MAQUETTES
D'AVIONS A REACTION Les
"Ducted-Fan" 
Semi-maquette
d'un Mirage 2000 au décollage. Grâce aux moteurs actuels, cette
manoeuvre peut être effectuée sur une piste en herbe.
Lors des compétitions de maquettes, les visiteurs sont étonnés de constater que presque tous les modèles présentés correspondent à des avions réels à hélice. La question qui nous vient immédiatement à l'esprit est la suivante: "Cela signifie-t-il qu'il est impossible de réaliser une maquette d'avion "à réaction" qui soit réellement capable de voler ?"
Comme toujours, la réponse à cette question ne sera pas catégorique. Disons que "oui, c'est possible", mais ça dépend... De fait, on peut concevoir des répliques de n'importe quel appareil, mais la difficulté, dans le cas des avions à turbine (terme le plus approprié pour désigner les avions sans hélice), consiste à cacher le système de propulsion.
Voyons, l'un après l'autre, les différents systèmes qui nous permettront de résoudre ce problème.
Première solution: ne pas mettre de moteur; de fait, vous vous rappelez peut-être que depuis quelques années, en Angleterre, se déroulent des compétitions de vol de pente auxquelles seules les maquettes d'avions à turbine sont autorisées à participer (sans le moindre moteur, donc).
Nous avons eu l'occasion de visionner des reportages sur ce sujet, dans lesquels on pouvait voir certains modèles étonnamment réalistes, équipés d'un système d'émission de fumée.
Une autre solution, un peu plus sophistiquée, consiste à placer un moteur à hélice conventionnel. Voici quelques années, sont apparus des modèles d'avions à turbine équipés de moteurs "normaux" (à hélice, donc) placés dans le nez de l'appareil ou en lieu et place de la turbine réelle. Bien que ce système puisse paraître quelque peu "brut", le fait est que, dans certains cas, il ne se remarque pas lorsque l'avion est en vol. Cela vaut surtout pour les avions de ligne; dans les "shows" (surtout français et allemands), il n'est pas rare de rencontrer des groupes
d'aéromodélistes spécialisés dans ce genre d'appareils : maquettes de " Jumbo 747" ou autres avions de ligne propulsés par quatre moteurs à hélice.
Une variante de cette dernière technique consiste à "cacher" le moteur pour qu'il se remarque le moins possible. Pour y arriver, la méthode la plus simple consiste à déplacer le moteur: au lieu de le placer dans le nez de l'appareil, on l'installe à l'arrière, après l'avoir équipé d'une hélice à pas inversé. Cette variante donne d'étonnants résultats sur les avions à ailes "Delta" (Mirage,
Kfir, etc.). Seul le bruit du moteur, tout différent de celui d'une turbine, apporte à l'ensemble une note discordante.
 
1)
Trains rentrants, indispensables sur un "Ducted-fan". 2)
Accès au moteur d'un BAE Hawk. Ici pas de fibre de verre. Bonnes
qualités de vol. Les "vrais" réacteurs
Nous n'avons parlé, jusqu'à présent, que d'"imitations", c'est-à-dire des modèles qui se caractérisent par la présence d'une hélice extérieure. Attachons-nous maintenant aux "vrais" systèmes. Ils sont au nombre de trois: les fusées, les turbines proprement dites et les" ducted fans" .
Les fusées ont principalement été utilisées sur de petits modèles de vol libre, la plus connue d'entre elles étant la
"jetex". Ce dispositif, aux dimensions réduites, se fondait sur l'utilisation de comprimés de combustible fournissant une poussée de 20-30 grammes durant un maximum de 10-20 secondes. Nous ignorons si ce système fut jamais employé en aéromodélisme RC, mais, quoi qu'il en soit, il s'agissait (et il s'agit toujours) d'un dispositif ingénieux. Précisons que pour prévenir tout risque d'explosion, le compartiment contenant la pastille de combustible est muni d'une soupape de sécurité, pareille à celles des cocottes-minute, qui s'ouvre en cas de surpression.
Les pulsoréacteurs constituent une variante des fusées. Ce sont de véritables avions à réaction (et non à turbine) semblables à ceux dont étaient équipées les bombes volantes allemandes "V-1 ". Ils fonctionnent à l'essence, émettent un bruit assourdissant (on les entend à plusieurs kilomètres), et sont extrêmement dangereux : le corps du réacteur tourne en quelques secondes au rouge vif et doit être refroidi en vol. Ils ne sont guère utilisés que de manière expérimentale, et interdits dans de nombreux pays.
