LES AILES N°581, 4 aout 1932

Trois aspects de l'hydravion « Pc-7 » pendant le déjaugeage

LE PROBLEME DE L'HYDRAVION RAPIDE

La réalisation de l'hydravion «Pc-7»

«Les Ailes», dans leur précédent numéro, au moyen de larges extraits empruntés à l'étude publiée dans «Revista Aeronautica», ont montré ce qu'avaient été les recherches du Dr Giovanni Pegna en matière d'hydravions de course, recherches qui l'avaient conduit à concevoir le fameux «Pc-7». Voici, de la suite de cette intéressante étude, de nouveaux extraits concernant, cette fois, la construction et les essais de l'hydravion. Ajoutons que nous devons à l'obligeance de l'ingénieur Pegna les documents que nous reproduisons.

Ce que j'ai déjà dit de mon hydravion de course «Pc-1» et des suivants montrent bien que j'étais décidé à abandonner la construction classique. Je voulais réaliser, au moyen d'idées qui n'étaient pas neuves, mais dans un ensemble nouveau, un hydravion qui fut rapide, non seulement grâce à la très grande puissance de son moteur, mais à cause de la diminution de la résistance à l'avancement.

J'avais, comme je l'ai dit, fait passer la difficulté du domaine de l'aérodynamique dans celui de l'hydrodynamique. Je n'en tirai pas de grands avantages et même je rencontrai aussitôt des ennuis tels que si je n'eusse pas déjà commencé la construction du «Pc-7» je serais revenu au «Pc-1».

Les méfaits de la cavitation

Le terme "cavitation" est inexact, on doit parler d'aération ou de ventilation. Pegna aurait utilisé par défaut ce terme qui lui paraissant le mieux adapté (dans l'hypothèse ou il ne connaissait pas le mot "ventilation"). Il parlait d'un phénomène "analogue" en l'expliquant parfaitement : "l'eau se décollait soudain de la face dorsale des foils et l'air remplaçait l'eau", il avait bien compris les effets de la ventilation.

Dans les premières expériences de remorquage, jusqu'à des vitesses de 5 ou 6 m/s, le modèle se comporta de façon merveilleusement régulière, exactement comme je l'avais prévu. La proue se soulevait jusqu'à une position qui permettait de mettre en marche l'hélice aérienne, tandis que la poupe émergeait jusqu'à un petit plan fixé en A.

Cependant, au delà de ces vitesses, le modèle commençait à se comporter de façon fort variée. Tantôt soulevé, il retombait sur l'eau où il continuait à se mouvoir comme s'il n'avait pas eu d'ailettes, tantôt, il donnait de la bande, et finissait par faire un tour complet autour de son axe longitudinal.

La cause en était due à un phénomène analogue à celui que les marins connaissent sous le nom de cavitation et qui se produit à l'arrière des hélices marines lorsque celles-ci tournent au-dessus d'une certaine vitesse périphérique. Quand la vitesse du modèle atteignait une certaine valeur et que les ailettes étaient presque complètement émergées -immersion de 1 à 2 cm- l'eau se décollait soudain de leur face dorsale et l'air remplaçait l'eau. La portance des ailettes était, dès lors, due seulement à la surface inférieure, et le Cx tombait à des valeurs très basses, au quart des valeurs primitives. Si le phénomène se produisait simultanément sur les deux ailettes, le modèle retombait droit, sinon il donnait de la bande.

J'essayais d'abord des diaphragmes verticaux et horizontaux sur les ailettes, afin d'obstruer le chemin que suivait l'air attiré par la dépression hydrodynamique sur le dos des ailettes.

On sait que quand cette dépression -qui, dans l'eau, à égalité de vitesse, est environ 800 fois supérieure à la même dépression dans l'air- dépasse un kilogramme au centimètre carré, la cavitation se produit. Mon expédient ne fut que faiblement efficace comme on pouvait le prévoir, étant donnée la nature physique du phénomène. Je découvris la solution le 18 décembre 1928, à huit mois seulement de la Coupe Schneider. Dans mon journal de cette époque, je retrouve cette phrase: « II faudrait utiliser, au lieu de chercher à l'éliminer, le phénomène de la cavitation et se baser seulement sur la pression hydrodynamique sur le ventre de l'ailette » .

