26/02/2014.Article in "Vol à Voile" No 165 March-April 2014

Shall the electric ULM (microlight) save the gliding? 

Jean-Luc Soullier, pioneer of the "electric" flight, reveals us a very advanced ULM (motorized microlight) project which deserves all the attention of the gliders …

Bien sûr le titre de cet article est volontairement provocateur. Quoiqu’à y regarder de plus près, et en se plaçant d’un point de vue historique, pas tant que cela finalement. Les petits gars de la Banne d’Ordanche qui mettaient les Avia XIA en l’air au sandow étaient bien plus près de l’esprit ULM que les bobos(1) qui n’ont même plus besoin de faire accrocher leur orchidée volante par le stagiaire de service pour aller tâter de l’instabilité atmosphérique, thermique, dynamique ou composite, il leur suffit d’appuyer sur le bouton Start du moteur rétractable de leur (très lourde) merveille, une option majoritairement choisie par le client, faut dire que le vu le prix du bout, on le comprend le client, il n’a pas trop envie d’aller tâter du labour frais ou du maïs même jeune avec sa merveille, j’aurais la même réaction à sa place. Sûr que si le p'tit gars qui tirait sur l’élastique dans le Puy-de-Dôme en 1942 voyait ça il regarderait son carnet de vol annoté en secondes de vol d’un autre œil. Mais bon, en quoi ces propos rétrogrades sont ils intéressants pour le pratiquant de ce début 2014? En quoi le fait de nier le progrès ferait-il avancer la cause du vol propre et silencieux ? Propre je ne sais pas finalement. La plupart des moteurs embarqués ne sont pas électriques et aucun remorqueur ne l’est non plus, à ma connaissance. Donc le vol propre et silencieux moderne passe obligatoirement par une phase demi-propre et tout à fait bruyante, alors que le p’tit gars avec son élastique et ses culottes courtes, à part quelques jurons, et un peu de saussiflard, il n’était ni bruyant ni gourmand. Mais si vous arrêtiez de nous casser les pieds avec 1942, puisqu’on vous dit que le progrès est passé par là et qu’il est irréversible, regardez l’échec de la formule Quicksilver A B ou D et laissez-nous appuyer sur nos boutons de démarreur tranquilles ! Progrès je ne sais pas, modernisme je vous le concède. Qui déjà a dit qu’il ne fallait les confondre ni les mélanger ? Puisque l’on fait table rase de l’Histoire, et c’est bien normal, c’est ainsi qu’avance la civilisation, ne pourrait-on pas également évacuer la tradition ? On pourrait par exemple considérer que (presque) tout ce qui vole actuellement n’est qu’une évolution traditionnelle du Circé D-36 (Akaflieg Darmstatd, 1964) et que la course à la masse et au prix est une tradition cinquantenaire finalement néfaste à l’activité pour un gain de performances misérable. On pourrait se souvenir que finalement le vol à voile pur lui même est surtout une conséquence organisée du traité de Versailles, qui interdisait les aéronefs propulsés, et que la Première Guerre mondiale a un siècle cette année. On pourrait pour tout dire voir le problème différemment.

Les connaisseurs reconnaîtront la base de départ de la cellule de l’Etlantic…  

Le prototype de l’Etlantic va voler cette année. Vol à Voile y reviendra.

