Le vol en avion télécommandé le plus rapide jamais enregistré a eu lieu en 2018, avec une vitesse maximale de 545 miles / heure. C’est 877 km / h, soit Mach 0,77!

Quel a été le facteur limitant qui a empêché l’avion du pilote et concepteur Spencer Lisenby d’aller plus vite? Le flux d’air sur des parties de l’aile heurtant le mur du son, et les mini-booms sonores qui en résultent font des ravages sur l’aérodynamique. Quel type de moteur à réaction suralimenté peut propulser un modèle réduit plus vite que ses ailes ne peuvent le transporter? Absolument aucun; les avions RC les plus rapides sont, étonnamment, des planeurs.

La montée en flèche dynamique (DS) a été exploitée pour la première fois pour propulser des avions modèles au milieu des années 1990. Depuis lors, une compétition internationale informelle entre pilotes a poussé de plus en plus l’état de l’art, et en seulement 20 ans, la vitesse maximale mesurée a plus que triplé. Mais l’envolée dynamique est tout sauf nouvelle. En effet, c’est possible depuis qu’il y a eu du vent et des pentes sur la terre. Les albatros, les champions longue distance du règne animal, «DSing» depuis toujours, et nous le savons depuis un siècle.

DS est la frontière la plus avancée en matière de vol modèle et regorge de phénomènes physiques et de défis techniques intéressants. Jusqu’à présent, les avions ont tous été pilotés à distance par des personnes, mais atteindre de nouvelles vitesses élevées pourrait nécessiter les temps de réaction rapides du silicium embarqué, en plus d’une nouvelle génération de conceptions d’avions. L’augmentation de vitesse «gratuite» que les planeurs peuvent obtenir grâce à la montée en flèche dynamique pourrait étendre la portée des véhicules aériens sans pilote, lorsque les conditions sont réunies. Bref, DS est à un tournant et les choses sont sur le point de devenir très intéressantes. Il est temps que vous connaissiez l’envolée dynamique.

La physique de DS

Lorsque le vent souffle sur une colline, il doit monter et revenir, en mettant l’accent sur le «haut». Les pilotes de planeurs l’ont utilisé élévation de la crête à leur avantage pendant une longue période, et la pratique des modèles réduits d’avions de planer indéfiniment dans la montée de crête à l’avant d’une colline est appelée «montée en flèche». Avec une source infinie de portance, les modèles réduits de planeurs peuvent faire toutes sortes d’acrobaties amusantes en utilisant très peu de puissance, à condition qu’ils ne touchent pas la colline ou ne volent pas vers l’arrière de la montagne.

À l’arrière, l’air redescend, et il y a une étrange zone turbulente entre l’air en mouvement vers le haut et l’ombre du vent dans la vallée où l’air est encore. La face arrière était connue pour manger des modèles réduits d’avions, les tirant d’abord un peu vers le bas, puis les faisant tomber, puis les laissant sombrer lentement dans l’air immobile. Si vous avez de la chance, c’est une longue marche pour récupérer votre avion intact. Si vous n’avez pas de chance, vous pouvez récupérer vos pièces du côté sous le vent de la colline.

Jusqu’au jour où l’extraordinaire pilote de planeur (et ingénieur aéronautique) Joe Wurts a volé de haut en bas. Il s’est rendu compte qu’il ne pouvait pas revenir contre le vent fort et qu’il ne voulait pas descendre, alors il a dirigé l’avion vers le fond de la vallée. Il a pris de la vitesse, a traversé la zone turbulente et est entré dans l’air calme où il a pu le ramener à la crête de la colline parce qu’il ne combattait pas le fort vent de face. Quand il est monté et est rentré dans le courant du vent, il a remarqué qu’il avait pris de la vitesse. Puis il a commencé à le faire exprès.

Et c’est ainsi qu’est né Dynamic Soaring avec les planeurs RC. (Ta-daa!) Au début, cela ressemble à une machine à mouvement perpétuel, mais l’astuce est que chaque fois que l’avion rentre dans les airs rapides, il est poussé sous le vent. Plonger dans l’air calme lui permet de revenir là où il a commencé sans recevoir la poussée équivalente dans la direction opposée. Tant que l’avion est plus poussé qu’il ne perd à traîner pendant la partie retour du vol, il sort du cercle avec plus d’énergie – il va plus vite.

Modèles réduits d’avions incroyablement rapides

Et c’est rapide vite. Les progrès des records de vitesse ont stagné pendant plusieurs années en raison du fait qu’il n’y avait pas de canons radar disponibles dans le commerce qui mesureraient plus de 300 mi / h – les supercars sont lentes par rapport aux planeurs RC en fibre de carbone. Lorsque de meilleurs détecteurs de radar sont devenus disponibles, en grande partie en raison des harcèlements continus de Spencer et de la communauté DS, les vitesses mesurées ont considérablement augmenté – c’est la ligne verticale au milieu du graphique.

Lorsque le sport était jeune, les vitesses les plus élevées possibles étaient limitées par la rigidité des ailes: Battement est le tueur d’ailes. Si une oscillation dans l’aile démarre à grande vitesse, il y a beaucoup d’énergie pour la maintenir amplifiée, et le résultat est que l’aile se déchire ou s’éloigne du corps de l’avion.

