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A toute vapeur...

Les moteurs

Paul Simonet dans "Au temps de Clément Ader", Académie Nationale de l'Air et de l'Espace, 1994, avait signé un article complet de 18 pages sur l'installation motrice de l'Avion N°3.

Pas question de reproduire tout ça. Cette machinerie complexe est d'un fonctionnement difficile à comprendre sans une étude approfondie et avec le matériel sous les yeux.

Exemple d'explication (page 72) de la "Commande de puissance" :

Fig. 9 - Vue du détendeur-mélangeur ou régulateur-mélangeur, le bloc de puissance B à la disposition du pilote. A droite, corps alimenté en permanence en vapeur d'échappement. A gauche, corps recevant de la vapeur vive prise à la chaudière. Après détente et régulation de débit, elle pourra étre mélane à la vapeur d'échappement. La manette de droite sert pour la croisière établie, celle de gauche pour la mise en route et les accélérations.

D'abord, il faut se représenter l'image tournée de 90° à droite... ensuite il n'y a pas de "B"... ensuite il faudrait intégrer l'ensemble des trajets des différentes tuyauteries... etc... etc...

Impossible pour moi.

Un résumé succinct, des photos et des dessins devraient suffire à votre bonheur.... et au mien !

Un des moteur de l'Avion N°3, poids nu: 21,7 Kg. "Ader, inventeur d'avions", Pierre Lissarrague, page 193.

Ces moteurs à vapeur étaient la seule force motrice suffisamment légère et puissante utilisable à l'époque.

Chaque moteur pèse environ 22 kg et délivre 24-25 ch à la pression de 15 kg de vapeur.

Le groupe moto-propulseur complet avec ses hélices, ses deux moteurs, le générateur de vapeur, les réservoirs (vides) et le condenseur pèse 163 kg soit 3,4 kg par cheval.

Avec le pilote et les réservoirs (pleins ?) pour 361 Kg d'avion à Satory en 1897, le poids par cheval montait à 7,5 Kg/ch.

En 1903 le Wright Flyer pesait 338 Kg au décollage. Avec son système de propulsion de 12 ch pour 90 Kg, le poids par cheval était d'environ 28 Kg/ch. Enorme...

Et ça volait...

http://fr.wikipedia.org/wiki/Wright_Flyer

Un Dassault Rafale avec 50 000 ch, passerait de 0,2 Kg/ch (10 t, vide...) à 0,3 Kg/ch pour 15 tonnes.... sous réserve!

Assurément le monde avance. La preuve, en 2012, il est au bord du gouffre...

Mais pas de panique, nous allons faire un grand pas en avant.

(Vieux proverbe soviétique)

Les cylindres moteur sont disposés en tandem, c'est-à-dire en série, avec un étage à haute pression et l'autre à basse pression; il y a deux tandems côte à côte. Les 5456 tubes de la chaudière sont chauffés par des rampes perforées d'où sortent les vapeurs d'alcool méthylique (méthanol) préparées par le vaporisateur, sorte de carburateur chauffé à la vapeur.

Comme l'alcool du vaporisateur doit être chauffé par la vapeur issue de la combustion de l'alcool vaporisée par la vapeur..... j'ignore quel était le temps nécessaire pour démarrer le système.... Je crois savoir que personne ne le sait...

L'air nécessaire à la combustion pénètre dans le foyer à travers une série de grilles en aluminium (l'une d'elle est réglable, c'est un registre), percées de trous (4400) de plus en plus fins (10 et 4 mm) et après échauffement, il monte entre les tubes de la chaudière et ressort par la cheminée. La combustion de l'alcool ne fait pas de fumée et les moteurs à vapeur sont parfaitement silencieux.

Ce silence aurait été un avantage remarquable pour un appareil militaire.

Prévu pour gagner la guerre...

 

Essai moteur au Centre d'Essai des Propulseurs à Saclay (1987). Le couple est encaissé par un moulinet Renard (flèches).

Puissance mesurée, 25 ch pour 480 t/mn et 15 Kg de pression de vapeur. Conforme aux affirmations d'Ader.