Imaginons une machine très légère, allez pour fixer les idées disons une centaine de kilogrammes de masse à vide, solide, de bonne facture et de bonne performances, allez disons autour de finesse 60 à 105 km/h, pas grande (standard), pas très chère (accessible au pire par trois ou quatre copains déterminés à casser leur tirelire et à s’entendre pour accéder au ciel) et équipée des derniers raffinements en matière de vol propre et silencieux. I-Efis avec analyse de masse d’air pour la partie électronique de gestion en vol, courbure automatique synchronisée à l’électronique de bord, propulsion intégrée avec gestion des flux d’énergie par électronique de puissance paramétrable, navigation assistée avec visualisation à l’écran du plan de sécurité et terrain artificiel. J’ai bien dit propulsion. Non ce n’est pas contraire à l’esprit. Ce qui l’est par contre c’est de mettre en l’air des dinosaures hors de prix pour un résultat finalement peu probant. Décoller sur batteries, voler loin et haut grâce à une judicieuse combinaison de solaire, de potentiel-etcinétique, de masse d’air (combinaison gérée automatiquement ou semi manuellement) et, si besoin en est pouvoir rentrer sur batteries, c’est une autre vision du vol à voile moderne. Elle coûterait bien moins cher et procurerait autant de joies, surtout elle rendrait le vol à voile performant accessible à beaucoup plus en bien moins de temps avec un niveau de sécurité au moins égal. Ah bon le vol à voile performant est une sorte d’hermétisme réservé à une élite ? Veuillez m’excuser je l’ignorais. Mais je suis bien sûr que le p’tit gars de la Banne se reconnaîtrait plus làdedans que dans un Eta, ne serait-ce que parce que mon planeur idéal a la même masse à vide qu’un XIA. 112 kg. Il pourrait le faire décoller au sandow! Quant à l’hermétisme le côté pratique du progrès c’est que l’on peut le paramétrer. Donc organiser le vol en fonction de différentes normes de pénalisation (pour la compétition) ne posera strictement aucun problème. Je vois d’ici la joie des ayatollah du 300 en Fauconnet en montagne, soyez heureux ce sera possible même quand le dernier A-60 aura fini en générateur d’ascendance artificielle, c’est les gars des musées volants qui vont m’apprécier, non je plaisantais bien sûr. …et de ton rêve une réalité… Bon vous nous avez bien amusés avec vos délires mais nous on est sérieux, et même en admettant que vous puissiez convaincre certains esprits faibles de la pertinence de votre hérésie (Saint- Auban venez à notre secours), une telle machine n’existe que dans vos rêves. Cent douze kilogrammes de masse à vide tout équipé (sans batteries), cinquante points de finesse extensibles à soixante (par quel miracle?) avec quinze mètres d’envergure c’est une vue de l’esprit, même pas un projet. Vous avez raisons ça n’existe pas, d’ailleurs j’ai prévu de le ramener en mars. Mars 2014, pas 3014. Pour l’instant ce n’est pas un planeur, c’est un avion ultraléger et plein de gens dans l’équipe à laquelle j’appartiens pensent qu’il traversera l’Atlantique- Nord, par étapes cette année et non-stop en 2015. Ah oui j’ai oublié de vous dire qu’en plus d’un pilote standard il embarque cent kilogrammes de batteries. Dame, à 2 kW/h les 120 km on parcourt du chemin hein, sans parler des cellules solaires ultrafines qui garnissent l’extrados et l’intrados (oui l’albédo des nuages est de 50 %, à ce niveau de consommation c’est intéressant aussi). Au fait le service communication l’a appelé Etlantic, bah c’est un nom comme un autre, pas plus ni moins moche que Eta ou EB-29. Aujourd’hui c’est un avion monoplace ultraléger mais il ne faudrait pas grand chose pour que demain il ne devienne un planeur motorisé ultraléger, et son petit frère le biplace itou…

Pour tout savoir : http://etlantic.com/ Jean-Luc SOULLIER, photos collection de l’auteur (1) Le terme n’a aucune connotation péjorative, en tout cas pas sous ma plume. Mars - Avril 2014 35.

15/01/2014. Article in AVIASPORTJanuary / February, 2014

----Danger,high voltage!----

 ----Danger,haute tension !----

 

Le MC-15E , le Cri-Cri électrique en vol, septembre 2009.

L’auteur est un pionnier du vol en aéronef électrique. Il revient sur la genèse de ce mode de propulsion, prétexte pour mettre en garde devant l’ignorance de certains aspects qu’il est impératif pour le pilote de prendre en compte..................................

C’est l’histoire d’un rêve un peu fou, ou la redécouverte de grands principes en matière de progrès dans le domaine aéronautique…
Genèse initiatique
Historiquement parlant, il est un lieu commun que de dire que beaucoup de progrès ont été la conséquence sinon le fruit d’évènements fortuits et de fausses bonnes idées, voire de vraies mauvaises idées. Mon parcours en aviation électrique n’a pas échappé à la règle. L’idée de voler avec un avion dont la source de puissance serait exclusivement électrique m’a saisi très tôt, il y a une trentaine d’années en fait, sans que je sois capable d’expliquer ni de dater précisément l’origine de ce qui, à l’époque où j’ai initié le parcours, n’était guère qu’un fantasme, au mieux une vue de l’esprit. Bien sûr le grand Paul Mac Cready avait déjà fait des démonstrations réussies de ses Gossamer  Penguin et Solar-Challenger, dont on oublia vite qu’ils furent les premiers avions électriques pilotés de l’histoire de l’humanité et qu’ils accrochèrent à leur palmarès une traversée de la Manche Pontoise–Manston, 262 kilomètres en ligne droite en 1981 quand même !
Mais la très faible vitesse et la très réelle fragilité du Solar-Challenger ne pouvait satisfaire l’appétit d’opérations journalières simples et sûres qui me tenaillait, appétit qui ne m’a jamais quitté depuis lors. Le rêve n’était et n’est toujours pas confiné à d’exceptionnels exploits sans lendemains, mais bien à une utilisation intensive, populaire et sécurisée.                                                                                                                        La première tentative initiée à la fin des années 1980 était partie sur une base que j’avais estimé alors la plus optimisée possible. Elle n’alla pas bien loin. Avec le recul, la honte des erreurs flagrantes commises lors de ce premier jet s’est atténuée, d’autant que le module choisi à l’époque pour ses exceptionnelles performances en matière d’efficacité énergétique a bien été « électrifié » récemment avec succès, qui plus est par son concepteur historique, Geene Sheenan, l’autre compère à l’origine du Quickie Q-1, Tom Jewett s’étant malheureusement tué en essayant un concurrent malheureux du Rutan Voyager. Que sa mémoire reste vivante en nos cœurs. Mais pour revenir au Quickie Q-1 électrique, il faut préciser qu’il a été entièrement recalculé et réalisé à l’aide de processus et de matériaux qui ressortaient à l’époque de ce premier vol, de la science-fiction. L’idée n’était point sotte mais sa réalisation à des années lumière du standard exigé pour la faire vivre. Principe numéro un, avant de commencer à coller, visser, tailler et river, essayer d’abord de mesurer l’entière réalité du problème.

