Démarche expérimentale de diagnostic et de correction aérodynamiques:
Amélioration du contrôle en roulis sur un Varieze.
John Dee et Harry Abbott

Après une période prolongée de panne, mon VariEze vole à nouveau et les petits bugs typiques redeviennent d'actualité !
Je n'ai jamais été complètement satisfait du contrôle en roulis à la vitesse de 80 nœuds (148 km/h) et en dessous. Et depuis le retour au service il semble être plus mauvais qu'avant.
Première question... Quels changements pouvaient expliquer la dégradation?

Deux possibilités viennent à l'esprit:
J'avais jointoyé le trou de passage du tube de gauchissement d'ailerons pour empêcher la perte d'air de refroidissement. Mais les joints en caoutchouc étaient dégradés et je les ai enlevés sans remplacement
J'ai installé des écopes de refroidissement à l'intrados de l'emplanture.
Mes symptômes étaient un lacet inverse modéré avec une réponse pauvre en roulis.
Je croyais que les modifications sus-citées pouvaient être la cause de ce problème mais il n'en était rien !
Nous énoncerons d'abord ce qui nous semble être la cause principale puis nous verrons en quoi les deux modifications ont pues aggraver la sévérité du problème.
Note du rédacteur: les raies onduleuses sont engendrées par une distorsion optique à travers la verrière de l'avion suiveur.
Pour aider à diagnostiquer le problème, Bob Greider a scotché des fils de laine à l'aide de ruban adhésif sur l'extrados et l'intrados de l'aile. Nous avons volé à de diverses vitesses avec Bob dans son Long-EZ pour observer ce qui se passait.
Diagnostic de Greider : Écoulement dans le sens de l'envergure en amont des ailerons sur l'extrados seulement et à basses vitesses.
Ceci a expliqué le lacet inverse modéré avec une réponse pauvre en roulis.

J'ai réinstallés les joints en caoutchouc d'aileron, et suis allé voler.
Légère amélioration et retour au faible niveau de contrôle en roulis que j'avais précédemment.

Nous avons rediscuté du problème avec Harry Abbott et John Dee.
Nous avons décidé de tester à nouveau l'écoulement au niveau des ailerons en utilisant des fils de laine à l'extrados et à l'intrados de l'aile et à divers autres emplacements qui nous intéressaient.
Nous avons volé aux vitesses s'étendant de 120 nœuds jusqu' à ma vitesse anémométrique minimum de 55 nœuds Nous avons commencé à 120 nœuds et avons diminué la vitesse par tranche de 10 nœuds
Pour chaque tranche de vitesse une photo à été prise.

Sur l'intrados, pas de gros problèmes décelé, les filets d'air sont bien alignés dans le sens de la vitesse de vol.
Par contre, c'est une tout autre histoire sur l'extrados au niveau des ailerons.
L'écoulement reste raisonnablement aligné avec la vitesse pour des vitesses de vol élevées.
Quand on ralentie l'assiette du fuselage augmente ainsi que l'incidence de l'aile.
À 90 nœuds, on commence à voir les fils de laine s'orienter dans la direction de l'aile et dans le sens emplanture/saumon.
Sur une aile à flèche nulle, aucun problème. Mais sur l'aile en flèche du Vari Ez, l'écoulement des filets d'air tend à avoir une composante en envergure qui apparaître (Note du traducteur : Notez les dépôts laissés par l'eau sur les ailes de vari-EZ qui ont volés dans la pluie).
À 80 nœuds, un décollement des filets d'air se produit bien à l'arrière de la partie la plus épaisse de la corde juste devant l'aileron. L'intrados de l'aileron conserve un écoulement correcte grâce à la surpression d'intrados. L'extrados de l'aileron à l'emplanture est noyé dans la couche limite de l'apex à forte flèche de la voilure. Il est probable qu'une composante en envergure de l'écoulement due à l'apex vienne perturber l'aileron et provoquer un décollement prématuré des filets d'air. De plus, le déclenchement de ce décollement peut être aggravé par une fuite d'air à travers la charnière d'aileron.
Les deux possibilités que j'avais évoqué en début d'article ont certainement aggravé le problème en créant un courant d'air à travers les fentes d'ailerons.
Les joints manquant ont permis à l'air de refroidissement de pressuriser les boîtes d'aileron, et les écopes d'emplantures ont augmenté l'augmentation de pression de l'écoulement près de la racine arrière de l'aile.