Le 19, j'avais déjà terminé toutes mes expériences précédentes et celles du jour précédent par la note: «Dans le déjaugeage, quand l'hélice marine fonctionne. l'appareil doit s'appuyer en C et en A. Aux vitesses plus grandes, quand l'hélice aérienne fonctionne, et qu'il est utile d'éliminer la résistance hydrodynamique de l'hélice marine, l'appareil doit s'appuyer en C et B, donc décoller.

L'amerrissage doit se produire en faisant porter sur l'eau simultanément, ou presque, C et B. Il faut donc essayer les ailettes A et B en liaison avec l'ailette C... »

Les nouveaux essais donnèrent un bon résultat et il ne resta plus qu'un passage de vitesses délicat entre 30 et 36 km où se manifestait une instabilité latérale. Toutefois, je ne m'en inquiétais pas, persuadé que des petits ailerons, dans le genre de ceux dont j'ai déjà parlé, ou la façon de piloter pourraient y remédier.

Les ailettes hydroplanes

Si l'on étudie les rapports portance-résistance d'une surface plane rectangulaire, glissant à la surface de l'eau à diverses incidences - expériences faites au Bassin Froude de Budapest - on trouve une courbe qui monte quand l'angle d'attaque croît de 0 aux environs de 4°, avec un palier de faible variation quand l'angle d'attaque varie de 3 à 5°. Le rapport décroît ensuite et passe - quand l'angle d'attaque atteint 7° environ - à la valeur qu'il avait pour l'angle d'attaque nul. Ces rapports ou finesses ont trait à un allongement d'environ 2,5 de l'ailette hydroplane. Quand cet allongement décroît le rapport s'améliore un peu.

Il résulte de cette courbe que, par un choix judicieux des angles d'incidence réelle et donc également des positions relatives des ailettes hydroplanes, on peut réaliser un rapport 1/7 entre la résistance hydrodynamique et le poids de, la machine, ce qui est en faveur de la solution adoptée dans le « Pc-7 ».

Dans la pratique, cependant, le prototype du « Pc-7 » se trouvait en condition d'infériorité pour les raisons suivantes:

1° Les ailettes hydroplanes ne peuvent se construire avec un bord d'attaque horizontal parce que, étant donnée la faible portance d'aile, il y aurait des sautillements insupportables à partir de 10 km/h. Cela fut confirmé par des expériences sur modèle réduit.

2° Les ailettes hydroplanes ne semblent pas avoir leur meilleure forme quand elles sont rectangulaires. Avec la forme et l'inclinaison frontale que j'ai adoptées, bien qu'elles soient encore loin de la perfection, elles permettent un contact graduel avec l'eau, à l'amerrissage et évitent les sautillements au décollage.

3° L'incidence des ailettes hydroplanes est trop élevée quand l'appareil se déplace avec les trois points A, B et C à fleur d'eau.

On peut obvier à cela en gauchissant les dites ailettes de façon que leurs incidences croissent opportunément des extrémités internes vers les extrémités externes.

Pour toutes ces raisons et aussi parce que la partie arrière de l'oeuvre vive de la coque est enveloppée par l'eau aux grandes incidences, la finesse réelle du «  Pc-7 » - en comptant les forces hydrodynamiques et aérodynamiques - a été moins bonne que celle des autres hydravions de course.

On pourrait tabler sur une amélioration certaine des finesses durant le décollage avec un second prototype.

En ce qui concerne les objections présentées contre l'amerrissage du « Pc-7 », il semble qu'elles ne tiennent pas. Même dans le cas d'amerrissage à la vitesse maximum, la poussée hydrodynamique des ailettes hydroplanes passerait encore à l'avant du centre de gravité et l'appareil ne risquerait pas de capoter. Dans le cas de l'amerrissage à la vitesse convenable sur les points A, B et C, la finesse reste au minimum de 3; il n'y a donc aucun risque de filer sous l'eau.