Gros plan sur la casserole couvrant et alimentant en air le moteur Plettenberg Predator   37/6. Les hélices ont été réalisées à la demande par le champion allemand de modélisme Manfred Greve. La configuration tripale a été retenue à cause de l’architecture d’attache des étriers sur le moteur (une seule configuration possible en utilisant les étriers, solution recommandée pour optimiser le refroidissement).

Contrôleur de puissance Schultze, matériel fagile et mal adapté au moteur (l’entreprise a fait faillite à nouveau récemment) ; l’élément bleu est un gros condensateur utilisé monté en série, car la ligne d’alimentation de la batterie vers le contrôleur est trop longue.

Quinze ans plus tard, fort de quelques succès en matière d’aviation générale « renforcée » (entres autres choses les véhicules bisoniques volant aux mains d’opérateurs privés ne sont  tout de même pas légion de ce côté-ci de l’Atlantique), les cicatrices du premier échec étant moins cuisantes (quoique présentes à vie, « pardonne, n’oublie jamais » aurait dit mon oncle), l’avalanche d’informations au sujet des avancées en matière de stockages embarqués d’énergie électrique réveilla le vieux démon. La technologie des années 1980-1990 était en effet sinon complètement incapable, du moins d’un coût rendant l’objectif totalement inatteignable pour une microstructure, même vaillante et pour dire les choses nettement, heureusement un peu inconsciente. Heureusement, parce que si j’avais pu précisément mesurer exactement les difficultés qui m’attendaient sur le parcours, je m’en serais vraisemblablement tenu éloigné. Mais les choses évoluaient dans le bon sens, le contexte technologique allait bientôt constituer un terreau apte à permettre au rêve d’éclore.

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Fructueuses collaborations
Appliquant strictement la leçon apprise deux décennies auparavant, j’estimais qu’une bonne façon de procéder ne pourrait être altérée par une coopération avec quelqu’un de cultivé en matière aéronautique. Je choisis donc d’équiper un MC-15(E) et allais demander conseil à Michel Colomban. Son immense gentillesse et son non moins immense savoir me furent précieux et l’esprit de ses conceptions ne me quittera plus jamais. Légère, solide, performante, les caractéristiques de sa construction en font la candidate idéale à une électrification réussie. J’ai souvent coutume de dire que si l’on veut voler en avion électrique, il faut soit partir de zéro soit construire un avion Colomban. J’avais également soigneusement respecté les caractéristiques initiales du Cri-Cri, le but de cette première démarche étant de démontrer une faisabilité et pas de faire la une, surtout pas celle de la rubrique « accidents originaux ». Quelqu’un a dit « sachez marcher avant d’apprendre à courir » (ne serait-ce pas le Grand timonier?), ce pourrait être un grand principe aéronautique aussi, l’étonnement me saisit toujours autant lorsque je vois, entend ou lis des gens agiter des records avant d’être jamais monté dans quoi que ce soit qui ressemble de près ou de loin à un avion électrique.
Avant même d’avoir décollé je savais que la formule MC-15E était une impasse. Le Cri-Cri est une machine fabuleuse, sa version électrique un rêve de vol (j’ai écrit à ce sujet quelque part), mais il n’a pas de potentiel de progrès en matière d’aviation électrique sauf à le cantonner à un rôle de spectacle aérien. Trop petit, trop chargé, trop énergivore (il est pourtant très économique si on le situe dans une contexte « thermique »), il ne convaincra ni ne séduira les utilisateurs du futur.
J’ai quand même quitté la planète avec le premier multimoteur électrique à traction séparée de l’histoire, un vol sympathique mais bref. Deuxième vache en moins d’une heure de temps de vol, j’avoue que le doute m’a un peu saisi, obscurcissant momentanément l’envie de poursuivre dans la voie du vol propre et silencieux. Mais un pas avait tout de même été franchi, ça volait et surtout ça volait très bien. Le principe n’était donc pas faux, malgré les avis autorisés qui prédisaient que la chose ne serait même pas capable de s’élever.

