers, l’articulation est réalisée à l’intrados.

Longeron en carbone

Voici comment réaliser un longeron carbone pour aile fibre avec GMFC EXPERT pour une aile d’ASW15 de 4m. Je ne vais pas innover beaucoup ici, cette technique est connue et pratiquée par beaucoup de modélistes. Je reprend les tuyaux que m’ont donné les copains.

Tout d’abord, il faut réaliser préparer l’aile comme indiqué dans le tutoriel Découpe d’une aile pour finition plastique. La peau d’extrados est ensuite coffrée, en ayant posé au préalable la nervure d’emplanture. Le remplissage du longeron est ensuite enlevé et le polystyrène restant est gratté jusqu’à atteindre la peau.

On a quelque chose qui ressemble à cela, mis à par la bande de carbone posée pour montage à blanc.

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Le longeron est réalisé en polystyrène extrudé avec une semelle de carbone de chaque coté, intrados et extrados. La semelle est dégressive en épaisseur par tiers. On a 3 épaisseurs de ruban carbone à l’emplanture, 2 au milieu et 1 en bout d’aile. Pour éviter tout délaminage, il faut mette à intervalle régulier des ligatures en fil de carbone autour du longeron. Pour compenser les dixièmes manquant, on utilisera au final une planche de balsa qui sera poncée à niveau.

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La première opération à réaliser est de protéger les bord du longeron avec du scotch d’emballage. Celui ci ne sera enlevé qu’une fois le longeron terminé.

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Il faut ensuite réaliser le longeron en extrudé au moyen de la fonction “Découpe/Découpe longeron” de GMFC. Vous devez calculer l’épaisseur du longeron d’extrudé en enlevant celle des deux semelles de carbone. Il est préférable d’être plus fin de quelques dixièmes de millimètre, la planche de balsa compensera le manque. Réaliser un montage à blanc pour s’assurer que les dimensions sont correctes.

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La clef d’aile est également incorporée au longeron. Un tube en fibre est préalablement réalisé. Il s’encastre d’un coté dans la nervure d’emplanture.

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De l’autre coté, il faut réaliser un petit couple en contre-plaqué. Le dièdre est intégré dans les dimensions du couple. Un fourreau en extrudé est découpé en utilisant la fonction “Découpe Longeron” de GMFC en 2 passes. Il faut d’abord découper le morceau de longeron en extrudé, puis réaliser le fourreau à l’intérieur de celui-ci. N’oubliez pas de calculer le dièdre.

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La fente est ensuite rebouchée au Polyfilla. Il faut ensuite préparer la planche de balsa.

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Pour la pose, on commence par mettre les ligatures, puis la première semelle en carbone, le longeron en extrudé, puis enfin la deuxième semelle. La planche de balsa vient par dessus. Elle doit être en sur-épaisseur. Mettre sous presse dans la dépouille de l’aile, ou sous-vide.

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Une fois que la résine à polymérisé, il faut poncer le balsa pour le mettre à niveau. Il est important de ne pas avoir enlevé le scotch, car cela va éviter d’abimer le polystyrène. Si il reste quelques fentes, il suffit de les mastiquer au Polyfilla.

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Voila, maintenant on peut passer au coffrage de l’intrados…

Train du Pirélec

Pour essayer d’économiser un peu de poids, j’ai décidé de refaire un train. Il y a aussi le plaisir d’apprendre de nouvelles techniques. Enfin le train de bidule utilisé initialement est un peu trop large au niveau du fuseau.

Après discussions avec les copains Stéphane et Loic, j’ai décidé de faire une forme par le dessus. Elle est réalisée en chutes de mélaminés coupés aux bon angles. À noter, la partie du bout où sont vissées les roues est légèrement de biais vers l’intérieur. Sous le poids de l’avion, le train fléchit et les roues sont droites. C’est un truc que j’ai repris du train du Bidule. La photo montre l’inverse à cause du grand angle…

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Pour réaliser le moule, j’ai collé des bords en styrodur coupés aux fil chaud à la bonne épaisseur. Ceux-ci sont ensuite recouverts de scotch d’emballage pour assurer un bon démoulage. J’ai également mis de la cire pour être sûr de ne pas avoir de problèmes.

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Le train est réalisé avec des mèches de fibre de verre sur toute la longueur et des renforts en carbone au centre, sur le dessous et dessus. Il faut que train soit souple sur les jambes mais pas au niveau du fuseau.