Vue par dessus de la coque

Le problème des hélices

Au point de vue aérodynamique, le « Pc-7 » ne présente pas de caractéristique notable, si l'on excepte la faible valeur du Cx minimum et la grande valeur du Cx Max/Cx min qui atteint le chiffre de 52, non égalé, à ma connaissance, par des hydravions à flotteurs construits ou essayés au tunnel aérodynamique.

Le « Pc-7 », même sous sa forme primitive, c'est-à-dire susceptible de grands perfectionnements, même au sens absolu, c'est-à-dire quand on considère ses coefficients unitaires, est bien supérieur aux autres hydravions de course que je connais.

Pratiquement, et quand on compare leurs coefficients, les Supermarine, les Macchi, les Gloster, les « Pc-3 » sont égaux et, dans la limite des erreurs d'appréciation que j'aurais pu commettre, ils sont égaux encore dans leur polaire effective, à égalité de portance totale maximum.

C'est pour ces raisons que j'ai cru pouvoir dire que le record du monde de vitesse a été plus le résultat des perfectionnements du moteur que des améliorations de forme des hydravions de course.

J'accordais une grande attention aux hélices.

Le moteur que, finalement, j'avais adopté, un Isotta-Fraschini de 800 CV, tournait, avec un réducteur, à 2.600 t/m. Je prévoyais pour l'appareil une vitesse de 580 à 600 km/h. La vitesse des extrémités des pales de l'hélice aurait donc été pratiquement celle du son.

Trois hélices à moyeu d'acier et à pales orientables de la Standard Steel furent alors commandées. Sur mes indications, cette firme construisit une de ces hélices avec des sections extrêmes uniformément convexes, presque symétriques et extraordinairement minces. Cette idée me venait de mes vieilles notions de balistique. Je me souvenais, en effet, que l'ogive des projectiles, lorsqu'elle est très aiguë, diminue la résistance à l'avancement.

En dehors des hélices à pas variable, je fis construire trois hélices de type usuel, en duralumin et de pas différents, par les ateliers Caproni.

Pour le calcul des hélices aériennes, on utilisa les indications, même sommaires, contenues dans quelques études d'origine anglaise.

L'hélice marine à deux pales de duralumin, orientables et commandées, fut construite en tenant compte d'anciennes expériences qui avaient été faites au Bassin Froude de la Spezzia. Le point de départ était donc sûr et l'hélice donna les résultats prévus.

Pour essayer l'hélice marine en toute sécurité, ma maison construisit un canot de 10 m. de long, de 2 m. de large et d'un déplacement de trois tonnes. L'hélice était en prise directe avec un moteur de 300 CV à 2.000 tours. Je choisis ce canot parce que je l'avais essayé autrefois au bassin et que sa courbe des résistances au mouvement était très voisine de celle du «Pc7».

Les essais sur le canot automobile avaient pour but de montrer que les poussées de l'hélice étaient celles dont on avait besoin et que l'effort nécessaire à la manoeuvre du levier de variation de pas n'était pas d'un ordre tel qu'il donnerait trop de mal au pilote.

Après des tentatives diverses, ce dernier résultat fut obtenu en déplaçant l'axe du pivot de la pale.

Réalisations mécaniques

Les difficultés auxquelles je me heurtais, dès le début de la construction du « Pc-7 », causèrent un grand retard et, finalement, l'interruption des travaux au début de 1930.

Le premier obstacle - et le plus grave - fut l'indécision quant au type de moteur à employer. Il fallait que celui-ci fût complété par les transmissions aux deux hélices et par le dispositif permettant d'arrêter l'hélice aérienne dans une position horizontale.

La Fiat s'intéressa à la chose. Elle demanda à associer son nom à celui de ma firme et que le « Pc-7 » fût appelé le «Piaggio-Fiat». Je pensais donc utiliser un moteur Fiat de 1.000 CV, quand cette maison renonça à sa collaboration. D'accord avec l'Aéronautique Royale, je sollicitai la maison Isotta-Fraschini qui accepta mes idées et réalisa une merveille de mécanisme.