 

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18 septembre 2009 à partir du terrain de Maubeuge–Élesme, durée de ce premier vol : un dizaine de minutes en tout, roulage compris…


Et une deuxième grande leçon avait été bien comprise. Les fournisseurs de matériel non. Aéronautique sont souvent très optimistes quand aux performances de leurs matériels et logiciels. Sur le papier, les contrôleurs du MC-15E étaient largement dimensionnés, en réalité ils ont déclaré forfait au bout de 5 minutes de vol. Leur concepteur/fabriquant a d’ailleurs fait faillite depuis, je ne m’en réjouis pas, mais je note qu’après enquête ses clients du modélisme déclaraient tous appliquer un facteur deux ou trois par rapport à ses dires et écrits. Il n’existait à l’époque et il n’existe toujours pas de fournisseur de matériel spécifiquement conçu et développé pour l’aviation légère et ultralégère. Et l’adaptation des différents éléments constitutifs de la chaîne de puissance entre eux (batteries, connexions, contrôleur, moteur, hélice) est aussi un travail délicat et complexe.

D’où l’idée fondatrice du nouveau process, comprendre avant de savoir. Avant de se remettre à construire, j’ai donc développé en collaboration avec un spécialiste un logiciel d’analyse des vols. Je ferai peut être une troisième vache mais au moins je saurai pourquoi. C’est essentiel lorsque l’on prétend être vecteur de progrès. Principe numéro deux, pour avancer, tout vérifier, tout mesurer.

Vinon, printemps 2010, première version de l’installation moteur HPD 13,5 Eck-Flytec de 16,5 kW max (13,5 kW en continu) sur la cellule de Luciole, hélice tripale Hélix
Carbon optimisée pour le moteur et réglée pour assurer un décollage court.

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Des records, pour progresser

 

11 octobre 2010, première tentative ratée de record FAI en catégorie RAL1E
« vitesse sur base de 15 km ». Ratée à cause d’un défaut d’alimentation du tableau de bord électronique, le vol s’effectuant alors sans instrument, et donc sans possibilité de contrôler précisément l’altitude du vol, la fourchette maximum allouée pour cette tentative n’étant que de 300 ft. Très frustrant ! Deuxième tentative de ce record précis à Friedrichshafen au printemps 2011, vol parfaitement éligible, tentative rejetée par la FAI pour cause de dossier mal rempli. Encore plus frustrant ! Troisième tentative automne 2012 à Kokjsyde, réussie celle-là mais frustrante néanmoins car la météo défavorable ampute la performance de 10 km/h !

Troisième tentative, la bonne cette fois. Toujours avec Michel Colomban, dont la dernière création, le MC-30 Luciole, semble être conçue exprès pour voler en électrique. Premier vol en août 2010, depuis les vols d’essais se poursuivent, émaillés de quelques records FAI, qui loin d’être un but ne sont que des jalons de progression. La rigueur du règlement sportif impose des contraintes qui tirent les progrès vers le haut, l’enregistre-ment des performances permet de mesurer le chemin accompli et de se démarquer des champions de l’effet d’annonce et des pilotes de sites web enluminés. Surtout les coopérations autour du projet se stabilisent avec des intervenants compétents et intéressés. Cela n’obère en rien le rôle obligé de coordinateur, mais, et ce pourrait être le troisième principe pilier de l’aventure, rien ne se fera tout seul et toute coopération passe par un échange d’informations bien compris de part et d’autre. Bien sûr la route est loin de ressembler à une autoroute plane et dégagée. Plutôt un GR montueux. Mais malgré les pierres parsemées sur le chemin et les massifs de ronces l’obstruant de temps en temps, le paysage est beau, et les points d’arrêt pour vue sur le panorama payent de toutes les peines de l’ascension. La machine en est à sa troisième motorisation et il est déjà d’ores et déjà établi que ce ne sera qu’une étape. Mais l’expérience accumulée permet de faire des prévisions de plus en plus justes et précises, et le but ultime, l’appareil simple, performant, abordable sinon par tous au moins par des associations de gens « normaux », avec une sécurité d’opérations au moins égale à celle de sa contrepartie thermique ne paraît pas si éloigné qu’il y a trente ans. Un rêve un peu fou étayé par de grands principes aéronautiques.



