Liasses

Chouchenn

Plans du NL01 FPJLN de Louis NOBLET

Avertissement

Le ‘’Chouchenn’’ est un petit avion biplace côte à côte de 284 Kg de masse à vide, de 8.5 m d’envergure qui décroche à pleine charge à moins de 70 Km/h tout sorti. Motorisé avec un Jabiru 2200 il croise à 218 Km/h à 75% pour une consommation de 14.5 L/h. Déjà présenté dans le Cahier du RSA n° 272 en 2011 il a aujourd’hui 425 h au compteur et voit bientôt arriver sa 2ème visite de navigabilité. Ces cinq années depuis la mise en vol ont permis d’approfondir les performances de la machine et parfois d’apporter quelques améliorations. Pendant cette même période il a été possible de mettre au propre les croquis au crayon qui avaient servi lors de la conception/construction. Ce travail à priori assez ingrat s’est avéré finalement très utile et même intéressant pour au moins deux raisons. La première est que cela a abouti à un document composé de schémas et images lisibles et espérons le parfaitement exploitable. La seconde est que cette démarche s’est transformée en une vaste révision générale sur le papier.

En effet lors de la reprise des croquis, revenaient les mêmes questions qu’au moment de la conception : celles des choix technologiques, de la qualité d’exécution, des contrôles de fabrication, difficultés de démontage de maintenance etc. En définitive, 3 ans après le premier vol, il apparaît que peu de choses mériteraient de profondes corrections. Il ne s’agit pas d’affirmer que tout est parfait mais plus simplement que l’avion correspond bien au cahier des charges fixé. Il correspond aussi à ce qui était accessible comme matériaux, outillage, informations et compétences du constructeur à l’époque de la construction. On pourrait naturellement trouver facilement des améliorations possible tant dans le gain de masse que la simplification (réduction du nombre de pièces et des assemblages).

Ce fastidieux travail de mise en plans a duré plus que prévu et s’est finalement concrétisé par une dizaine de livrets consacrés chacun à une partie spécifique de l’avion : fuselage, aile, empennages, atterrisseur, commandes de vol, motorisation, électricité... Les plans ainsi élaborés n’ont pas l’aspect industriel ’’académique’’ habituel. C’est à la fois une possibilité qu’offre le logiciel de saisie et choix délibéré afin d’être mieux compréhensible même par ceux d’entre nous qui n’ont pas de formation technique. Il n’empêche que toute réalisation à partir de ces documents suppose de la part du constructeur une connaissance approfondie des matériaux et des règles de l’art du domaine considéré. Par ailleurs si certaines cotes ou informations semblent manquer c’est souvent pour la clarté du dessin et parce qu’elles peuvent être déduites : par exemple l’inscription ‘’M6’’ sur un plan suppose un perçage à Ø5, etc.

 

La construction du ‘’Chouchenn’’ a débuté en 2002 pour s’achever fin 2010 avec le souci de pouvoir être classé ULM. Dans les débuts il n’était pas toujours simple de trouver la bonne information, le bon produit, et parfois le bon outil. C’est ce souvenir et la volonté de partage qui a motivé le projet de produire une liasse de plans et de la rendre ‘’open source’’. L’ensemble des livrets évoqués plus haut sera ainsi communiqué au RSA pour être mis en ligne sur son site. Afin de permettre une ultime relecture ceci se fera par épisodes mais au final les membres du RSA auront accès à l’ensemble de la liasse. Des amis expérimentés et pleins de sagesse m’ont mis en garde contre les périls que pouvaient cacher une telle démarche. Il est donc nécessaire de bien mettre les choses au point :

Les plans proposés témoignent rigoureusement du travail réalisé pour la fabrication du ‘’NL01’’.
Pour l’instant ces documents ne peuvent n’être utilisés qu’à des fins d’information et documentaire ou comme ‘’source d’inspiration’’.
Ultérieurement, si d’aventure le besoin s’en faisait sentir, on pourra envisager d’établir les formalités autorisant la construction de l’appareil à l’identique.