L'une des figures publiées ici représente la coupe du « Pc-7 » équipé d'un moteur Isotta-Fraschini de 800 CV. La liaison du moteur aux arbres des deux hélices a lieu aux points A et B ; ces hélices sont commandées par les leviers C et D.

Le levier D était construit de telle façon que, quand l'hélice marine était débrayée, sa rotation se poursuivant, ses pales prenaient un pas infini et leur résistance aérodynamique devenait pratiquement nulle.

Le levier C, après avoir débrayé l'hélice aérienne, se déplaçait encore et agissait sur le frein à sabot E qui arrêtait l'hélice elle-même. Ensuite, le même levier C ralentissait le frein de façon que l'hélice pût faire encore une fraction de tour pour s'arrêter enfin horizontalement.

Le levier C commandait, en outre, une soupape de caoutchouc au moyen du levier F. Cette soupape se fermait au moment où l'hélice aérienne s'arrêtait et assurait l'étanchéité ,de l'appareil quand il était au repos dans l'eau.

Le même levier C découvrait, quand on voulait mettre en mouvement l'hélice aérienne, les prises d'air des carburateurs qui étaient fermées normalement. Quand l'hydravion était posé, le moteur « respirait » par le trou d'air du pilote.

Tout le mécanisme fonctionna selon nos prévisions. Des essais plus poussés auraient permis de faire disparaître les petits inconvénients qui furent constatés.

Un premier regard sur le dessin en coupe, reproduit ici, pourrait permettre le croire que nous n'avons pas rencontré de difficultés notables de réalisation. Et, cependant, je dûs, pour arriver à cette réalisation, mettre en jeu toutes mes ressources cérébrales et celles de mes collaborateurs : l'ingénieur Gabrielli, le docteur Luotto, M. Arrigoni.

Une fois le maître-couple de la coque fixé et celle-ci construite, je ne pouvais plus faire de changements.

Une quantité de problèmes durent être résolus tant bien que mal : prises d'air des carburateurs, échappements, radiateur l'huile. Je dois rappeler que, faute de temps, je n'adaptais pas aux ailettes les petits ailerons commandés. Je fis confiance au pilote pour tenir l'hydravion pendant la brève période d'instabilité transversale.

En fait, le « Pc-7 », piloté par le regretté Dal Molin, montait sur les ailettes comme le montrent, les images cinématographiques.

La construction du « Pc-7 »

Le fuselage étanche comportait de nombreuses lisses. Il était robuste et léger. Les lisses servaient à la liaison des bordés contrariés de contreplaqué qui étaient très minces et recouverts de toile imperméabilisée.

Du point de vue aérodynamique, les empennages étanches étaient très fins. Ils étaient recouverts de contreplaqué. L'axe du gouvernail de direction aérien servait aussi pour le gouvernail marin. Deux parois étanches dans la coque et des caissons d'aluminium mince, ondulé et soudé, concouraient à la flottabilité de l'hydravion. Les réservoirs d'essence étaient dans la coque.

L'aile fut construite d'abord avec deux longerons; mais j'ajoutais un troisième longeron quand il me fut demandé un coefficient de sécurité de 16 au lieu de 13, chiffre que j'avais personnellement choisi.

L'aile et les ailerons étaient parfaitement étanches. Les charnières et les commandes de ces derniers avaient été prévus de façon qu'il n'y eût aucun jeu de torsion appréciable. Cela, afin d'éviter les vibrations de l'aile.

Les radiateurs étaient logés dans l'aile. Le radiateur d'huile fut, pour ainsi dire, improvisé. Je préférerais aujourd'hui refroidir l'huile par l'eau des radiateurs principaux, au moyen d'un radiateur à tubes dissimulé dans le fuselage.

Les premiers jours de 1930, je mis en construction les ailettes avec des ailerons commandés, mais l'interruption des essais fit arrêter ce travail.