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Le but est d’avoir un train dans lequel il y a le moins de résine possible. Pour cela, on met le tout sous vide et on éponge l’excédent de résine avec du sopalin. C’est du procédé classique de mise sous vide. Ma méthode est la suivante. Une fois les fibres posées dans le moule, je pose un plastique percé de petits trous. J’ai utilisé du sac jaune pour le recyclage coupé à la bonne forme. Par dessus, viennent les couches de sopalin. Ensuite, il y a le sac à vide qui est collé sur la forme avec du mastic.

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Pour fermer le sac, mettre un cordon de mastic et poser le sac dessus. Mettre la pompe à vide au maximum pour éponger le plus possible de résine. Après une journée de séchage, le train se démoule en mettant tournevis sur le coté.

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Le poids final est de 328g. Le résultat est plutôt bon, à part quelques fibres mal imprégnées au départ. Les bords pourraient etre un peu mieux, il y a quelques petits trous. Le “moule” pourrait être aussi plus large et haut pour faciliter la pose du sac à vide.

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Trucs et astuces:
Il faut mettre les fibres dans le moule et les mouiller dedans. Bien ajuster les fibres sur les bords pour une bonne finition. J’ai eu des problèmes car j’avais coupé des fibres trop longues et elles étaient difficiles à mettre en place. La bonne solution est de préparer des fibres d’une longueur de 2 tiers, et les poser en alternance à partir des extrémités. En fait, on a moins besoin de fibre dans les extrémités.

J’ai aussi fait l’erreur de regrouper toutes les fibres pour les peser. Du coup, elle se mélangeaient. La bonne solution est de préparer des torons séparés de plusieurs fibres. Vous gagnerez du temps à la pose. Avec le poids d’un toron, vous pouvez estimer le poids final du train. J’ai mis 200g de fibre pour le poids final de 328g.

À noter, cette méthode permet aussi de peindre le dessus du train dans le moule. À tester pour la prochaine fois.

Mise au point du Pirélec

Voici le compte rendu des vols de mise au point…

J’ai effectué la deuxième après-midi de vol avec l’hélice 22×8, ainsi que les premiers remorquages.
Le planeur remorqué est un ASH 26 de 3.20m, 3.1Kg. Le vent est de travers ce qui complique un peu la chose… J’ai un problème de couple au décollage, le Pirélec part en rotation sur l’axe de lacet, et j’ai beaucoup de mal à le rattraper aux ailerons qui ne semblent pas encore efficaces. Je dois décoller trop tôt avec un manque de vitesse… Par contre, une fois en vol cela monte impeccablement.

Une montée à 300m consomme 700ma et prends 40sec décollage compris. Le taux de montée est de 10m/s environ. Voici le compte rendu télémétrique du remorquage.
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Le remorquage a été effectué avec 2 Zippy 12S LIPO de 8000ma. Je sort 3600 Watts en tout début de pack, contre 3300W pour le 15S LIFE. Les LIPO sont clairement rentables quand ils sont neufs… À voir dans le temps.

La formule magique du rendement: Watts = taux_montee * Poids équipage * Coef.

Ceci donne un Coef de 26.9. Un article sur un bidule électrique dans Modèle Magazine d’il y a quelques années donnait 30 comme Coef. On est meilleur. Donc pari gagné coté motorisation et poids.

Un dernier problème rencontré… Le Pirélec a tendance a faire un cheval de bois dans l’herbe à l’atterrissage. Cela freine trop.


Troisième séance, j’ai fait piloter le Pirélec par Loic. J’ai remis la 22×10. Pas de problème à signaler au décollage. Donc cela vient de mon pilotage : un décollage trop tôt et un manque de vitesse avec la 22×8.

Le Pirélec a encore fait un cheval de bois a l’atterrissage. Donc il faut que je mette des roues plus grandes et que j’avance le train avec une cale… La dérive est décollée et la verrière s’est envolée dans le piqué viril de Loic.

Les roues ECOTOP 140mm sont en commandes chez Topmodel… ca va faire 260g de plus…


Quatrième scéance: vols avec 22×10 et les roues de 140mm. Je n’ai plus de problèmes au décollage. La 22×10 donne plus de vitesse.