Pégase N°45-46 - mai 1987

Sur la maquette, les deux moteurs électriques (à collecteur, Mabuchi 540) parfaitement silencieux également (!), étaient alimentés en série par 14 éléments cadmium-nickel (8-9 V par moteur), à travers un variateur analogique qui passait la puissance nécessaire. L'installation fut sponsorisée par Christian Tachet (Techni-Loisirs, Clermont-Ferrand, magasin disparu en 2011) et le chargeur double, à charge rapide, construit par René Bouchy.

J'avais mis tout le monde au boulot, pas de quartier... Merci à tous.

 

A gauche, le chargeur d'époque. La charge était contrôlée "à l'oeil" avec un voltmètre numérique. On observait la baisse de tension en fin de charge... Pas d'ordinateur à bord !

A droite, j'ai retrouvé un moteur grillé, le vernis du bobinage avait fondu, le variateur aussi...

L'installation mécanique est visible dans la première page "Avion N°3".

Il y a aussi d'autres images plus bas.

La chaudière, le condenseur

Principe d'un moteur à vapeur.

De la main de Clément... cliquer pour voir l'image totale. (Etude de l'Eole sans doute)

Là, c'était pas gagné....!

Alors que la chaudière produit bien évidement la vapeur à haute pression qui actionne le moteur, l'utilité du condenseur réside dans la récupération de la vapeur d'eau détendue. Il ferme le cycle de l'eau, c'est la source froide du système, mais il n'est pas indispensable au fonctionnement du moteur.

L'avion était prévu pour 3 ou 4 heures de vol, il en fallait bien un ... !

1) Schéma de l'installation motrice vapeur Ader.

2) Schéma de la chaudière. Avec ses 5456 tubes de laiton de 2 mm de diamètre pour 5 Km de longueur, elle pèse 77 Kg. Les brûleurs sont constitués par près de 10 000 orifices qui produisent autant de flammes en fonctionnement !

3) Schéma du condenseur. Son poids est de 17 Kg avec 4680 tubes de cuivre de 2 mm de diamètre pour 5 Km de long.

4) Diagramme de la force motrice.

Schéma coté et plus complet du groupe motopropulseur (Ader inventeur d'avions p. 288)

A gauche, l'appareil évaporateur de l'Avion N°3. Au centre, détail des tubes. A droite, condenseur.

Un travail de folie...

Régulateur de pression.

On notera en "e" et "e", les "écrous Ader" cannelés, en forme de tonneau, qui réclament le minimum de matière.

Bien vus, ces écrous sont toujours utilisés, c'était peut être une véritable invention durable...

Pour la maquette, la réduction exacte du condenseur, avec ses 4680 tubes répartis dans un ensemble de 18 panneaux, était totalement impossible. J'ai dû me contenter d'une structure en baguettes et bristol d'allure acceptable...

... vue de loin ...

La maquette n'a bien entendu jamais été essayée avec cette superstructure non "transparente" !

La Conclusion de Paul Simonet

Les motorisations Ader, à vapeur, sont des monuments d'ingéniosité technique et des chefs-d'œuvre de construction mécanique légère.

Avec sa dernière machine, Ader a réussi, à la fin du XIXe siècle, le premier moteur d'aviation méritant ce nom. C'est en réalisant, selon un mode de construction résolument aéronautique, une machine à vapeur de son temps, qu'il y parvint.

Le traitement qu'il fit subir à la chaudière multitubulaire, en tirage naturel, est, en particulier, tout à fait remarquable. En tous cas, il fut le premier à posséder une "force motrice" qui rendait possible le décollage d'un plus lourd que l'air normalement proportionné: poids, surface, puissance.

Cependant, la vapeur, avec son indispensable condenseur, est condamnée aux faibles vitesses de vol.

Ader s'en doutait-il, qui avait donné à ses avions des ailes de chauve-souris, dont il dit dans son célèbre brevet de 1890 qu'elles sont celles des petites vitesses?

Ader, le fabuleux ingénieur Ader, et la poignée de professionnels hors pair de son équipe, nous ont laissé une merveilleuse machine à vapeur volante!

Nous verrons plus tard si cette conclusion était bien inspirée.