Depuis peu, on trouve dans le commerce de véritables turbines. Il s'agit de répliques parfaites des moteurs équipant les avions de ligne. En théorie, ils constituent la solution idéale; dans la pratique, les problèmes techniques liés à leur fabrication les rendent réellement inabordables. Nous en reparlerons plus tard. En dernier recours, il nous reste les
"ducted-fans". Il s'agit d'un système hybride grâce auquel on peut construire des maquettes de (presque) n'importe quel avion à turbine sans que le moteur ne soit apparent, et cela pour un prix, disons, raisonnable.
Détail du Mirage 2000. Excellent fini superficiel. Entièrement en
fibre de verre. Fabrication "artisanale" (non disponible en
kit). Fonctionnement du Ducted-fan
Tout d'abord, précisons que l'utilisation d'un anglicisme se justifie, comme pour le vocable "Whisky", par le souci de respecter les origines du
"ducted-fan", dont la traduction littérale serait "turbine placée dans un conduit"; en réalité, l'utilisation du terme "moteur", au lieu de "turbine", correspondrait mieux à la réalité.
Le principe de fonctionnement du ducted-fan est simple. si le but poursuivi est de cacher le moteur d'une maquette à réacteur, la solution la plus simple consiste à y placer un moteur conventionnel (équipé d'une petite hélice qui tienne dans le fuselage) là où est censée se trouver la "vraie" turbine: au centre de l'appareil. Le système est complété par une tuyère qui part des prises d'air, enveloppe le moteur et canalise l'air pulsé par les pales de l'hélice vers la sortie, simulant ainsi la turbine.
Les
"ailes delta" sont les modèles les plus populaires de cette
catégorie.
Problèmes techniques
En théorie, le fonctionnement du ducted-fan ne pose aucun problème. En pratique, par contre, il présente une série de difficultés, que nous allons étudier en détail. En premier lieu se pose le problème du rendement: la poussée fournie par une hélice est proportionnelle à son diamètre. Or, la construction d'un ducted-fan nous impose l'utilisation d'une hélice de plus petite dimension (entre 10 et 15 centimètres, en général). Cela explique pourquoi les premiers ducted-fans manquaient de puissance utile. Face à une telle contrainte, nous avons deux solutions: soit nous améliorons la conception de l'hélice, soit nous augmentons la puissance du moteur.
Pour un amateur "moyen" (celui qui conçoit et monte son propre système de
ducted-fan), l'amélioration du dessin d'une hélice peut se révéler réellement problématique. Sans vouloir entrer dans des considérations trop techniques, disons simplement que ces turbines sont dotées d'hélices nettement plus petites que celles normalement utilisées pour des moteurs de même cylindrée travaillant dans des conditions "normales". Une manière d'en " augmenter" le diamètre consiste à augmenter le nombre de pales, et de le faire passer ainsi à cinq, neuf, voire davantage; le pas est généralement plus important qu'à l'accoutumée. Il est évident que la conception d'une turbine est une opération délicate et que d'elle dépendra le résultat final; chaque fabricant a ses préférences en matière de profil, de forme et de surface des pales, etc. Vous trouverez dans le commerce un large éventail d'équipements
"ducted-fans" adaptés à chaque type de cylindrée; certains sont meilleurs que d'autres, mais tous sont parfaitement opérationnels. Ils peuvent être classifiés selon les moteurs (ou, plus exactement, les cylindrées) auxquels ils seront accouplés; les "formats" les plus fréquents sont destinés à des moteurs de 10-13 cc et 6-8
cc; en-deçà de ces valeurs, ils sont plus délicats et/ou manquent de rendement. Certaines turbines autorisent une modification du pas ou du nombre de pales; même si, en théorie, ce système permet une meilleure adéquation entre moteur et turbine, il fragilise cette dernière et est donc fort peu utilisé dans la pratique.
Les prises d'air pour la turbine doivent être les plus grandes possibles.