De l’importance vitale de la sécurité
Il est une dimension du vol électrique qui est rarement évoquée, au-delà des discours d’espoir et d’inquiétude énergétique, au-delà également de l’attrait de la modernité et des avantages incontestables de la formule, je veux parler de la sécurité. Je serai le premier à vanter les fantastiques progrès en matière d’efficacité, le formidable agrément d’utilisation, les étonnantes économies potentielles, mais si on se livre froidement à un exercice objectif d’analyse de l’activité, force est de constater que le bilan de sécurité n’est pas bon. Bien sûr des esprits cultivés ne manqueront pas d’effectuer un rapprochement entre les débuts de l’aviation électrique et les débuts de l’aviation tout court. C’est une comparaison littérairement intéressante, mais historiquement sans fondement. Les pionniers du début du XXe siècle devaient tout inventer. Sauf les bases théoriques correctes énoncées par Sir George Cayley, il leur a fallu tout créer à partir d’un contexte technologique très abouti pour tout ce qui concernait les machineries lourdes, mais pas du tout adapté aux exigences du vol motorisé. Après plus d’un siècle de progrès constants en la matière, nous sommes très loin de cette situation. Nous disposons d’une base documentaire à peu près exhaustive sur le sujet, de spécialistes affûtés et intéressés par les développements novateurs, d’une expérience vertigineuse dans tous les secteurs de l’activité, et enfin, last but not least, des méthodes et doctrines permettant d’exploiter ce formidable potentiel avec une sécurité sinon absolue, du moins recevable à la fois par un public éduqué et des autorités de tutelles exigeantes en la matière. Et pourtant nous, les aviateurs électriques, nous ne nous débrouillons pas bien sur ce point précis. Faut-il y voir là une sorte d’inertie intellectuelle, le revers de la médaille de notre expertise en matière de propulsion thermique ? Je ne saurai dire. Un des intervenants scientifique des débuts du MC-30E m’avait dit un jour en évoquant la nouvelle motorisation électrique qu’il m’aidait à mettre en place : « vous devrez oublier tout ce que vous savez en matière de propulsion. » Sur le moment je n’avais pas été loin de trouver la réflexion un rien exagérée. Quelques frayeurs plus tard, et au vu du triste bilan provisoirement arrêté fin 2013 (deux morts, pas mal de casse et la majorité des projets initiaux arrêtés), je lui trouve un goût amer de prophétie. Je vais donc essayer ici de provoquer chez les candidats au vol propre et quasi silencieux une réflexion sur ce qu’il serait peut être bon de mettre en place pour replacer la motorisation électrique à la place qu’elle devrait occuper : celle de l’efficacité et donc avant tout de la sécurité

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Vue du moteur brushed Agni, deuxième configuration. De l’avant vers l’arrière flasque, casserole hélice, cône de refroidissement moteur face avant, bâti-moteur titane, pack batterie avant (deux packs derrière la cloison pare-feu, le contrôleur n’est pas visible, juste son écope de refroidissement. Vue arrière du tableau de bord, plancher du pack batterie double arrière.

Une dangerosité à ne pas ignorer 
 On compare souvent le moteur thermique à un chien qui aboie avant de mordre et le
moteur électrique à un chien qui mord avant de poser la moindre question. C’est au moins, et surtout, vrai au sol. Cette dangerosité silencieuse a fait l’objet d’un exposé exhaustif lors du dernier congrès EAS VII sur la discipline, et je vous engage vivement à vous en procurer le texte (http://www.kasaero.de/en/ esd-en.html). C’est un problème qui ne peut être contourné que par l’application stricte de procédures bien définies en matière de préparation au vol et de mise en route. En effet, contrairement au moteur thermique qui, sauf panne ou oubli grave, nécessite une procédure avant de commencer à délivrer sa puissance, l’électrique se contente d’un simple contact, parfois fortuit, et le débit maximum de la chaîne de propulsion en est instantanément disponible.              Une batterie chargée ne se différencie d’une autre ni par le poids, ni par la couleur, ni par le goût ou l’odeur. Elle constitue un danger potentiel grave et permanent, qu’il convient de circonscrire par une réflexion préalable sur son usage au sol, une architecture du circuit prévoyant une coupure générale facile d’accès, des procédures d’emploi systématiquement appliquées dans le bon ordre. Sinon un jour ou l’autre vous découperez quelqu’un en fines tranches, ça n’est pas une question de si, mais de quand.  Une fois en vol la partie n’est pas gagnée pour autant, loin de là. En effet, le feu étant un danger potentiel commun aux deux formules, (et les feux et explosions métalliques des batteries sont encore moins contrôlables, si cela est possible, que les feux de carburant), l’électrique recèle quant à lui quelques pièges supplémentaires dont il m’a paru intéressant de parler. Finalement avec un avion léger ou ultraléger « classique », le pire auquel on se prépare en vol c’est une perte de puissance brutale. Quelque mésaventure mécanique vous a privé de traction, mais votre formation et la prudence habituelle qui vous caractérise (ou du moins qui devrait) vont vous permettre de limiter les dégâts à un peu, beaucoup, ou pas du tout de matériel abîmé. Ceci parce que la transmission des ordres du pilote au moteur s’effectue mécaniquement et que les occurrences de panne ou de casse de cette transmission sont faibles au regard des nombreuses raisons pouvant décider un moteur thermique à s’arrêter.
Ça ne se passe pas du tout comme ça en électrique. Vous pilotez la traction à travers des logiques, insérées dans une électronique de puissance indissociable du moteur, sauf à accepter un fonctionnement « tout ou rien ». Là, techniquement, les choses se compli-quent un peu. A-t-on pris soin de correctement refroidir le dispositif ? Il vaudrait mieux parce qu’il est sensible à la température, et que beaucoup d’énergie transite à travers une toute petite masse de matière. Et ses sautes d’humeur peuvent s’avérer surprenantes. Perte d’autorité manette, fonctionnement cyclique incontrôlable, et, en cas de court-circuit catastrophique, possible emballement moteur. Êtes-vous préparé intellec-tuellement à rencontrer de telles situations ? Avez-vous réfléchi aux actions correctives que vous devrez appliquer immédiatement en cas d’irruption de tels évènements ? L’architecture de votre circuit de puissance est-elle capable de vous prémunir du pire au moins par coupure générale accessible du poste de pilotage ? Toutes questions qu’il vaut bien mieux se poser avant que pendant parce que le temps de la réflexion ne vous sera pas accordé in situ. A ma connaissance les vendeurs de solutions, quels qu’ils soient, ne garantissent pas le client contre ce genre d’avatars, les plus néfastes étant ceux qui insèrent des coupures automatiques à tout propos dans les logiques pour « protéger » le système, « protection » qui jouera, bien sûr, contre le pilote au pire endroit de la
trajectoire de décollage. Bienvenue dans le monde des automatismes embarqués…