L'Avion N°3 au CNAM

Fragment de la plaquette d'accueil que l'on reçoit à l'entrée du Musée.

Après sa restauration par le Musée de l'air du Bourget, terminée en 1990 pour la commémoration du "Centenaire de l'Aviation", l'avion est resté à l'entrée de la Grande Galerie jusqu'en 1994, date à laquelle il a retrouvé une place d'honneur dans l'espace du grand escalier du Musée des Arts et Métiers à Paris.

http://www.arts-et-metiers.net/le-musee

En visitant ce Musée parfaitement restauré, on ne peut qu'être séduit par les progrès réalisés depuis l'ancienne présentation.

L'Avion N°3 est suspendu au dessus de l'escalier, sa machinerie est présentée à portée de main, sur le balcon, portée par un fuselage en tube d'acier qui n'est pas celui que le Musée de l'Air avait construit en 1989 (première page avion3).

Ce n'est pas non plus le fuselage de présentation resté quelques années dans la Grande Galerie du Musée de l'Air.

On voit qu'il n'y avait qu'un seul moteur présenté.

J'avais pris ces médiocres photos sans doute en 1993.

Comme cette machinerie est celle de l'époque, on imagine que celle que l'on distingue dans la cabine de pilotage de l'avion ne peut être qu'une réplique, pas vraiment facile à fabriquer...

C'est sur ce site Chinois que j'ai trouvé les plus belles photos de l'avion et de son mécanisme :

http://www.afwing.com/intro/dream_of_bird/dream_of_bird-3.htm

En voici quelques-unes.

Dans les pages suivantes Pierre Lissarrague explique l'histoire détaillée de cette restauration.

http://www.vieillestiges.com/Historique/html/Avion%203_a.html

Avions à vapeur

Besler Steam Powered Airplane, le seul modèle grandeur connu, il a volé en 1933.

Google, dans l'infinité de sa mémoire trouve entre autres, ces références, pour cet avion:

http://www.rexresearch.com/besler/beslerst.htm

En modèles réduits, on trouve l'adresse ci-dessous.

http://www.flysteam.co.uk/index.htm

Pierre Eclancher, avait construit un modèle d'avion à vapeur publié dans MRA en avril 1994, N°652.

Une réalisation suberbe.

Cliquer pour agrandir : Page 1 - Page 2

Dans la page "siecle19", il est également question de vapeur, en particulier pour un modèle réduit d'Ader.

Des illusions chiffrées ...

Avec une envergure de 15,30 m et une longueur de 5,45 m, la hauteur de la structure de l'Avion N° 3 atteint 3 m, son poids à vide est de 245 kg et en charge 361 kg (essai de Satory) pour une puissance maximum de 48 ch (7,5 Kg/ch).

Avec tout son équipement électrique (14 éléments de 1,2 V pour deux moteurs), la maquette de l'Avion N°3 au 1/6 pesait environ 4Kg et disposait avec 30 A de courant, d'environ 500 W (0,7 ch). Sans tenir compte des pertes électriques et mécanique, le rapport poids/puissance serait de 5,7 Kg/ch, (plus de 6 Kg/ch en réalité, on se rapproche du grandeur).

Comme la maquette frisait les deux mètres cinquante d'envergure, sa charge alaire n'était "que" de quarante grammes par décimètre carré, une misère.

Le vol serait donc une formalité, surtout avec ces grandes hélices.

Et puis, les exigences étaient faibles, juste quelques décollage en effet de sol...

Hélas, tous ces beaux raisonnements étaient faux !

Trois effets d'importance ont invalidé ces théories.

- Premièrement, elle fut toujours impossible à centrer correctement, trop... avant !

C'était possible. Étant donné la faible longueur du "corps", le pénible déplacement vers l'arrière des deux moteurs et des quatorze éléments disposés, pour certains, à l'intérieur d'Ader lui-même, n'ont pas pu changer ce centrage d'une façon significative.

A gauche, ancien montage: Jaune et violet, courroies en vrac. Rouge, moteur démultiplié.

A droite: Moteur retournés et reculés, arbres de transmission et roulements sur la pièce blanche.