Restrictions :

La diffusion numérique des plans sur support physique n’est pas autorisée
La production et diffusion de version papier n’est pas autorisée
L’utilisation des plans à usage commercial est interdit


Caractéristiques techniques

Fuselage
Longueur : 5.645 m ht
Largeur : 1.10 m au maître bau
SM : 8.1 m²

Empennage H
Envergure : 2.5 m
Corde : 0.6 m
Surface : 1.5 m2
Profil : NACA 12 modifié
SM : 3 m²

Empennage V
Profil : NACA modifié
Surface totale : 0.738 m2
Surface direction : 0.312 m2
(41%)
SM : 1.37 m²

Motorisation
Jabiru 2200A
P : 85 CV / 3300T/mn
Conso : 15 l/h
Autonomie : 4h
Hélices : Bipale bois 1.47m, pas : 1.1m

Masses
A vide 284 Kg
A pleine charge : 498 Kg
Carburant : 50 Kg (70 l)

Centrage
17 à 36%

Aile
Envergure : 8.5 m
Profil NACA 23015 Corde : 1 m
Allongement : 8.5
Surface : 8.5 m2
Dièdre : 3°
Vrillage : -1°
Ailerons : 1.2m., corde 256 mm
Volets : simple fente 2.3 m ,
corde : 256 mm,
déflexion : 0°,13°, 35°
SM : 17 m²

Vitesses
VNE : 270 Km/h,
V croisière : 218 Km/h/75%
V décrochage en lisse à masse
max < 90 Km/h
V décrochage à 13° de volets et masse
max < 78Km/h
V décrochage à 35°de volets et masse
max < 70 Km/h
V rotation 95 Km/h

 


1ère partie : Le fuselage et poste de pilotage/habitacle

Fuselage

L’ossature du fuselage est constituée de 10 cadres et de 6 lisses en bois. Cette structure est ensuite coffrée de CP d’okoumé dont l’épaisseur varie de 1.5 à 2.5 selon les contraintes à subir.

Les 2 lisses supérieures sont fabriquées séparément en lamellé collé à partir de lattes de pin d’Orégon de 30x8 mm. A l’AV au niveau de la pare-feu jusque la partie AR du cockpit, la section de bois est constante (30x32) pour décroître progressivement et finir à 30x16 mm à l’étambot.

Les lisses du bas sont réalisées de la même manière à partir de baguettes de 18x10 mm pour obtenir une section constante de 18x20 mm.

Les cadres ont pour fonction de donner la forme au fuselage et de reprendre les efforts des ailes, de l’atterrisseur et des empennages. Ils sont donc dimensionnés en conséquence. La cloison pare-feu est confectionnée à partir d’une plaque de CP de 15 mm évidée puis comblée de mousse et revêtue sur ses 2 faces de CP OK de 2 mm. Les cadres les moins sollicités sont constitués d’un simple CP 2mm bordé de baguettes de pin d’Orégon de 18x20. Pour les autres ils sont renforcés localement de CP de 18mm et de baguettes 18x20 et reçoivent une deuxième face de CP. Par ailleurs, les cadres N° 2 et 3 sont équipés d’inserts ou de renforts d’alu 2017 afin de contrer le matage au niveau des broches d’aile et de train principal.

L’anodisation permet de protéger sérieusement le métal contre l’oxydation et le couple galvanique qui peut se former au contact du tissu de carbone utilisé localement en renfort.

Après la confection des lisses et des cadres, l’assemblage est effectué « quille en l’air » sur un chantier confectionné à cet effet. Après ébavurage, le bordé est collé puis le fond et enfin les flancs obliques qui constituent le bouchain. Ce travail ne présente pas de difficultés particulières et est très agréable car on voit rapidement les premières formes apparaître. Après séchage, on procède au retournement de la ‘’barque’’ qui est devenue très rigide ce qui permet de poursuivre le travail sur la partie dorsale du fuselage dans le bon sens.

Pour le dos du fuselage, les différents cintres en CP garnis de mousse de polystyrène sont collés à leur emplacement respectifs sauf à l’avant où il est préférable d’attendre d’avoir posé la jambe de train AV, les palonniers et le réservoir. L’accès aisé simplifie grandement ces tâches. Il en est de même pour le coffrage qui est appliqué partout sauf à l’avant et sur l’étambot où il reste encore bien des choses à faire.

A ce stade du travail, il a fallu percer les trous de 20 et 18 mm dans les cadres 2,3 et 4 pour le passage des broches d’ailes et de train. L’opération sur le prototype a nécessité beaucoup de patience et un outillage spécifique pour être réalisée avec la précision requise. La partie gros oeuvre du fuselage est maintenant achevée.

A noter que tous les collages bois sur bois ont été réalisés à l’aide de la résine époxy chargée de fibres végétales. Le fabricant propose un fascicule donnant caractéristiques et performances des différentes résines et charges. Le collage de l’alu anodisé sur bois se fait avantageusement avec la polyuréthane PPU 100 (nbx essais) qui s’est avérée très efficace, simple et rapide à mettre en oeuvre.

Les plans proposés sont accompagnés de nombreuses images de synthèse qui donnent des vues d’ensemble permettant bien percevoir les assemblages. Le code des couleurs adopté ici pour les matériaux sera respecté sur l’ensemble des plans.

