Rêve 2700 | Un conte sans queue

Ceux qui ne l'ont pas encore fait voudront peut-être lire les deux premières parties de cette série , puis continuer avec cet article — Ed.

Chaque fois que vous construisez quelque chose que vous avez conçu, vous avez peur ! S'agira-t-il d'un seul prototype ? Est-ce que je veux construire plus d'un ou même une petite série ? Vaut-il la peine d'aller tout-en-un avec des moules? Et encore plus délicat : va-t-il vraiment voler ou sera-ce une catastrophe ? Qu'est-ce que je veux démontrer avec cette construction? Est-ce que je veux juste faire une vérification de l'intégrité de ma conception, et quel est mon niveau de confiance ? Les choses peuvent devenir assez chères selon le processus de fabrication que vous choisissez et la qualité du résultat est également affectée.

Méthodologie agile appliquée à la construction RC

Pour des raisons professionnelles au cours des deux dernières années, j'ai été exposé à la méthodologie Agile pour le matériel (voir lien dans les ressources ci-dessous). Il s'agit d'un processus de développement de produits qui a commencé dans le développement de logiciels et, dernièrement, a été appliqué avec succès au développement industriel de matériel. En un mot, agilese concentre sur des livraisons plus rapides de produits en appliquant un processus de publication par étapes qui minimise le risque d'échec et maximise la valeur fournie à chaque étape. Chaque livraison incrémentielle est appelée MVP (minimum viable product). Un MVP comprend toutes les fonctionnalités principales qu'un produit devrait avoir, mais avec un niveau de détails et de préparation industrielle qui passe de MVP1 à MVPx. Après chaque itération, menant à la publication d'un MVP, vous pouvez effectuer un contrôle de cohérence sur votre produit pour vous assurer que vous êtes toujours en ligne avec les objectifs finaux. Si vous voyez un écart - pas de soucis - c'est le bon moment pour vous arrêter, analyser le problème et peut-être pivoter vers une autre solution, limitant les efforts que vous mettez dans le projet.

Note personnelle : J'ai été initié à la méthodologie Agile par mon ancien manager et grand ami, Norbert Neumann. Il m'a mis au défi de relever ce nouveau défi dans mon rôle de responsable de l'innovation. Je suis tombé amoureux d' Agile. Une fois que j'ai essayé, j'ai découvert qu'il n'y avait rien de spécial ou de magique - c'est simplement une façon très centrée sur l'humain et naturelle d'aborder les problèmes et de définir les priorités. Je crois que tout le monde est Agile dans la façon dont nous abordons naturellement les problèmes quotidiens de notre vie personnelle. Merci Norbert !

Pour tester ma compréhension d' Agile et voir comment cette méthodologie fonctionne sur un projet "hors du bureau", j'ai demandé à l'utiliser autant que possible avec mon processus de construction, et certaines décisions ont été prises en fonction de cette méthodologie :

• Impression 3D pour le fuselage : Les moules seraient trop chers, car je pourrais avoir besoin de modifier fortement la conception après les premiers essais en vol.
• Noyau en mousse et emballage sous vide pour les ailes : Si vous n'avez besoin de construire qu'un seul prototype, la qualité que vous pouvez obtenir est similaire à celle des moules en composites complets mais beaucoup moins chère.

Construction du fuselage

Le fuselage a été imprimé en 3D en une seule pièce et le matériau choisi était le nylon. Il mesure 0,6 m de long : ce n'est pas quelque chose que vous pouvez imprimer facilement à la maison. Les imprimantes 3D domestiques sont basées sur un processus FDM (dépôt de filament) qui est assez bon pour certaines applications. Dans mon cas précis, j'ai opté pour le SLS (frittage sélectif par laser) : cette technologie produit des pièces très résistantes et durables. Le coût n'est pas négligeable, mais bien moins cher que les moules. J'ai utilisé Shapeways, et il y a un lien dans la section Ressources ci-dessous avec plus d'informations sur le processus.