Les caractéristiques générales « Pc-7 », étaient les suivantes :

Poids à vide : 1.400 kg, Charge utile : 280 kg

Poids total : 1.686 kg, Surface alaire : 8,45 m2

Surface totale : 9,88 m2, Charge alaire : 169,5 kg /m2

Puissance : 850 CV, Vit. max. théorique : 600 km/h

Vit. min. à pleine charge : 165 km/h

La répartition des poids était la suivante :

Aile avec radiateur et eau : 272 kg 500

Coque complète : 246 kg 800

Empennages : 44 kg

Empenn. marins, hélice marine : 13 kg 700

Ailettes avec patins : 86 kg 200

Moteur et transmissions : 563 kg

Hélice aérienne : 28 kg

Ensemble des commandes : 24 kg 500

Accessoires cru moteur : 28 kg 740

Réservoirs à caissons étanches : 52 kg 150

Radiateur d'huile : 26 kg 410

Tuyauteries, eau, huile, essence : 20 kg

 

Conclusion

Les essais ont, hélas ! une brève histoire. Dés que l'hélice marine eut été mise en marche, la proue de l'appareil se souleva comme il était prévu. Cela donna lieu à un inconvénient immédiat : L'embrayage de l'hélice marine qui, essayé sur le canot, et au banc d'essais, avait fonctionné parfaitement, était inondé d'huile et patinait. Ainsi, tandis que le moteur s'emballait, l'appareil retombait à l'eau, heureusement sans conséquences graves. On y obvia plus tard, mais non pas d'une façon parfaite. II aurait fallu un regard sur le flanc de la coque, afin de pouvoir observer et nettoyer la friction, mais je n'eus pas le temps d'en ménager un, car les essais furent interrompus.

Comme le « Pc-7 » n'avait pas été utilisé pour la Coupe Schneider, qu'il ne pouvait, avant un certain temps, servir à une tentative contre le record de vitesse, il fut temporairement abandonné par ma maison et par l'Aéronautique Royale.

Je crois, cependant, pouvoir reprendre ce travail qui me passionna et j'ai l'espoir le plus vif de le porter à son terme, de réaliser un appareil pratique qui pourrait avoir quelques avantages par rapport aux hydravions de dimensions moyennes et petites, en usage aujourd'hui spécialement sur les navires. Ce serait là la meilleure réponse que l'on pourrait donner à ceux qui disent que les études des hydravions de vitesse sont stériles.

Un texte très complet, en italien, de Giovanni Pegna.

Dr Giovanni PEGNA

Photo de Walter Gasparini

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Ma lettre à Giovanni Pegna

Cher Giovanni,

Veuillez accepter tout d'abord mes plus vives félicitations, pour votre ouverture d'esprit très novatrice qui fit en son temps honneur à votre pays.

Mais si vous le permettez, j'aimerais apporter quelques petites réflexions sur certains aspects techniques de votre projet. Comme vous le savez certainement, j'ai réussi (avec beaucoup de chance) à faire voler correctement un modèle réduit de votre Pc-7. J'espère que ce succès a comblé une partie de l'amertume que vous avez dû ressentir après l'abandon de votre tentative et je vous sais gré de m'avoir fait parvenir, même avec un certain retard, quelques explications complémentaires sur les études que vous avez effectué sur cet avion extraordinaire.

Au premier abord, j'avais trouvé curieux que dans votre esprit le décollage du Pc-7 devait s'effectuer trois points sans que l'avion ne prenne d'abord sa ligne de vol avant d'accélerer. Vous devez savoir que sur la maquette, j'avais pris l'initiative d'augmenter votre calage de 6° et que les résultats ont été très satifaisants. Après avoir lu votre texte, j'ai regardé attentivement les séquences de décollage et d'amerrissage que l'on peut voir dans les films de la maquette en faisant des arrêts sur image, j'ai examiné également les photographies qui avaient été prises au moment de ces séquences pour essayer de visualiser l'attitude de l'avion dans ces moments là.

Sur les films, l'hydravion parait effectivement sortir de l'eau en position relativement cabrée mais peut être pas autant que vous l'aviez prévu, pour l'amerrissage c'est assez flou et il est difficile de tirer une conclusion.