Il reste encore un problème a l’atterrissage. Malgré les roues de 140mm, le Pirelec passe encore régulièrement sur le nez. La cale pour avancer le train va être nécessaire.

Le planeur remorqué était le F3I de Marc (4.2 Kg). Une montée à 300m consomme 650ma. J’ai fait 10 montées sur le pack Zippy 8000ma.


Cinquième et sixième scéances. J’ai avancé le train en mettant une cale en biais. L’axe des roues se trouve maintenant au bord d’attaque de l’emplanture. Je n’ai plus plus de problème de passage sur le nez. Par contre il rebondit si j’arrive trop vite. Il faut donc que je maitrise bien ma vitesse.

J’ai remorqué un Discus 2c de 4.5m (5Kg) d’origine TOPMODEL et un Lunak de 4m (7kg) de chez Reichart. Une montée du Lunak à 300m prend environ 850ma. Une montée du Discus à 300m prend 700ma.

Premier vol du Pirélec

L’émetteur est dans les mains du copain Loic, pilote très expérimenté. Le premier vol est un peu sportif… centrage un peu trop arrière… Après avoir réglé le trim de stab, le Pirélec se calme un peu et l’atterrissage est sans problèmes, la bête est quand même gentille. La première impression est que la puissance est largement au rendez-vous.

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Après avoir avancé l’accu, plus de problèmes. J’ai même réussi à décoller et atterrir, alors que c’est mon premier gros avion. La bonne nouvelle est qu’il n’y a pas vraiment de différence de comportement entre le pack LIPO et le pack LIFE, malgré les 700g de plus pour le LIFE. Les 10Kg ne sont vraiment pas un inconvénient.

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Nous avons essayé également deux hélices une 22×10 Graupner plastique, et une 22×8 ECOTOP carbone. Pas de différence notable en vol, mais par contre le comportement est très différent à l’attero. Avec la 22×10, le Pirélec allonge relativement et on peut atterrir moteur coupé. Avec la 22×8, le freinage est supérieur et il faudra garder un filet de gaz.

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J’ai un peu de travail pour finaliser le remorqueur. Notamment, la verrière et le centrage qui est un peu plus avant que prévu. Il faut que j’avance le contrôleur, pour placer plus facilement les accus.

Reste maintenant à valider le comportement en remorquage, mais le Pirélec semble bien né.

Un grand merci à Loic, Yannick, Marc, Jean-Philippe, Fred, Pierre et tous les autres copains de Spirale 35 qui m’ont aidé sur ce super projet.

Devis de poids du Pirélec

Le poids évolue en fonction de la mise au point et de l’optimisation du Pirélec. Le fuseau en ordre de vol pèse autour de 4.5Kg. J’arrive à un modèle qui pèse autour de 9.4Kg en ordre de vol.

J’ai une surface d’ailes de 94dm2, donc la charge alaire est de 100g/dm2.

J’ai du remplacer les roues de 100mm par des roues de 140mm. Du coup, c’est 250g de plus.

Les ailes sont clairement trop lourdes et je peux gagner de 100 à 200g par aile. En remplaçant la clef d’aile par une clef carbone, j’ai gagné 200g. Le train de bidule me se semble également un peu lourd. Je l’ai refait avec un gain de 100g.

Item Poids (g)
Aile gauche
Aile droite
Fuselage
Accus
Total

Détails du fuseau.

Item Poids Unitaire (g) Total (g)
Fuseau nu
Moteur Rotomax 50cc avec vis
Train de Bidule 55 + vis
2 x Roues ECOTOP (140mm)+ vis
Clef d’aile
Stabilisateur +vis
4 x Servos Graupner DES 707 BB,MG
2 x Accus de réception LIPO 1600ma 2S
Contrôleur YEP 14S 120A
Hélice G-Sonic PRO 22×10
Verrière
Régulateur de tension MaxBec 2D
Radiateur contrôleur
Dérive avec CaP
Roulette de queue
Verrou de remorque
Récepteur R18
Télémétrie UniSens
Récepteur Rsat
Expander
Masse non déterminée (couples et fixation accus, cables, platine servo dérive, vis…)
Total

Poids des accus de propulsion.

Item Poids (g)
LIFE 5000ma 15S2P 2500
LIPO Zippy 8000ma 12S 2450
LIPO Zippy lightmax 12S 5800ma 1780

Poids des accus de réception.