La qualité de surface est très bonne et n'a nécessité qu'un ponçage de finition et rien d'autre. L'épaisseur du matériau est de seulement 1 mm, pour minimiser le poids. Les contraintes structurelles sur le fuselage sont assez faibles, et cela est à nouveau lié à la conception spéciale de la menuiserie de l'aile.

Le volume interne est énorme et j'ai donc conçu une structure qui facilite l'agencement de l'électronique et augmente la rigidité globale. Toutes ces côtes ont été imprimées à la maison en matériau PLA, d'une épaisseur de 2 mm.

Dans les deux images suivantes, vous pouvez voir comment cette structure simplifie la disposition interne :

Construction d'aile

La fabrication de l'aile est basée sur la méthode développée par le professeur Mark Drela pour la Supra TD/F3J . La structure de l'aile est basée sur un noyau en mousse solide, des capuchons de longeron en carbone et des peaux en fibre de verre. La découpe au fil chaud de tous les noyaux de mousse était déjà un défi. L'aile est caractérisée par une grande quantité de torsion non linéaire de la racine à la pointe. Avec le fil chaud, je peux simplement opter pour une variation de torsion linéaire sur chaque bloc de mousse : j'ai donc décidé de diviser l'aile en six blocs, selon la répartition de torsion indiquée immédiatement ci-dessous :

Si vous êtes intéressé par le processus de découpe, consultez mon lien vidéo Dream 2700 Scale Sailplane Wings Foam Cutting dans Resources .

Le longeron d'aile est fabriqué en coupant le noyau en mousse de l'aile, en collant les capuchons de longeron en carbone préfabriqués (20 mm de largeur, 0,5 mm d'épaisseur) en haut et en bas, et en enveloppant le tout avec du verre de 55 g/m² à 45°. Pour plus de détails, voir le lien Supra 3.4m TD/F3J Sailplane du professeur Drela dans les références .

À ce stade, j'ai les longerons d'aile prêts, mais ce n'était pas le bon moment pour les coller en place avec le reste de l'aile. Avant de faire cela, j'avais besoin de finaliser la construction de la menuiserie de l'aile. La géométrie de l'aile est très complexe et demande beaucoup de vérifications d'alignement avant de coller quoi que ce soit : j'ai dû réfléchir à deux fois, et après, repenser avant de coller !

Le système de menuisier d'aile difficile

Comme mentionné précédemment, je voulais construire un système de menuiserie d'aile très similaire à celui que l'on trouve dans les planeurs à grande échelle. La conception est bien illustrée dans l'image ci-dessous:

Le noyau de la menuiserie de l'aile est en balsa léger à grain vertical, suivi de couches supérieure et inférieure de contreplaqué de bouleau, et enfin recouvert d'avirons en carbone sur toute la longueur. Il est probablement structurellement surdimensionné, mais n'oubliez pas que toutes les charges de flexion et de torsion sont concentrées ici.

J'ai commencé à couper les chapeaux de longeron en contreplaqué de bouleau et j'ai préparé un cadre de montage pour les plier avec le bon angle dièdre : de la vapeur chaude a été utilisée pour le pliage.

L'étape suivante consistait à coller tous les noyaux de balsa :

Les noyaux de balsa sont maintenus ensemble avec les deux menuisiers d'aile pour maintenir un alignement parfait. L'étape suivante consistait à préparer les boîtes à tiges en acier :

Après avoir collé les boîtes à tiges d'acier, je peux remplir l'espace restant avec du balsa, et ce n'est que maintenant que je peux séparer les deux menuiseries d'aile :

Comme dernière étape, j'ai collé le capuchon du longeron supérieur en position :

C'était un processus fastidieux, mais finalement les choses prenaient forme !

Le défi suivant consistait à coller les menuiseries des ailes sur les longerons, en s'assurant que tout était correctement aligné. Pour ce faire, j'ai utilisé les gabarits femelles en mousse pour construire un gabarit et vérifier les alignements : le collage a été fait en place avec de l'époxy à durcissement lent.