Sur les photos, c'est plus net, les deux cas d'incidence, cabré ou à plat se présentent, on peut les examiner ensemble si vous le voulez bien :

Ci-dessus, à vitesse modérée, très loin de celle du décollage, on voit que le foil arrière "surf" déja à la surface de l'eau, il est presque totalement sorti. La vitesse est faible car le volet de profondeur est en position piqueur et c'est cette manoeuvre qui actionnait le moteur de l'hélice marine, donc celle-ci tourne encore et l'hélice aérienne vient tout juste d'être embrayée. Il est donc certain qu'au moment de l'accélération, la portance de l'empennage se fait sentir et que l'incidence de l'appareil diminue.

L'hydravion accélère, l'incidence a diminuée mais l'assiette reste encore cabrée

L'hydravion vient de décoller et vole presque à plat

L'amerrissage se fait en position cabrée c'est un fait (sauf confusion de photos entre décollage et amerrissage...)

Mais ci-dessous il semble bien que sa position soit presque à plat car on voit la tâche rouge du foil arrière et son reflet sur l'eau. Dans ce cas la vitesse était certainement supérieure et l'amerrissage seulement sur la pointe des foils, cela se voit et c'est aussi l'impression que j'avais eu à cet instant là.

Que conclure de l'examen de ces documents ? Dans le cas du modèle, je continue à penser que le calage choisit a été judicieux et la preuve c'est qu'aucune instabilité n'a jamais été constatée au niveau du comportement marin quelle que soit l'angle d'incidence et la vitesse d'évolution. Pour votre modèle grandeur je n'aurais évidement pas l'outrecuidance de me prononcer, mais je persiste à penser que votre angle était un peu faible et je ne comprends pas le sens de votre phrase " L'incidence des ailettes hydroplanes est trop élevée quand l'appareil se déplace avec les trois points A, B et C à fleur d'eau". Mais si j'ai bien saisis, à ce moment là, votre appareil était remorqué et il est possible que dans ce cas son comportement soit différent de celui d'un appareil "libre" en fonction du point d'attache du câble ?

L'autre problème crucial que j'aimerais aborder si vous me l'accordez, c'est celui du centrage. Sur votre dessin ci-dessous il est indiqué par un cercle et se trouve, d'après mes estimations, aux alentours de 18,5% de la corde de l'aile. Si l'on se rappelle que sur le modèle un centrage à 20% était catastrophique et que même ramené à 15 il était limite arrière (centrage final 11%), la encore, j'ai un doute sur la validité de votre estimation, même si votre moindre calage des foils apportait une diminution de la portance sur l'avant et que bien sûr, en raison de l'effet d'échelle, les comparaisons restent hasardeuses.

Enfin, dernier point de détail, ce que vous appeliez "cavitation" se nomme aujourd'hui "aération" ou "ventilation", mais c'est le même phénomène d'entrée d'air sur la face dorsale des ailettes. La vrai "cavitation", avec apparition de bulles de vapeur, se produit normalement pour des pressions plus élevées.

Avant de conclure permettez-moi de vous rappeler que le modèle de notre ami Paolo Ferrari, qui à ma connaissance n'a pas donné satisfaction, était doté comme on peut le voir sur les photos ci-dessous, de plans marins rectangulaires (que vous aviez expérimenté sans grand succès) avec un calage à mon avis beaucoup trop faible et un dièdre insuffisant. Il est dommage que les modifications adéquates n'aient pas été faites sur ce modèle car il aurait sans doute pu hydroplaner et voler correctement.

Le modèle de Paolo Ferrari

Vous comprendrez mon cher Giovanni que je ne souhaite pas mettre en doute la validité de vos études mais simplement porter à votre connaissance ma modeste expérience de modélisme.

Aujourd'hui, comme vous le savez, l'age d'or de l'hydravion est terminé depuis longtemps, mais je vous prie d'accepter au nom de tous, nos remerciements les plus sincères pour votre intéressant apport à la science aéronautique, car il a fait rêver des générations de passionnés.

Très cordialement.