- Deuxièmement, la simple mesure de la surface d'une telle aile ne permet absolument pas de déduire une charge alaire globale pour la bonne raison que les différentes parties de la surface portante présentent des calages effectifs très différents à cause du gonflement de la toile et de l'important vrillage nécessaire à la stabilité. Ainsi, les extrémités calées à un angle très faible n'apportent qu'un effet de sustentation réduit et si la toile faseye au bord de fuite que devient la portance?

- Troisièmement, l'aile ne disposait, en dehors de son système d'avance et de recul, d'aucune possibilité de réglages.

La pire des erreurs.

On verra que dans la construction de la maquette de l'Eole, je n'ai pas été coupable des mêmes égarements.

Les essais de la maquette

Opération "fil de fer"...

Quand la maquette fut terminée, fin août 1990, une question se posa :

Comment expérimenter un tel appareil ?

Il ne nous paraissait pas évident que les essais d'une machine aussi particulière ne fussent point particuliers.

Train élargi et roulette anti-capotage.

A l'instar du capitaine Ferber en 1903, Guy imagina de pendre la machine sous un chariot roulant sur un câble tendu entre des poteaux, pour procéder sans risque de casse, aux premières expériences. Si de casse il ne fut point question, à aucun moment l'appareil ne manifesta le moindre commencement d'un début de sustentation!

En tenue de combat, Guy vérifie les vitesses de rotation.

La casquette de capitaine c'était moi...

On procède à la pendaison....

... Sous l'oeil attentif du chef...

Mission accomplie, merci Christian.

Les hélices tournent, René tient la machine tenue en laisse par Guy...

Résultat, aucun...

De cette belle journée, il nous reste des photos insolites et un souvenir ému. Il fallait trouver autre chose.

Essai en piste à Cournon d'Auvergne

Ces essais qui avaient lieu sur la piste de Cournon, grâce à la bienveillance du Président André Bertholet, étaient semi-nocturnes pour éviter le vent.

La roue avant additionnelle (prévue par Guy), ainsi que le train élargi, évitèrent le capotage au cours des premiers essais en conservant les hélices intactes.

Branchement batteries par René.

Toujours tenu en laisse, l'avion va s'élancer...

Mais l'affaire s'annonçait mal, les roulages étaient incohérents avec une tendance très forte à piquer du nez, l'action du gouvernail était faible et celle de la roue arrière directrice était nulle car elle quittait le sol aux premiers tours d'hélice !

Puis ce qui devait arriver arriva, à la suite d'une cabriole plus violente que les autres, les hélices touchèrent le sol et furent endommagées. Horreur, malheur, nous étions attendus à Muret quelques jours plus tard pour présenter la maquette... en vol... et elle n'était même plus capable de rouler !

Je forgeais alors, avec grande précipitation (à peine deux jours), des bipales d'aluminium (page précédente), qui rapidement équilibrées, apportèrent au mépris de l'aspect maquette, les effets de traction nécessaires. Ces hélices résistaient bien aux mauvais traitements et j'entends encore leurs crissements sur le bitume.

Nouvelles hélices.

Au fil des essais, échec après échec, un état de grande consternation s'installa, chacun avançait son hypothèse, des gueuses de plomb allèrent jusqu'à se fixer sur la queue, mais peine perdue, il n'y eut pas l'ombre d'un soulèvement.

Fort heureusement, c'était l'époque de la Foire Exposition et l'occasion d'aller noyer notre chagrin dans l'excellent cassoulet d'un restaurant du sud-ouest..! Le rapprochement avec Toulouse était amorcé...

Les Fêtes du Centenaire

Pégase, juin 90, N°58

"Hommage à Clément Ader", composition de Jean-Pierre Allaux

Cliquer pour agrandir

En cette année 1990, en France, sous le Haut Patronnage de Monsieur François Mitterrand, Président de la République Française, dont je ne vous dispense pas de lire la lettre enthousiaste, s'organisa un déluge de comités d'organisation, de soutien, d'honneur, afin d'orchestrer les nombreuses manifestations à la gloire du rayonnement franco-hexagonal de Clément Ader.

Une plaquette de 14 pages donnait tous les détails.