Avant de coller les longerons à l'aile, j'ai ajouté un renfort en fibre de carbone là où le longeron se connecte aux menuisiers de l'aile. La dernière étape consistait à mettre sous vide l'aile avec les longerons.

Ensuite, il était temps de renforcer les menuiseries de l'aile avec des avirons en carbone et de vider le sac pour la deuxième fois :

Je m'approche, promis ! La dernière étape consistait à niveler l'évidement du longeron d'aile avec du balsa et de la mousse, et à poncer le tout à ras :

L'ensachage sous vide Wing Skins peut (enfin) commencer

A partir de là, je reviens à un procédé plus conventionnel, appliquant quelques renforts sur les zones critiques et pour les volets intégrés et charnières élevon, appliquant les peaux en fibre de verre (80g/m², en diagonale), et ensachant le tout sous vide. Il n'y a rien de spécial avec ce processus, j'ai juste appliqué une technique bien connue utilisée pour les planeurs F3K. Si vous voulez aller plus en profondeur, je vous suggère Scratch Built DLG glider: Vacuum Bagging Wing in Resources .

Étant la première fois pour moi avec ce processus, je dois dire que le résultat était bluffant ! Si vous voulez voir le processus complet, regardez la vidéo Moulage de l'aile principale ci-dessous.

C'est la première photo du planeur complet. Notez que toutes les pièces sont toujours maintenues ensemble avec du ruban adhésif :

L'assemblage final

Avec une forme aussi complexe, il est important de souligner un alignement absolument correct de tous les composants. La première étape consistait à coller les bouts d'ailes (6° anédrique) aux sections principales de l'aile (6° dièdre). L'alignement en dièdre d'aile sur une aile en flèche est vraiment un casse-tête. Heureusement, j'avais encore les lits en mousse disponibles, et je les ai utilisés comme modèle, en ajoutant également un gabarit de renfort imprimé en 3D où se trouve le changement de dièdre :

Le joint a été renforcé avec un tissu en fibre de carbone à 45° et le tout a été serré avec un outil en mousse souple : cela offre une pression presque uniforme et une finition parfaite, grâce à une fine feuille de polyéthylène.

La partie la plus difficile était liée aux ailerons mi-envergure : je voulais qu'ils soient démontables, pour un transport facile, mais avec un montage très précis. Pour ce faire, j'ai collé deux tiges de carbone à l'intérieur des ailerons et imprimé en 3D le carénage de l'aileron. Deux tubes cylindriques en carbone ont été collés en position avec le carénage, mais maintenus séparés de l'aileron. Maintenant, j'ai un bon guide de référence pour percer deux trous dans l'aile. L'opération finale a été de coller le carénage à l'aile, avec le bon alignement. Toutes ces étapes ont pris beaucoup de temps, mais le résultat a payé.

Et enfin, vint le temps des finitions et de la peinture. L'aile est sortie du côté lourd; Je ne voulais prendre aucun risque sur les charges structurelles. Sur le prochain prototype, je pourrai probablement aller plus loin sur le longeron et les peaux. Pour cette raison, j'ai décidé d'opter pour une finition très légère, avec une seule couche d'apprêt avant la peinture finale. La surface de l'aile n'est pas parfaite et brillante — je ne suis pas un perfectionniste en matière de peinture.

Installation servo et électronique

La section de l'aile est très fine (10% d'épaisseur), j'ai donc utilisé des servos fins, et j'ai dû leur préparer un support spécifique car je voulais qu'ils soient facilement démontables. Devinez quoi - l'impression 3D aide (encore une fois).

Si vous souhaitez voir les détails de la préparation du boîtier d'asservissement, consultez la vidéo sur les supports d'asservissement disponible en lien dans les ressources .

Pour les liaisons servo, dans ce cas je me suis inspiré des standards F5J (voir les vidéos Flight Comp pour plus de détails). La tige de commande est en acier de 1,5 mm et les cornes de commande ont été fabriquées avec un sandwich de noyau imprimé en 3D et deux couches de carbone des deux côtés.