Alain Vassel

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L'avis scientifique de Paul Lucas, aérodynamicien

Bonjour Alain,

Voici quelques réflexions à propos du PC7 :

1. Calage des foils du Pc.7  

Vous avez estimé leur calage voisin de zéro. Ci-dessous, vos extraits :

"A droite, un plan ou l'on note l'angle d'attaque des foils en position marine : 10° ! Je retrouve l'impression, que j'avais eu à l'époque de la construction, d'un angle d'attaque trop faible si l'avion se met en ligne de vol pour décoller".

La genèse de la maquette volante

…"Justement, en regardant les plans et photos du Piaggio on voit nettement que le profil est plan convexe symétrique, mais que par contre le calage semble être voisin de zéro en position de décollage"...

En mesurant sur le plan 3 vues, la pente foil avant/foil arrière est de 7° (et non pas 10°), ce qui laisse 3° de calage pour le foil. D'autre part, le texte de Pegna paru en anglais dans Ideas over racing seaplanes (et non repris dans le texte des Ailes) confirme ce calage :

Rapport Naca TM-691 :

Hydroplane Fins and Skates

…. Finally, some observation had been made about Pc.7's landing. This should not give particular problems: skates incidence is some 3 deg with respect to flying line at maximum speed, thus, landing at that speed, the skates should provide, even in that extreme condition, a positive lift wit remarkable efficiency.

Avec un calage de 6°, vous avez donc (sauf erreur) augmenté le calage des foils de 3°

2 . Fonctionnement hydrodynamique des surfaces portantes

C'est le point le plus important.

- Le meilleur rendement (finesse) est obtenu par des foils immergés d'au moins une corde. Cela est possible pour des navires à passagers ou des engins de vitesse quand le foil est bien immergé, quand la vitesse de service reste inférieure à 36 nds (cavitation) et ne varie pas trop. Cette disposition n'est normalement pas stable en tangage et demande des surfaces de stabilisation pilotées ou bien des capteurs d'assiette (palpeurs situés à l'avant) faisant varier la portance du foil.

- Les foils plus anciens type "surface piercing" ont une partie immergée qui fonctionne bien, et une partie proche de la flottaison qui génère une forte traînée d'embruns. Des barrières ou "Fences" sont indispensables pour bloquer la ventilation. Pegna les a essayées :

"I began u sing two vertical or horizontal diaphragms on the fins, hoping to block the way to air recalled by hydrodynamical depression on upper side of the fins themselves". La proximité de la surface rend le risque de ventilation et de perte de portance très élevé si la mer est agitée.

- L'autre mode de fonctionnement est le simple planning, type ski ou vedette planante, la finesse est beaucoup moins bonne, mais le fonctionnement est sans surprise. Un foil semi immergé peut fonctionner comme une surface planante grâce à la ventilation : quoique en partie sous le niveau de l'eau, tout l'extrados est ventilé, seul l'intrados porte.

Il semble bien que les foils (ou plutôt les patins) du Pc7 aient été prévus pour fonctionner en mode planant, autour de 5 à 7°(incidence optimale), quand l'avion est légèrement cabré, foils arrières hors de l'eau (assiette 3 à 5°). Au début de l'accélération, l'assiette est plus forte, supérieure à 7°, ce qui fait que les plans sont à plus de 10°, au delà de leur incidence de finesse optimale. D'où la phrase de Pegna : " L'incidence des ailettes hydroplanes est trop élevée quand l'appareil se déplace avec les trois points A, B et C à fleur d'eau".

En augmentant le calage des foils, vous obligez la ventilation à se faire plus tôt, le foil se transforme plus tôt en plan porteur (patin), ce qui va dans le bon sens pour la stabilité. Compte tenu des effets d'échelle (pente de portance plus élevée à l'échelle 1), je pense que le réglage de Pegna était bien adapté.

Au modèle et au réel, le problème reste de passer du mode immergé au mode planant sans variation brutale de portance. Dans les deux cas, quand la profondeur d'immersion diminue, il y a une zone d'instabilité de portance car le passage du mode foil (aile) au mode planning ne se fait pas progressivement ni forcément symétriquement sur les deux patins.