Les avions modernes ont des conceptions de profil aérodynamique résistant au flottement, mais sont également fabriqués à partir de fibre de carbone et d’autres composites de haute technologie. Contrairement aux planeurs «normaux», les planeurs DS ont le problème enviable d’être confrontés à trop d’énergie éolienne, ils peuvent donc être construits de manière solide sans trop se soucier du poids.

Aujourd’hui, les limites de la vitesse de pointe sont l’aérodynamique et le pilote humain. L’air circulant au-dessus de l’aile doit traverser le mur du son, où il n’est plus compressible. Cela crée des ondes de choc au milieu de l’aile, qui détruisent son efficacité aérodynamique. La solution, comme pour les avions à grande échelle, est de balayer les ailes vers l’arrière. Cela adoucit le gradient de pression le long de l’aile, mais cela signifie une refonte complète de l’avion. C’est là que se déroulera le prochain design de Spencer.

Pour un bon aperçu de l’état de l’art en matière de flambée dynamique, vous devriez vraiment consulter le discours de Spencer. Si vous ne vous souciez que des avions, l’histoire de ses propres créations commence environ 20 minutes.

Lorsque Spencer parvient à concevoir et à construire un avion qui peut s’approcher du mur du son, le prochain facteur limitant peut être l’humain dans la boucle. À des vitesses déjà supérieures à 200 m / s, un temps de réaction et de décision d’un humain d’environ 250 ms à 500 ms se traduit par 100 m de déplacement en avion. Si un avion rencontre de mauvaises turbulences à ces vitesses alors qu’il n’est qu’à 20 m au-dessus du sol, il peut s’agir de poussière de fibre de carbone avant même qu’un sac de viande ait une chance de cligner des yeux. Pour citer Spencer, « À chaque nouvelle vitesse, vous avez l’impression que vous êtes au-dessus de votre tête et que votre cerveau ne peut pas suivre ce qui se passe. »

Bien que nous n’en soyons pas encore tout à fait là, il est probable que l’avion DS le plus rapide dans 20 ans sera beaucoup plus automatisé car les humains ne pourront tout simplement pas suivre le rythme. Cela apporte une multitude de nouveaux défis, de l’instrumentation et des moteurs à la conception d’algorithmes. Il existe des tonnes de systèmes de pilote automatique disponibles dans le passe-temps plus large des modèles réduits d’avions, comme Ardupilot par exemple, mais aucun d’entre eux n’a les temps de réponse en boucle fermée qui seront nécessaires pour transonic DS. Mais ils sont plus rapides que les gens.

L’Albatros, le drone et le moulin à vent

Lord Rayleigh a d’abord remarqué que les albatros volaient sur de longues distances sans battre des ailes. Il a appelé cette «rafale en flèche». Mais perversement, ce n’est qu’après la révolution DS dans les modèles réduits d’avions que nous avons pleinement commencé à comprendre pleinement l’aérodynamique, et nous avons encore beaucoup à apprendre de la nature sur ce front.

Un albatros dispose d’une gamme de capteurs de déformation et de vitesse du vent sur toute la longueur de ses ailes qui permettent une analyse et un contrôle en temps réel de son vol que nous ne pouvons même pas commencer à approcher. On rapporte qu’ils sont capables de planer dans le sillage des vagues même lorsqu’ils sont endormis, un bout d’aile ne dépassant que quelques centimètres de la surface de l’eau.

Les drones qui économisent de l’énergie en exploitant les gradients de vitesse du vent, que ce soit sur l’océan ou en profitant d’un terrain spécifique, seront peut-être une application future de la flambée dynamique. Nous aimerions entendre des DS-bots silencieux remplacer leurs frères bruyants basés sur des hélicoptères. Imaginez des planeurs qui s’arrêtent le long de leur route lorsqu’ils s’approchent du côté sous le vent d’une colline venteuse, qui font une boucle pour gagner de la vitesse, puis passent à la suivante. Combinez cela avec des sources d’ascenseur thermique au-dessus des appartements, ou solaires, et vous pourriez avoir quelque chose.

Mais avant que nos têtes ne se perdent trop dans les nuages, revenons à la physique. Vous pensez peut-être « hé, avec toute cette énergie gratuite, pourquoi ne la récoltons-nous pas déjà? » La partie «dynamique» de la montée en flèche dynamique vient du virage en haut: l’avion ne gagne de l’énergie que lorsqu’il est dans l’air en mouvement rapide. La moitié inférieure de la boucle revient à son point de départ. Si vous n’avez besoin d’aller nulle part, vous pourriez imaginer sauter le chemin de retour inefficace et doubler l’efficacité de la récupération d’énergie simplement en attachant l’avion au sol avec un grand mât. Laissez l’aile faire tourner un générateur, utilisez peut-être trois d’entre eux, et vous avez inventé le moulin à vent moderne, qui est au moins deux fois plus efficace que le meilleur avion DS.

Alors peut-être que l’avenir de la flambée dynamique est exactement comme le présent: un sport amusant qui regorge d’adrénaline, d’aérodynamisme et qui ne manque pas de défis de conception. Ou peut-être le futur pour vous c’est découvrir DSing du tout. Dans un autre monde à cause du coût élevé des avions en carbone compétitifs, vous pouvez commencer pour presque rien avec un modèle en mousse de bricolage ou simplement en acheter un. Les modèles débutants sont étonnamment robustes, et si vous le détruisez, vous pouvez le recoller ou récolter les servomoteurs et recommencer. Bonne envolée!

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