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Ces dispositifs passifs de réduction de traînée installés en bouts d’aile, ont été essayés avec succès à la fin de l’automne 2012 à Kokjsyde. Le temps a malheureusement manqué pour mesurer précisément le gain en terme de performances, mais le pilote a trouvé les commandes encore plus agréables que d’habitude lors des vols d’essai avec les dispositifs en place. Une campagne de mesures sera entreprise en 2014.

Une gestion d’énergie à soigner

Parlons, maintenant, de la gestion de l’énergie. Même si tout se passe nominalement en ce qui concerne la technique, il faut savoir que la gestion de l’énergie est très différente de celle d’un moteur thermique. D’une part il y en a beaucoup moins dans un kilo de batterie que dans un kilo d’Avgas, et d’autre part la quantité utilisable restante est dépendante du profil de décharge que vous imposerez à votre « réservoir » (la batterie). En plus de l’efficacité aérodynamique, et outre l’efficacité thermodynamique de l’ensemble moteur + contrôleur, la façon de consommer influera sur la quantité consommable. Cela aussi peut s’avérer déroutant quand on n’en a pas l’habitude. Il faudra donc planifier soigneusement vos vols, d’autant que la loi de consommation dépend d’un spectre bien plus large que pour un moteur thermique. Le MC-30E par exemple « brûle » quatre fois plus d’énergie en montée qu’en palier « long range ». Et les marges résiduelles disponibles seront bien plus faibles que celles auxquelles vous êtes habitué(e). Oui, il est surprenant de partir pour une heure de vol avec à bord l’équivalent énergétique contenu dans une canette de soda remplie de carburant fossile, mais c’est bien de cela dont nous parlons. D’où une exigence de rigueur et de précision accrue dans l’exercice de la gestion du vol. Moralité, si votre vocation n’est pas les essais en vol et votre ambition limitée à la balade vespérale, je vous recommande (dans tous les cas) de vous documenter soigneusement avant de grimper sur votre destrier électrique, de prendre des marges d’utilisation supplémentaires par rapport au valeurs nominales inscrites sur ce que l’on vous vend, et enfin d’explorer très prudemment et très rigoureusement le domaine d’utilisation d’aéronefs peu essayés et en fait pas assez connus pour vous permettre de bénéficier d’un retour d’expérience réellement exploitable. Pour l’instant, le retour d’expérience, c’est vous qui l’établissez, soyez bien conscients de ce fait à chaque décollage.

Que tout ceci ne vous empêche pas de savourer la douceur et l’agrément d’un vol différent, et pour paraphraser un célèbre journaliste aéronautique, j’oserai cette recommandation : volez électriquement, certes, mais surtout volez prudemment. 