"L'homme qui donna des ailes au monde"

Première page, cliquer pour lire la suite

Pour l'occasion Clément Ader devenait le fils spirituel de Léonard de Vinci...

Ses "descendants" furent retrouvés, alors que sa fille unique n'eut pas de progéniture... (Icare N°68, page 109)

Dans mes archives, j'ai compté 121 personnalités et 27 sociétés, impliquées à des degrés divers dans 28 manifestations, entre mai et décembre, en voici quelques unes...

Du 21 au 24 juin, le "Paris Air Trophées" présenta au Bourget une "réplique de l'Eole" construite par un groupe d'élèves de l'École Centrale de Paris, baptisé "Eole 90". Les aventures de cet appareil, sensé traverser la Manche durant l'été, sont décrites dans un chapitre particulier de la page conclusion ader.htm

Les 6 et 7 octobre à Gretz-Armainvilliers, l'inauguration du "Golf Clément Ader" sur les lieux d'essais de 1890, fut l'occasion de présenter une réplique statique (mais avec un moteur à explosion...), made in Japan (...), car le terrain est la propriété d'une société japonaise.

Les cahiers du RSA (Réseau du Sport de l'Air) ont publié un article sur les constructeurs et les caractéristiques de cet appareil après l'inauguration du golf.

(...) Un hommage tout particulièrement digne d'intérêt est la construction d'une réplique du premier appareil de Clément ADER, l'EOLE, par un professeur et ses élèves du Département d'Etudes Aérospatiales de l'Université de Nihon au Japon.

Cette reconstitution a été faite pour commémorer le premier envol de l'EOLE et elle est restée en France ensuite. Un très bel hommage du Japon à ce grand précurseur que fut Clément ADER, hommage auquel nous sommes particulièrement sensibles et dont nous remercions bien vivement Monsieur Tsuneo NOGUCHI et ses élèves.

Nous présentons ci-après un document de M. NOGUCHI envoyé à la COMMISSION INTERNATIONALE DES AMATEURS CONSTRUCTEURS D'AERONEFS (C.l.A.C.A.) de la Fédération Aéronautique Internationale (EA.l.) dont le R.S.A. fait partie.

UNE REPLIQUE DE L'EOLE

1) L'HISTOIRE DE L'APPAREIL

"EOLE" a été conçu et fabriqué par Clément ADER et il effectua son premier vol le 9 octobre 1890 à Gretz Armainvilliers en France, la distance parcourue était de 50 mètres.

Ce vol précédait de 13 ans celui des frères WRIGHT. Cet avion monoplace était équipé d'un moteur à vapeur de 12 ch entraînant une hélice à l'avant de l'avion. Cet appareil était inspiré de la chauve-souris et les ailes étaient repliables comme celles de l'animal.

2) LA CONSTRUCTION

Il n'y a ni documents ni plans de l'EOLE à part une photographie et des notes avec quelques croquis d'ADER. Ils sont au Musée de l'Air et de l'Espace du Bourget. Pour notre réplique de l'EOLE, Monsieur Pierre LlSSARRAGUE, du Musée, nous fournit copie de ces documents. Je visitais aussi ce musée et observais l'Avion 3 qui y est exposé.

Nous avons passé de nombreuses heures à établir les plans de l'EOLE.

La structure de l'appareil d'origine était faite de tubes de bois carrés collés et marouflés comme les matériaux composites actuels. Nous avons utilisé des tubes carrés d'alliage d'aluminium pour notre structure. La partie la plus difficile fut de reconstituer le système de repliage des ailes et d'obtenir une bonne élasticité.

Nous y avons passé de nombreuses heures et fabriqué trois voilures d'élasticités différentes.

La réplique de l'EOLE est équipée d'un moteur quatre temps d'automobile, elle peut rouler et même décoller. (...!)

Elle fut envoyée en France pour la cérémonie d'inauguration du monument à Clément ADER le 8 octobre 1990.

Cette réplique y fut exposée et roula au sol grâce à son moteur. Il a fallu 8.500 heures pour la construire, elle est restée en France.