Le poste de pilotage

Il se compose du tableau de bord, la console centrale et le tunnel. Un autre chapitre sera consacré au reste de l’habitacle en particulier à la verrière et aux sièges et harnais.

Le TdB est en CP sandwiché d’un feuille d’alu d’un côte et stratifié verre (100g) époxy de l’autre.

On dispose ainsi d’un plan de masse et d’une protection optimale du CP. A l’époque des choix pour les instruments, les EFIS faisaient juste leur apparition dans le monde amateur et les tablettes n’existaient pas encore. Ceci dit pour expliquer dans le plan de perçage, le grand espace vide situé au dessus des interrupteurs. Il est aujourd’hui occupé par une tablette/GPS.

Autre détail : entre la fabrication de la planche de bord et l’achat des VHF et transpondeur, il s’est écoulé assez de temps pour que les modèles et leur encombrement changent… Le réservoir de carburant situé juste en avant a dû être déposé et garni d’alvéoles pour faire la place nécessaire au nouvel encombrement. Les équipements de pilotage/navigation se trouvent placés face au pilote et les instruments moteur à tribord.

La console centrale également en CP supporte les commandes de starter et de réchauffe carburateur. Plus bas on trouve une platine de commande électrique des volets. Le volume de la partie verticale permet aussi de loger le HP de la VHF ainsi qu’un module 12/6V nécessaire à l’alimentation du casque anti-bruit.

Le tunnel supporte uniquement le switch de trim de profondeur. Des lumières permettent le passage des leviers de commande de frein et de gaz. Sa fonction secondaire est de masquer et protéger le passage des câbles de palonniers, du câblage électrique, de la bielle de profondeur et la commande de volets. C’est donc une enceinte très occupée ou l’espace est compté.

Console et tunnel sont fixés au fond du fuselage via des renforts dédiés.


2ème partie : Verrière sièges et harnais

La verrière

Sur un prototype le choix de la verrière est le plus souvent conditionné (question de budget) par ce qui est disponible chez les fournisseurs habituels sinon il faut se lancer dans l’aventure de la fabrication personnelle. Ce fut le cas pour le Chouchenn.
Pour la petite histoire, connaissant la difficulté de l’opération, cette fabrication devait à l’origine être confiée à un professionnel local. Une forme mâle en bois et composite a été confectionnée en conséquence. Malheureusement, sous estimant les difficultés et faute d’équipement spécifique le façonnier a dû renoncer. Il a alors fallu reprendre les choses de façon amateur :

- Fabrication de 2 moules en creux (côtés G et D) à partir de la forme mâle et adoption du procédé de moulage par dépression. De cette manière les dimensions et l’outillage sont devenues plus accessibles. Quelques précautions s’imposent pour la réalisation de tels moules en composite car Ils vont devoir supporter des températures élevées (> 150 °C) sans se déformer en excès. La résine utilisée doit donc supporter cette température et le drapage doit être le plus uniforme possible.

Toute modification d’épaisseur de stratification induit des modifications de la forme aggravée sous contraintes et à chaud. Finalement ces déformations se retrouvent dans la pièce moulée.
De même il faut soutenir le moule grâce à un cadre support (en bois) qui n’aura aucun effet sur la partie utile. On renforce donc les bords tombés périphériques par deux épaisseurs de CP15 qui recevront d’un côté les jambes du support et de l’autre un joint d’étanchéité en caoutchouc.

- Fabrication d’une étuve de taille suffisante (1.7x1.9 x 0.8 m int.) en mesure de recevoir les moules en creux décrits plus haut. Elle est réalisée en médium de 20 mm sur armature en bastaing en pin de 65x75 équipée de roues pour d’éventuels déplacements. Extérieurement isolée par de la laine de verre et recouverte d’une bâche contre la pluie ; intérieurement elle est tapissée d’une couche d’aluminium alimentaire. Le chauffage est confié à 4 convecteurs domestiques de 1.5KW/220V. Une turbine dont le moteur est placé à l’extérieur assure l’homogénéité du chauffage. La face AV constitue une porte basculante munie d’un hublot qui permet d’enfourner aisément le moule et son bâti et de contrôler visuellement l’évolution des opérations. L’étuve ainsi réalisée montait à 150°C en 3H environ à pleine puissance et en plein air...