Jean-Luc SOULLIER,

photos collection de l’auteur


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 Les pièges dangereux

 

Voici quelques pièges fréquemment rencontrés en vol électrique, et quelques clefs pour les contourner.
* 1. Surchauffe de différents éléments de la chaîne de puissance :

la répartition des flux d’énergie dans la chaîne de puissance se fait très différemment, on s’en doute, dans une chaîne électrique et dans une chaîne thermique. Bien sûr les efficacités mises en jeu sont également différentes. Pour fixer les idées on peut essayer de cadrer un peu les chiffres, de façon à bien se rendre compte des phénomènes mis en œuvre. Pour garder l’exemple du MC-30, un moteur Briggs-Stratton pèse environ 26 kilogrammes et, à pleine charge, délivre à peu près 26 chevaux-vapeur, soit un cheval effectivement délivré par kilogramme de masse thermique capable de dissiper la chaleur résiduelle des frottements et de la combustion des gaz. Dans le même temps, un contrôleur de puissance d’une chaîne électrique équivalente n’opposera qu’un kilogramme de masse dissipatrice pour faire passer l’intégralité de l’énergie consommée. Bien sûr son rendement est bien meilleur mais il n’est pas de 100 % ! Idéalement il faudrait le rendre supraconducteur en abaissant fortement sa température, ce qui améliorerait son rendement vers des valeurs proches de un, mais cette technologie est loin d’être disponible à l’heure actuelle pour l’installer dans une avion léger ou ultraléger. On se contente donc de rendements autour de 90 %, ce qui fait que notre kilogramme de matière/contrôleur doit dissiper à pleine charge 2,6 chevaux-vapeur. Un bon chauffage d’appoint de salle de bain quand même. Pire, et c’est là la mauvaise nouvelle, l’élévation de température diminuera son efficacité entraînant l’ensemble dans une évolution divergente vraisemblablement rapide en cas de dépassement des valeurs d’équilibre.
Ceci pour souligner l’importance essentielle de soigner correctement le bon refroidissement de tous les éléments de la chaîne : contrôleur, moteur, et balais de contact si le choix de motorisation ne s’est pas porté sur un système brushless. En effet l’intégralité de l’énergie transite par chacun de ces éléments, et la caractéristique d’une surchauffe éventuelle est qu’elle sera sans doute brutale à cause du phénomène décrit ci dessus. Les quantités d’air et/ou de liquide de refroidissement nécessaires devront donc être très soigneusement appréhendée avant installation, les surfaces de captation et d’évacuation d’air correctement disposées, ou cas de refroidissement liquide l’architecture du circuit dimensionnée généreusement, et des capteurs de températures disposés sur chaque élément important de façon à pouvoir surveiller le bon fonctionnement de la chaîne en permanence.
Dernier point mais non des moindres, il est impératif également de bien connaître et de respecter les butées d’utilisation des éléments constitutifs de la chaîne. En effet en cas de saturation l’excédent d’énergie fournie sera vraisemblablement transformé intégralement en chaleur, rendant le phénomène de surchauffe particulièrement brutal et peut être incontrôlable. Les intensités qui risquent alors de s’établir dans les différentes parties du circuit pourront conduire à sa destruction, destruction qui peut passer par des phases de perte de contrôle de la puissance et un incendie électrique violent avant de se réduire à un « simple » arrêt moteur, d’où l’importance de disposer d’un coupe-circuit général sur le circuit de puissance accessible du poste de pilotage, et de déceler à temps les symptômes éventuels requérant son usage.

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* 2. Scission d’une (ou plusieurs) cellule(s) de la batterie :

Les batteries Li-Po les plus répandues dans le milieu de l’aviation électrique sont de marque Dow Chemical Kokam, une maison sérieuse qui garantit ses produits en cycle et calendrier. En effet leur électrochimie est une des plus performante en terme de rapport masse/énergie avec des valeurs approchant 200 Wh/kg, ce qui constitue actuellement un plafond en matière de stockage électrochimique rechargeable, et ce malgré tous les effets d’annonce que l’on peut lire ou entendre ça et là. Toutefois, et c’est en ce sens également une maison honnête, elle prévient que les occurrences de scission de cellules ne sont pas l’exception, malgré la qualité du produit qu’elle délivre. En cas de scission, la résistance interne de la cellule va croître, ainsi bien sûr, que sa température interne. Ceci va conduire dans un premier temps à une déformation due à l’émission de gaz générant des efforts mécaniques considérables. L’étape d’après est le feu, accompagné ou non d’explosion(s), avec toutes les incertitudes qui peuvent être attachées à ce genre de dérive. Idéalement les cellules devraient être isolées les unes des autres dans des confinements protégés thermiquement et renforcés mécaniquement, éventuellement disposées de façon à pouvoir être largués en cas d’évolution incontrôlable de la situation. Ceci n’est pas souvent compatible, ni en volume ni en masse, avec les architectures de nos appareils légers et ultra légers, d’autant qu’il serait dommage de neutraliser l’accroissement des performances liée à la réduction des refroidissement internes par une dégradation de l’aérodynamique causée par l’ajout de contenants externes sur la structure.
Actuellement les électroniques associées ne gèrent que les courant de charge, (pour les équilibrer), idéalement il faudrait également développer une électronique de contrôle de décharge avec alarmes et sécurités associées, l’isolement d’une cellule étant tout à fait compatible avec la poursuite du vol en sécurité. En attendant l’émergence d’un standard en cette matière, il est absolument impératif de disposer d’une surveillance thermique de la batterie (voire de chaque cellule), une alarme mécanique sur chaque pack en cas de déformation n’étant à mon sens pas un luxe superfétatoire. Et je déconseille formellement la proximité des packs tant avec l’équipage qu’avec des éléments structuraux ou mécaniques vitaux de l’appareil (longerons, lignes de commandes). D’autre part, il est crucial que le pilote possède une notion précise des évolutions du couple voltage/ampérage (ou voltage puissance cela revient au même) aux points clefs des différentes phases de vol, de la mise en route à l’arrêt moteur, en passant par tous les points caractéristiques de la trajectoire, notamment et surtout les phases lors desquelles l’appel de puissance est important (décollage). Et il doit s’imposer impérativement une discipline de vérification systématique à ces points clefs avec un maillage plus ou moins serré en fonction des évolutions et des mouvements de la manette des Watts (on ne dit plus manette des gaz). Le maniement de ladite manette est aussi quelque chose qui doit être mesuré, au moins en accélération et décélération, surtout si les performances du contrôleur de puissance interfaçant le tandem moteur + hélice avec la batterie sont mal connues en matière de protection de courant de retour (le cas le plus fréquent).
Last but not least, un travail de réflexion en amont peut conduire au choix d’une électrochimie moins performante certes, mais également moins fragile, et surtout moins dangereuse, par exemple de la famille Li-Fe.