Envergure : 12,42 m
Longueur: 4,66m
Surface : 27,47 m2
Masse à vide: 220 kg

3) LES CONSTRUCTEURS

M. Tsuneo NOGUCHI Professeur assistant NIHON UNIVERSITY. Collège de Science et Technologie Département d'études aérospatiales, et six étudiants de ce département.

Texte anglais
Traduction L. CARIOU

Guy et son épouse, qui assistèrent à cette manifestation, ont rapporté des photos.

Une plaque commémorative fut inaugurée

PASSANT... En cet endroit, pour la première fois au monde. Clément ADER fit décoller une machine plus lourde que l'air qu'il dénomma "Avion" et qu'il baptisa "Eole". C'était le 9 Octobre 1890

Du 9 octobre au 15 janvier, c'était l'exposition "Ader l'aérien" au Musée de l'Air du Bourget avec la présentation de l'Avion N°3 magnifiquement restauré. Pierre Rogé, modéliste de Cournon, exposait une maquette statique de l'Eole et Guy avait installé la maquette de l'Avion N°3 dans une vitrine.

Invités à la soirée d'inauguration le soir du 9 octobre, nous avions fait, avec ma compagne, un voyage éclair au beau milieu de la semaine.

Pouvait-on manquer le centenaire de l'aviation ?

Et un verre de champagne ?

Quelques semaines plus tôt, le 15 et 16 septembre, nous étions les invités du club modéliste "Eole" de Muret, sous la présidence de Bernard Puginier, qui avait eu l'heureuse initiative d'organiser un meeting international de modélisme.

A l'occasion de ce centenaire, notre groupe d'amis de la région Auvergne avait souhaité rendre avec sincérité, dans la mesure de ses moyens, et en fonction de la sensibilité de chacun, un hommage à la mémoire de Clément Ader.

C'est ainsi que Jacques Vitiello illustra ses visions allégoriques du premier vol humain en composant trois tableaux de grande taille.

En préparation dans l'atelier

En exposition à Muret

Joël Devienne sculpta dans le bois une représentation de l'Eole.

Pierre Rogé construisit trois modèles statiques de l'Eole.

L'accueil des quatorze membres de notre groupe au club "Eole" de Muret fut parfait en tous points, et un grand hall d'exposition était prévu pour présenter nos travaux.

C'est alors que le gardien tenta une menace sur la fine équipe ...

... qui n'eut même pas peur...

On ne saura nous faire grief d'avoir manqué de discrétion en osant ce jour là nous habiller comme au début du siècle. Ce message de gaieté n'avait pour ambition que de rappeler le charme d'une époque, celle de Clément Ader.

Pour nous tous, un inoubliable grand moment

Alain, Claudie, Ginette, Claudie, Maryvonne, Eliane, René, Eliane.

Guy, Ginette, Christian, Maryvonne, Guy, Ginette.

Jacques, Christian, Jean-Louis, René, Joël, Claudie, Ginette, Eliane, Marie, Maryvonne.

Aquarelle de Jacques Vitiello

Si durant ces deux jours, les nombreuses tentatives de décollage de la maquette de l'Avion N°3 n'ont pas été couronnées de succès, nous avons, je l'espère, recueilli l'estime des personnes présentes, devant la ténacité de notre action....

Joie et mélancolie, c'est la vie...

... c'est aussi l'agrément du modélisme.

On peut voir sur le film ci-dessous (en regardant bien...), que les meilleurs roulages étaient le résultat d'une diminution improvisée du calage de la queue pour obtenir une double courbure. D'une précision douteuse, cette modification était possible en raison de la présence de l'âme métallique ductile à l'intérieur des membrures.

Si l'avion n'a jamais réussi à décoller je m'en excuse et demande l'indulgence du jury au titre qu'une expérience peut ne pas forcément réussir du premier coup...!

Essai maquette Avion N3

Vous excuserez aussi la mauvaise qualité du film...

C'est un charme supplémentaire !

Le télégramme du temps...

C'était le 14 octobre 1947, soit 50 ans jour pour jour après les essais de Clément Ader sur l'Avion N° 3 à Satory, que le mur du son fut franchi par Chuck Yeager sur le Bell X-1. Qui saura pénétrer les causes secrètes des choses ?

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