Item Poids (g)
2 x Accus de réception LIFE 2300ma 2S 172 344
2 x Accus de réception LIPO 1600ma 2S 89 178

Poids des hélices.

Item Poids (g)
Hélice G-Sonic PRO 22×10 170
Hélice G-Sonic PRO 22×8 152
Hélice ECOTOP Carbone 22×8 129
Hélice Xoar bois 22×10 97

Poids des roues.

Item Poids (g)
2 x Roues ECOTOP (102x36mm)+ vis 72 144
2 x Roues ECOTOP (140mm)+ vis 186 372

Clef diamètre 20mm, longueur 500mm.

Item Poids (g)
Clef fibre
Clef tube carbone

Train d’atterrissage

Item Poids (g)
Train de Bidule 55 + vis
Train perso fibre+ vis

Accus du Pirélec

Je viens de recevoir les accus LIFE 2500ma. Le pack sera un 15S2P de manière à pouvoir débiter une intensité de 80A sans problème. Cela fait un total de 30 éléments avec un poids de 2100g sans les connexions.

Le pack de 15S sera constitué de 2x6S + 3S. C’est la formule qui permet d’obtenir l’encombrement minimum dans l’avion. Cela permet également de recharger avec 3 chargeurs peu couteux sous forte intensité (4C).

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Les accus sont assemblés à la colle chaude. L’encombrement en largeur est de 12.5cm. Cela tient dans le fuseau.

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Les trois packs seront fixés de manière permanente sur une platine support. La platine avec accus est retirée pour la charge. Ce système permet de minimiser les opérations à l’intérieur du fuseau et de changer très rapidement le “réservoir”.

Voici les accus une fois câblés. C’est quand même pas mal de boulot… un avantage au crédit des Lipos.

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Les trois packs sont facilement dissociables. Le + est au dessus, et le moins en dessous.

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Sur les conseils de Pascal Cepeda, j’ai nettoyé les soudures à l’acétone pour éliminer les restes de flux. Ces restes peuvent provoquer de la corrosion a long terme.

Après mise sous gaine, voilà le résultat:
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L’accroche sur la planche support est réalisé avec du velcro de grande dimension. On peut retourner le tout, pas de problèmes.
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Le poids total est de 2540g.

Premiers tests, en statique. J’obtiens 81A sous 41,5V soit 3360Watts. J’espérais un petit peu plus en tension. Cela fait 2.766V par élément. En décharge jusqu’à 2.5V par élément, les accus restituent 4500 ma.

À noter, tous les paramètres sont loggués par ma Jeti DS16. C’est vraiment pratique pour l’analyse ultérieure. On peut sortir des graphes comme celui ci-dessous qui donne le nombre de tours en fonction de la consommation et de la tension de l’accu.

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Aménagement du fuseau du pirelec

L’idée est de placer les différents éléments de telle manière que les accus de propulsion soient presque au centre de gravité, qui devrait être situé au niveau de la clef d’aile.

À l’avant, on a les deux accus de réception et le contrôleur moteur. Celui ci est fixé sur une règle de maçon dont les cotés ont été enlevés en biseau pour mieux rentrer au fond du fuseau. Cela fait un beau radiateur. Le collage est effectué au mastic Sicaflex.

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Il y a une entrée d’air via le couple moteur qui est évidé. J’ai également mis une sortie d’air sous le train d’atterrissage. Le contrôleur devrait être bien ventilé.

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Juste derrière, il y a le bâti support de l’accu de propulsion qui est constitué de deux tasseaux sur les cotés, une planche à l’avant pour la fixation de l’accu et deux couples pour reprendre les efforts sur le bas du fuseau.

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Sous l’accu de propulsion, on trouve la réception avec un récepteur Jeti R18, un MaxBec2D pour la double alim et un expandeur pour la télémétrie. Il y a 2 entrées, le MaxBec2D et la sonde moteur/altimètre.

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Un tasseau de bois dur collé en biais donne le positionnement arrière maximum de l’accu.

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Le biais permet d’insérer la planche support de l’accu et éviter qu’elle ne bouge en hauteur.
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Le crochet de remorquage a été réalisé en alu par Loic. Le but est d’avoir le servo solidaire du crochet pour éviter des problèmes de flexion.