* 3. Perte d’autorité de la manette des watts :

Il a été constaté, dans toutes les branches d’activité de la mobilité électrique d’ailleurs, qu’elles soient terrestres ou aériennes, un défaut inhérent à sa conception de l’architecture actuellement la plus répandue de l’électronique des contrôleurs de puissance. Le phénomène est malaisé à expliquer, mais il se constate très bien, une campagne de vols d’essais dédiée à son étude nous a même permis de comprendre comment le reproduire. Très schématiquement il semblerait qu’une variation brutale en augmentation de couple sur l’arbre moteur puisse « saturer » le fonctionnement du contrôleur de puissance; variation qui peut être provoquée par exemple par la traversée d’un gradient de vitesse verticale de la masse d’air (passage d’une forte ascendance dans une forte descendance) ou encore une augmentation brutale du rapport poids apparent/poids (mise en virage serré ou ressource sèche). Comme l’architecture avec laquelle nous volions jusque ces derniers temps n’est que provisoire, nous n’avons pas dépensé beaucoup de ressources à une compréhension exhaustive du phénomène, mais les constats que nous avons pu faire en l’étudiant et en le reproduisant sont clairs. D’une part le phénomène est favorisé par un mauvais refroidissement du contrôleur, et notre action curatrice a porté sur la construction d’une bonne circulation interne au capot moteur d’air de refroidissement. Ceci nous a permis de pouvoir effectuer de vols à puissance et couple soutenus en atmosphère turbulente sans apparition du phénomène. Bien sûr ce bon résultat a également été obtenu en peaufinant le réglage de l’incidence des pales d’hélice (nous utilisons généralement un moyeu réglable au sol Hélix et la dernière performance de vitesse a été obtenue avec des pales de cette maison) en fonction des puissances et couples disponibles et des contraintes du règlement sportif régissant les performances à atteindre. Si vous êtes malgré ces précautions (refroidissement, réglage hélice) confrontés au phénomène en vol, sachez qu’il peut être réversible (ce que j’ai systématiquement constaté pour ma part), l’idée étant de réduire le couple sur l’arbre, soit en organisant le vol pour passer d’une forte descendance à une forte ascendance, ou encore un accélérant le régime hélice par augmentation de vitesse sur trajectoire, dans ce dernier cas vous aurez besoin d’altitude pour pouvoir convertir de l’énergie potentielle en énergie cinétique. Bien sûr ce genre de « combines » ne sont qu’emplâtres sur une jambe de bois. La vraie solution consiste à disposer d’une hélice à calage variable « intelligente », capable de « discuter » avec le contrôleur de puissance, celui-ci devant intégrer un boucle d’asservissement en couple capable de modifier si besoin l’angle d’incidence des pales d’hélice pour éviter de dépasser les valeurs pénalisantes. Cette modification est assez lourde, sa modélisation est compliquée, et malgré deux échecs préalables, nous sommes décidés à passer l’obstacle et Co développons avec nos partenaires actuel un système qui devrait pouvoir faire face à ce besoin important de performance et de sécurité du système.

  

                                                                                                                                   JLS

                                                                                     AVIASPORT 706/707 JANVIER/FÉVRIER 2014. Page 51