(Un ami nous a mentionné avoir eu plus ou moins le même problème avec son VariEz quand il a perdu quelques attaches de capot dans le même secteur, permettant au capot supérieur de se soulever et à l'air de fuir plus ou moins de la même manière.)
Après réflexion, John et Harry avaient suggéré d'implanter des générateurs de vortex en amont des ailerons.
Harry les a donc installés en quelques minutes a la racine des ailerons. Il les a fabriqué rapidement dans une bande en aluminium. Nous avons effectués de nouveau des vols de contrôle.
Les vitesses les plus élevées ont produit des efforts plus élevés lors des sollicitations en roulis, un pas en arrière, toutefois à 80 nœuds le contrôle en roulis fut nettement amélioré.
Les images montrent un bon alignement des fils de laine derrière les générateurs de vortex, avec l'écoulement dans le sens de l'envergure commençant après les vortillons.
John Lambert

Les ailerons sur le variez sont localisés à la jonction du plan d'apex et de l'aile et un décollement à leur niveau semble être la cause la plus probable de la faible réponse en roulis à faible vitesse.
Harry Abbott suggérait d'étudier le comportement de la couche limite en utilisant des fils de laine scotchés sur l'extrados de l'aile au niveau des ailerons et en dehors de ceux ci.
Ce que nous avons fait.
Nous avons photographiés les fils de laine de l'aile droite tous les 10 nœuds depuis 100 nœuds jusqu'à 60. Le comportement des fils de laine de l'aile gauche étant complètement symétrique, nous ne les avons pas photographiés.

Après ce premier essais, Harry a fabriqué à l'aide d'une paire de ciseaux et d'une bande d'aluminium autocollante un ensemble de générateurs de vortex. Après quelques négociations avec le constructeur de l'appareil, Harry a installé six vortillons à environs trois pouces (7,5cm) en amont de la charnière intérieure de l'aile droite.
Pour un contrôle en roulis symétrique, six autres vortillons furent installés sur l'aile gauche. L'emplacement des générateurs de vortex est celui correspondant à l'endroit où l'écoulement avait changé de direction de longitudinal à 100 nœuds à transversal (dans le sens de l'envergure) à 60 nœuds .
Une fois encore, nous avons fait une série de photo de 100 à 70 nœuds. A 60 nœuds, Harry put voir que les fils de laine derrière les vortillons essaient complètement décollés de la surface avec un angle significatif et tourbillonnants. Suggérant que le décollement sur l'aileron résultait d'un angle d'incidence important, mais également, puisque les fils tournoyaient et toujours dans la directions longitudinale plutôt que dans le sens de l'envergure, que les générateurs de vortex semblaient essayer de faire leur travail en pénétrer la région séparée d'écoulement par l'intermédiaire d'énergiques tourbillons.
Harry utilisait un appareil photo numérique ce qui nous permit de consulter rapidement les photos sur ordinateur.
Qu'avons nous vu :

Sans vortillons l'écoulement de la couche limite sur l'aileron était longitudinal à 100 nœuds et stagnant dans le sens de l'envergure à 60 nœuds en aval de la ligne d'articulation de l'aileron.
Cela implique une séparation de l'écoulement sur les ailerons aux faibles vitesses. Avec les vortillons, l'écoulement de la couche limite reste longitudinale à toutes les vitesses. L'écoulement défléchi reste attaché. Cette observation confirmait les impressions de Johns notant des efforts de gauchissement plus importants.
Sans les vortillons, la réduction de la vitesse entraîne une avancée vers l'intérieur de l'aile du point de transition vers un écoulement décollé.
Le flux transversal dans le sens de l'envergure de la couche limite devient évident aux endroits où il n'y à pas de charnière, suggérant que les rivets des fixation des charnières pourraient avoir déclenché la couche limite, introduisant assez de turbulence pour activer légèrement l'écoulement en aval.
(Notez que le premier fil de laine après l'ailerons coté saumon est toujours orienté transversalement quelque soit la vitesse, probablement à cause d'une fuite d'air à travers la jonction aileron/aile. En outre, le fil de laine coté emplanture vibre rapidement à toutes les vitesses, ce que l'on ne peut pas voir sur un cliché, au point de s'emmêler avec son voisin.).
Au total, nous avons eu une expérience très enrichissante avec notre avion "expérimental", et avons appris un peu plus sur l'aérodynamique appliquée.
Et d'ailleurs, nous avons vu un Learjet avec des vortillons installés juste en avant des ailerons! Ainsi, nous ne sommes pas les premiers à essayer de résoudre un problème de gauchissement d'ailerons de cette manière!
John Dee et Harry Abbott

(Avec l'aimable autorisation de messieurs John Dee et Harry Abbott ainsi que de Mr John Dee, ouaibmaître du site www.ez.org)