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L’intérêt d’un récepteur tel que le R18 est de pouvoir lui associer un satellite. Au total, il y a donc 4 antennes ce qui permet de réduire d’autant les risques de masquage. Le satellite est placé dans la dérive. À noter les antennes qui sont toujours orientées à 90 degrés.

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Dérive du Pirelec

La dérive est réalisée en polystyrène coffré fibre. L’articulation est réalisée par une CAP de 2mm coulissant dans un tube en alu.


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Sur les conseils de Loic, la commande est complètement intégrée dans la dérive de façon à ce que rien ne dépasse, et l’axe est déporté pour permettre un plus grand bras de levier. Une platine support en fibre de verre reçoit le servo.


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La peau est faite de 2 couches de 100g. Le devis de poids est le suivant:

  • Polystyrène: 8g
  • Avec tube et mastic: 14g
  • Avec une peau: 26g
  • Poids final: 40g

Les extrémités sont finies au micro-ballon coloré avec de la peinture.


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Une fente dans le haut de la dérive permet de la maintenir et d’assurer la rotation. En bas, un trou dans la platine support en fibre de verre assure le maintient de la dérive.


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Le trou en bas de la dérive est nécessaire pour permettre la rotation malgré la vis de fixation de la platine support.


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Stab du Pirélec

Le stab est construit avec la même méthode que pour les ailes. Quelques petites différences quand même, l’épaisseur est assez faible donc on ne peut pas faire une sortie verticale au bord d’attaque. Cela induirait une trop forte courbure sur le mylar. Donc j’ai fait une sortie en X avec des angles de 25 degré.

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J’ai aussi placé une bande de tissu d’arrachage sous le bord de fuite qui est recoupé 2mm plus juste. Cela permet un meilleur collage de la 2ème peau.
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Le poids avant coffrage une fois la fibre du BA posée est de 54g. Pour la peinture, j’ai choisi d’utiliser une peinture de marque Luxens pour mur. Il faut trois couches pour opacifier le mylar. L’incision sur le mylar au BA permet aux cotés de se rejoindre en pointe.

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Pour chaque peau, il y a 3 couches de 100g. Cela donne 48g de fibre et 30g de résine. Le poids est 125g après coffrage et enlèvement des chutes. Bonne surprise, la peinture est assez légère, contrairement à la peinture pour plafond. Le rendu est également très joli avec un beau miroir…

Une fois la première peau sèche, deux trous sont creusés et remplis de microballons aux endroits des trous de fixation.
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Voila le résultat après perçage des trous de fixation.
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Le volet du stab est ensuite découpé. Les champs sont finis avec du microballon teinté avec la peinture.

L’articulation est réalisée avec du silicone transparent. C’est Pierre Emery qui m’a appris. Il faut d’abord poser un scotch avec l’épaisseur d’une carte à puce entre le stab et le volet. Pour poser le silicone, j’utilise une toute petite seringue dont le bout est taillé en biseau. Comme cela on arrive à mettre très peu de silicone. Le scotch doit être de bonne qualité et bien adhérer pour que le silicone ne bave pas sur l’extrados. Une fois le silicone posé, on laisse sécher une nuit dans la dépouille.

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Pour fixer le stab, j’ai collé dans le fuseau un renfort en CTP dans lequel sont posés 2 écrous à griffe.

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Le poids final est de 220g, après pose de microballon sur les saumons.

La commande est faite par un servo situé en bout de fuseau.

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J’ai commencé à faire un deuxième stabilisateur plus grand pour augmenter le volume de stab. Le premier stab faisait 13.4dm2, le second fait 16.1dm2. Pour réduire le poids, je l’ai coffré avec 2x100g en fibre sauf pour la partie centrale et la surface du volet.

Le mylar est trop rigide pour de petites ailes et ne se courbe pas assez au bord d’attaque. J’ai utilisé du plastique pour impression offset qui est moins rigide. Le problème est que cela entraîne plus d’ondulations. Une solution est d’utiliser deux couches de plastiques sauf au niveau de la courbure du bord d’attaque. On a une meilleure rigidité là ou c’est nécessaire et moins là ou il ne faut pas.

Devis de poids:
Polystyrène: 54g
Après 1 peau: 135g
Après 2 peaux et renforts en micro-ballon pour les passages de vis: 205g

Le stabilisateur devrait sortir au même poids que le précédent. 2x100g semblent suffisant pour obtenir une peau qui ne marque pas.