Le matériau utilisé pour la verrière, le méthacrylate de méthyle de 3 mm, devient très malléable à partir de 130°C. Ce matériau se trouve aisément s ous la forme de plaque coulée de 1800x1100 pour moins de 100€. Une des faces est traitée UV.
La méthode de moulage par dépression reste simple même s’il faut quelques précautions et essais préalables pour éviter le gâchis. Globalement la procédure adoptée a été la suivante :
On enfourne la feuille de PMMA posée sur le moule et sommairement fixée. Au bout de quelques minutes la feuille s’affaisse à cause du ramollissement. Il faut alors sortir le tout et pincer le PMMA sur toute la périphérie du moule pour faire l’étanchéité. Un petit orifice judicieusement placé dans le bas du moule est alors raccordé à une pompe à vide extérieure.
Quand tout est prêt, on ré enfourne et laisse chauffer à coeur. A ce moment la pompe à vide est mise en service et on peut suivre l’évolution par le hublot car il s’agit alors de couper l’aspiration juste avant que le PPMA ne vienne obturer l’orifice d’aspiration, ce qui marquerait la matière. Il faut ensuite laisser descendre la température doucement et tout se fige. Cette phase de moulage est toujours un moment assez spectaculaire.

Moulage

Compte tenu des moyens utilisés et le manque d’expérience de départ, les résultats sans être parfaits, sont tout à fait exploitables. Naturellement, si c’était à refaire cela serait mieux et plus rapide en se rappelant que toute négligence en cours de fabrication se retrouve gravée dans la matière.

Les fixations :
Par la suite, les deux pièces obtenues sont garnies d’un arceau central en verre époxy qui fait la liaison et la bulle ainsi obtenue est montée sur un cadre en tube de18x20 en 2017 anodisé et en acier sur la partie AV. Cette dernière est équipée de pattes soudées qui reçoivent ensuite les charnières d’ouverture. La mise en forme des tubes en 2017 par trempe fraîche et cintrage laisse encore aujourd’hui un souvenir mitigé… La bulle en PMMA est collée sur les tubes du cadre à l’aide du mastic SIKA 255FC plus un primaire spécifique pour l’aluminium et quelques vis de positionnement. Un joint de mousse assure l’étanchéité avec l’habitacle.

Cadre articulé et outil de cintrage des tubes

Le maintien au fuselage est assuré par les 2 charnières à l’AV et la fermeture à grenouillères sur l’AR. Deux pseudo vérins latéraux maintiennent la verrière en position ouverte.

Verrière achevée et présentation sur le fuselage

 

Sièges et harnais

Les 2 sièges en composite verre-époxy sont identiques ce qui simplifie la fabrication. Seuls les percements des ouvertures pour le passage des manches diffèrent. Les sièges sont réglables en hauteur d’environ + 50 mm et de 40 mm d’AV/AR. La fabrication d’un moule en polystyrène extrudé est nécessaire à la réalisation mais ne présente pas de difficulté majeure au fil chaud. Les plans donnent les différents profils de découpe.

Siège équipé

Montage dans le fuselage


La stratification se compose de 2 fois 2 couches de tissus de 300g prenant en sandwich une couche d’inertie en sphèrétex de 1.5mm. Deux bandes de renfort en carbone bibiais de 300g sont appliqués sur le dos au niveau des arrondis latéraux pour assurer une bonne rigidité.

Une crémaillère en cornière d’alu est fixée au dos des sièges pour le réglage en hauteur. Une bande renfort de 200x100 en verre de 300g est placée sous chaque cornière dont la base est ensuite recouverte de 3 couches de tissu débordant largement.
Pour la fixation des charnières AV on procède de même avec un tissu tampon de 50x150 entre la charnière et l’assise et 2x 3 bandes extérieures. Pour s’assurer contre l’arrachement de ce collage (lors d’un appui violent sur le haut du dossier) un rivet Ø 5 tête large est ajouté à l’assemblage (cf. plans).
Pour obtenir une teinte noire stable, la première couche de stratification a été effectuée à l’aide d’une résine chargée de pigment. Ensuite une garniture réalisée à partir de mousse de matelas de camping recouverte de Skaï apporte outre l’amélioration de l’aspect esthétique un minimum de confort bien apprécié lors des longs vols. La partie AR du siège est laissée à l’état brut de stratification.
Le réglage des sièges est obtenu grâce au système à crémaillère/portique (cf. plans) qui permet de sélectionner les trous d’engagement (incrément de 20 mm) selon les besoins en hauteur, le siège pivotant sur la charnière avant. Cette dernière peut aussi être décalée de 40mm vers l’AV si nécessaire.
Concernant les harnais, la norme indique des efforts à tenir de 9g vers l’AV et 3g vers le haut affectés d’un coefficient de sécurité de 1.3. Les ferrures de fixation, câbles de liaison sont donc dimensionnés en conséquence. Les 3 points d’ancrages nécessaires par siège sont placés sur C5 pour 2 d’entre eux et sur les lisses supérieures au niveau de C8 pour le troisième. Les harnais proprement dits sont d’origine automobile et de marque Sparco.

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