3. Centrage

"L'autre problème crucial que j'aimerais aborder si vous me l'accordez, c'est celui du centrage. Sur votre dessin ci-dessous il est indiqué par un cercle et se trouve, d'après mes estimations, aux alentours de 18,5 % de la corde de l'aile. Si l'on se rappelle que sur le modèle un centrage à 20 % était catastrophique et que même ramené à 15 % il était limite arrière (centrage final à 11 %), là encore, j'ai un doute sur la validité de votre estimation, même si votre moindre calage des foils apportait une diminution de la portance sur l'avant et que bien sûr, en raison de l'effet d'échelle, les comparaisons restent hasardeuses".

Tout à fait d'accord pour le centrage, bien trop reculé. Il semble que Pegna n'ait tout simplement pas pensé à la portance des jambes et des foils, …et Vassel non plus (?)…

Par contre, votre remarque "même si votre moindre calage des foils apportait une diminution de la portance sur l'avant" semble suggérer que ce moindre calage aurait eu un effet bénéfique sur la stabilité (c'est ce que je comprend), ce qui est une erreur. Le calage d'une surface ne joue pas sur la stabilité, mais seulement sur l'état d'équilibre, c'est à dire une position différente du volet de profondeur. Prenez un avion instable, et modifiez le calage du canard, de l'aile ou du stab, cela ne changera pas son instabilité, seulement son assiette.

4. Analyse de la stabilité sur AVL

Pour vérifier ces deux points, centrage et effet du calage sur la stabilité, j'ai passé le Pc.7 sur un logiciel fait pour, développé par Mark Drela du MIT aux US. C'est un type très brillant, à la fois très matheux et très pratique, ce qui est rare. Je vous invite à regarder sur Internet ses deux réalisations les plus connues, Daedalus (traversée Crète Santorin en "avion à pédales", 1988), et Decavitator (record de vitesse, hydroptère à pédales, 1991). C'est un passionné de planeurs RC, il y a un site spécial pour, Allegro-lite.

Dimensions du Pc.7 prises sur le plan naca.

- Centrage

L'analyse donne le Neutral Point (le foyer) à 25 % de la corde d'emplanture, au lieu de 37 % habituellement. Ce qui veut dire que le centrage doit être aux environs de 15 à 16 % si l'on prend la marge habituelle de 10% . Le logiciel ne prend pas en compte l'effet déstabilisant de l'hélice, qui est sans doute assez fort sur le Pc.7, vu la longueur du nez. Cela expliquerait le centrage du modèle à 11 %.

- Effet du calage des foils sur la stabilité

Calages testés 1, 3, 5° : le calage de la profondeur varie de 0.6°, mais le foyer ne bouge que de +/- 1mm pour l'avion réel, ce qui est insignifiant.

Ci-joint une vue 3D. Le logiciel n'est pas vraiment prévu pour passer des surfaces non portantes comme les fuselages, qui sont simplement représentés par un corps de révolution.

Cordialement.

Paul Lucas

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Le 26 avril 2014, Paul Lucas a trouvé ceci dans la revue "Les Ailes"

C'est un bonheur de le partager

Le secret du Piaggio

Pour décoller, le pilote libère un câble attaché sous son siège, provoquant simultanément:

1° L'abaissement de l'aiguillon accélérateur.

2° Le soulèvement du système oeillère.

3° Le miroitement de l'appât.

Un système de verouillage libère l'hydravion dès que son élévation est suffisante pour permettre la mise en marche de l'hélice.

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On trouve cette image dans le numéro 436 du 24 octobre 1929.

http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k6554666v/f7.image

Cette image est une des réponses à la question que la revue avait posé à ses lecteurs le 10 octobre 1929:

Comment cet hydravion décolle-t-il ?

http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k65546641/f8.image

Le 17 octobre, il y avait déjà eu des réponses:

http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k6554665f/f7.image

Ce lien donne accès à 20 ans de publication des "Ailes", 998 unités.

http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/cb326846379/date

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