L'installation de l'équipement radio était impeccable, en raison de l'énorme quantité d'espace disponible dans la nacelle du fuselage. Si vous voulez voir plus de détails, il y a une vidéo spécifique - Processus d'assemblage , ci-dessous dans Ressources - où je montre également comment fonctionne le concept de menuisier d'aile.

Une dernière touche aérodynamique : les turbulateurs

Le nombre de Reynolds sur l'aile, à la vitesse de conception d'environ 11 m/s, varie de 50 000 à 150 000. Cela entraîne un risque potentiel de séparation des flux. Pour cette raison, j'ai décidé d'implémenter des turbulateurs sur toute la surface supérieure de l'aile, et sur la surface inférieure des bouts d'aile : encore une fois, le moyen le plus simple d'obtenir ces turbulateurs était de les imprimer !

Considérations finales

Cela a été un très long voyage. Il m'a fallu beaucoup trop de temps pour construire ce premier prototype. Je suis sûr qu'il y avait un moyen plus simple de le faire mais le plaisir ne vient pas seulement du vol, du moins pour moi. Concevoir et construire à partir de zéro vous permet de vous sentir en contact étroit avec votre projet. C'est un défi continu dans la résolution de problèmes aussi longtemps que vous progressez. Parfois, vous vous sentez très frustré, sachant que votre créature pourrait même ne pas voler ou s'écraser en quelques secondes.

Je dois dire que j'ai eu beaucoup de chance, puisque les premiers vols sont déjà effectués et que le Dream 2700 vole très bien, sans problème particulier.

Dans le prochain et dernier chapitre, je vous fournirai un rapport détaillé des caractéristiques de vol, et quelques idées que je souhaite mettre en œuvre sur un deuxième prototype (MVP2, selon la méthodologie Agile ) pour le rendre encore meilleur !

©2023 Dominique Bosco

Ressources

• Le parkour par Norbert Neumann et Sarah Koch — Notre guide montrera comment surmonter les règles de longue date et tracer une voie claire
  vers une entreprise plus agile et compétitive, en s'inspirant du sport tendance »Le Parkour«.
• Agile pour le développement matériel par Dorian Simpson et Gary Hinkle. — Pour ceux que ça intéresse, un ebook sur leAgile for Hardware.
• Le frittage sélectif au laser Shapeways — « commence lorsque de fines couches de poudre de polymère sont dispersées sur la plate-forme de fabrication. Un laser CO2 contrôlé par ordinateur trace la section transversale de la conception 3D sur la poudre. Il scanne ensuite chaque couche, les fusionnant toutes ensemble… »
• Dream 2700 Scale Sailplane Wings Foam Cutting par l'auteur sur YouTube. — « Découpe des deux premières sections de ma conception de planeur sans queue. Les résultats ne sont pas mauvais.
• Supra 3.4m TD/F3J Sailplane par le professeur Mark Drela tel que publié sur le site Web de Charles River Radio Controllers. — « L'aile Supra est une légère modification de l'aile Aegea. Le balayage a été éliminé, principalement pour réduire les charges de torsion de lancement volets sortis d'un facteur de… »
• Scratch Built DLG Glider: Vacuum Bagging Wing par Wind & Wings sur YouTube.
• Moulage de l'aile principale par l'auteur sur YouTube. — "Un timelapse du processus que j'ai suivi pour mouler mes ailes. Je dois améliorer la finition du bord d'attaque, comme je l'ai déjà fait pour la seconde moitié de l'aile.… »
• Servo Mounts par l'auteur sur YouTube. — "Dans cette vidéo, je vais montrer ma méthode d'installation des servos. J'ai utilisé des supports de servo sur mesure, imprimés en 3D en PLA… »
• Flight Comp sur YouTube. — "Flight Comp concerne les planeurs RC. Nous sommes passionnés par ce que nous faisons et voulons le partager avec vous.
• Processus d'assemblage par l'auteur sur YouTube. - "Ceci est la procédure d'assemblage finale de mon modèle réduit de planeur rc. Tout est serré et solide, signe d'une construction précise… »