Parfois, on en pratique des auxiliaires dans le bas de l'appareil. Moteurs
Un autre moyen d'accroître la poussée de notre turbine consiste, en toute logique, à augmenter la puissance du moteur. Si les premiers ducted-fans étaient équipés de moteurs classiques, depuis six ou huit ans, apparaissent sur le marché des moteurs spécialement pensés pour cette branche de l'aéromodélisme. Comme les hélices sont petites, et malgré le nombre croissant de leurs pales, la seule façon d'augmenter la puissance du moteur consiste à élever son régime. Le résultat ? Alors qu'un moteur normal tourne à 10000-13000
tpm, il est fréquent qu'un moteur de ducted-fan atteigne 22000-23000 tours. De plus, les fabricants ont pris l'habitude de "gonfler" leurs moteurs; en d'autres mots, ils produisent des moteurs dont la cylindrée est de 20-30% supérieure à celle qu'ils avaient au départ. Il est d'usage courant de doter ces moteurs de dispositifs qui améliorent leur "respiration" : carburateurs démesurés et soupapes rotatives à l'arrière, comme pour les modèles de vitesse et de compétition.
Inutile de préciser que de tels moteurs emploient des résonateurs et des carburants un tant soit peu "spéciaux": aux USA, où cette discipline rencontre un énorme succès, et où le nitrométhane est bon marché, la proportion de ce dernier atteint souvent 20-30%.
Depuis trois ou quatre ans apparaissent de petites turbines du type "ducted-fan" montées directement sur des moteurs électriques. Comme nous l'avions signalé au moment d'analyser le Folland
"Gnat", ce système fonctionne, quoi que réservé, pour l'instant, aux pilotes chevronnés; il nécessite au moins 10 éléments de batterie, consomme environ 25 ampères et peut entraîner des modèles pesant jusqu'à un kilo.
 
1) Le ou les réservoirs sont le plus souvent placés de chaque côté
de la tuyère principale.
2)
Composants de la turbine et support du moteur.
Améliorations aérodynamiques
Il ne suffit pas de disposer d'une bonne puissance moteur et d'une poussée suffisante. Encore faut-il en tirer le meilleur parti. Tous ceux qui ont construit un jour leur ducted-fan savent combien le dessin du conduit abritant le moteur et la turbine contribue à atteindre cet objectif. La règle est que le moteur doit pouvoir aspirer un maximum d'air, et cela, coûte que coûte; les prises d'air sont généralement deux fois plus importantes que la section de la tuyère d'échappement. L'intérieur du conduit doit être le plus lisse possible, afin d'opposer un minimum de résistance; n'oublions pas que le jet d'air pulsé par la turbine sort de la tuyère à plus de 350 km/heure. Si le modèle ne dispose pas à l'origine d'entrées d'air suffisantes, on pratique des ouvertures supplémentaires
("cheater holes" en anglais, ou "trous de tricheur"). Dans tous les cas, il faudra veiller à ce que l'espace séparant les pales de la turbine et la paroi du conduit soit le plus restreint possible (moins de 2 mm); il est en effet inversement proportionnel au rendement et à la poussée.
 
1) Eléments du train rentrant. 2)
Vue intérieure de la tuyère. Les pales de la turbine doivent être le plus près possible des parois.
Le pilotage
Il est possible, à condition de disposer d'un ducted-fan bien mis au point et d'un bon moteur, de faire voler n'importe quel avion à réaction; voici encore 3-4 ans, il était impensable de faire voler une maquette de F-104 (ailes minuscules et énorme fuselage) : aujourd'hui, de tels appareils sont devenus des habitués des concours. De toute manière, si vous vous sentez attiré par cette branche de l'aéromodélisme, nous ne saurions trop vous recommander de commencer par un modèle qui a fait ses preuves (un kit de série représente la meilleure solution) et aux bonnes qualités de vol.
Comment ces engins se comportent-ils en vol ? De manière générale, ils ne conviennent pas aux débutants, vu la complexité de leur construction et de leur réglage. Une fois dans les airs, ils se manoeuvrent comme tout autre
aéromodèle, leur particularité étant une vitesse de pointe considérablement plus importante que de coutume. Rappelez-vous également qu'une hélice de petite dimension, comme celle d'un
ducted-fan, fournit moins de "traction" qu'une hélice conventionnelle, ce qui nous obligera à une certaine anticipation, afin d'éviter toute perte excessive de vitesse, qu'il sera beaucoup plus difficile de corriger.
Détail
des prises d'air. |
