PROJET DE FIN D ETUDE

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1 IPSA INSTITUT POLYTECHNIQUE DES SCIENCES AVANCEES PROJET DE FIN D ETUDE Classe ING 3 Promotion 2008 EVALUATION DES PERFORMANCES DU BUGATTI 100P Rapport rédigé par les élèves de la promotion 2008 de l IPSA : M. Thomas BOUTARD M. Ivan GIBAUD Sous la conduite de : M. Guy Robin Professeur de conception des aéronefs à l IPSA Ingénieur Général de l armement INSTITUT POLYTECHNIQUE 24, rue Pasteur LE KREMLIN-BICETRE * Tél. : * Fax : Etablissement Privé d Enseignement Supérieur SIRET N APE 803Z

2 SOMMAIRE GENERAL 1. TABLE DES ILLUSTRATIONS 2 2. REMERCIEMENTS 4 3. INTRODUCTION 5 4. FICHE DE SYNTHESE 6 5. CONCLUSION 7 6. FICHE DE SYNTHESE TECHNIQUE 8 7. HISTORIQUE DES DEBUTS PROMETTEURS UNE LONGUE ATTENTE CARACTERISTIQUES GENERALES DE L AVION AVION COMPLET MOTEURS EVALUATION DES PERFORMANCES DU BUGATTI 100P CAHIER DES CHARGES DESSINS DE L AVION Mise en place des différents éléments Dessins des sections CENTRAGES ET MASSES Masses et Centrage longitudinaux Masses et Centrage Latéraux BASES DE CALCUL DE STRUCTURE Efforts tranchants et Moments Fléchissants Réaction attache voilure/fuselage Charges dues au gauchissement de la voilure GLOSSAIRE BIBLIOGRAPHIE ET WEBOGRAPHIE SOMMAIRE DES ANNEXES 34 Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 1

3 1. TABLE DES ILLUSTRATIONS Figure 1 : Fiche de synthèse 6 Figure 2 : Fiche de synthèse technique 9 Figure 3 : Avion Bugatti 100P, musée de l'eaa 11 Figure 4 : Caractéristiques de l'avion 12 Figure 5 : Caractéristiques des moteurs 12 Figure 6 : Nervures - Dessin Catia 13 Figure 7 : Autre esquisse des nervures, vue de dessus 14 Figure 8 : Profil d'aile et CMA - Dessin Catia 14 Figure 9 : Nervures du train d'atterrissage - Dessin Catia 15 Figure 10 : Train d'atterrissage principal - Dessin Catia 15 Figure 11 : Vue de face de l'empennage - Dessin Catia 16 Figure 12 : Esquisse de l'empennage - Dessin Catia 16 Figure 13 : Vues d'artiste de l'avion Pierre André Tilley 17 Figure 14 : Devis de masse de l'avion Bugatti 100P depuis le nez de l avion 19 Figure 15 : Centrage au sol et en vol de l'avion Bugatti 100P 20 Figure 16 : Limitation des distances pour le calcul du centrage 20 Figure 17 : Remarques des résultats depuis le nez de l avion 21 Figure 18 : Devis de masse, axe latéral 22 Figure 19 : Centrage de l'avion par l'aile bâbord 23 Figure 20 : Dessin détaillé de l'avion Bugatti 100 P, vue de dessus 23 Figure 21 : Dessin d'artiste de l'avion Bugatti 100P, pour M. Philippe Ricco 24 Figure 22 : Portance pour l'avion 25 Figure 23 : Efforts tranchants pour l'avion 25 Figure 24 : Moments fléchissants pour l'avion 26 Figure 25 : Portance pour voilure et carburant 27 Figure 26 : Efforts tranchants pour voilure et carburant 27 Figure 27 : Moments fléchissants pour voilure et carburant 28 Figure 28 : Efforts tranchants sur le train 29 Figure 29 : Moments fléchissants sur le train 29 Figure 30 : Réaction attache voilure/fuselage pour l'avion 30 Figure 31 : Réaction attache voilure/fuselage pour voilure et carburant 30 Figure 32 : Gouverne braquée 31 Figure 33 : Gauchissement de la voilure 31 Figure 34 : Empennages, Copyright Morlock 35 Figure 35 : Disposition du moteur et transmission, Copyright Morlock 35 Figure 36 : Système de refroidissement, Copyright Morlock 36 Figure 37 : Vue d artiste, Pierre Andre Tilley 36 Figure 38 : Construction sandwich, Copyright Morlock 37 Figure 39 : Volets automatiques, Copyright Morlock 38 Figure 40 : Train automatique, Copyright Morlock 39 Figure 41 : Hélice 40 Figure 42 : Manche à balai 40 Figure 43 : Siège du pilote 40 Figure 44 : Dessins de coupe de l'avion - Dessin Catia 41 Figure 45 : Plan de l'aile pour le calcul du centrage 43 Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 2

4 Figure 46 : Efforts tranchants et moments fléchissants de l'avion 48 Figure 47 : Efforts tranchants et moments fléchissants pour la voilure et le carburant 49 Figure 48 : Efforts tranchants et moments fléchissants pour le train d'atterrissage principal 50 Figure 49 : Plan de l'avion, Copyright R.L Lawrence 51 Figure 50 : Plan vue de dessous, Copyright R.L Lawrence 52 Figure 51 : Plan vue de profil de l'avion 53 Figure 52 : Idée de l'avion 53 Figure 53 : Rue du Débarcadère, usine Bugatti 54 Figure 54 : Atelier rue du Débarcadère 54 Figure 55 : Bimoteur Bugatti type 50B1 55 Figure 56 : L'avion en cours de construction 55 Figure 57 : Avion lors du don à l'eaa 56 Figure 58 : Prises d'air refroidissement 56 Figure 59 : Structure de l'aile 57 Figure 60 : Les hélices 57 Figure 61 : Le cockpit 58 Figure 62 : Les volets de type crocodile 58 Figure 63 : Le train d'atterrissage 59 Figure 64 : Empennage 59 Figure 65 : Vue de la structure Dessin 60 Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 3

5 2. REMERCIEMENTS Nous souhaitons remercier Monsieur Guy Robin, notre professeur de Conception des Aéronefs et tuteur de projet, pour sa disponibilité et son encadrement durant notre étude. Nous remercions également Monsieur Frédéric Gasson, expert en mécanique automobile, pour ses conseils avisés durant l accomplissement du projet. De plus, nous le remercions pour son invitation au salon Rétromobile et pour la conférence sur l avion Bugatti à laquelle nous avons pu assister. De plus, nous remercions enfin les membres de la Bugatti Aircraft Association et leurs collaborateurs pour nous avoir permis de visiter les hangars de restauration d avions du Musée de l air et de l espace du Bourget. Enfin nous saluons les élèves de l ISAE avec lesquels nous avons échangé des informations essentielles. Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 4

6 3. INTRODUCTION L avion Bugatti 100P est un avion de musée qui n a jamais volé et dont les traces écrites sont difficiles à retrouver. Nous ne possédons que peu d informations, si ce n est des préceptes théoriques. Cependant, un groupe d amateurs passionnés voudraient en savoir plus sur ses performances, sa structure, ses capacités, ainsi que sur son centrage, sa maniabilité, ses commandes de vol, etc. L objet d étude de ce projet de fin d étude est de calculer les différentes contraintes mécaniques et structurales de cet avion, d une part au niveau de ses ailes et d autre part au niveau de son fuselage, plus particulièrement sur son attache voilure/fuselage, et de ses atterrisseurs. Nous en calculerons les efforts tranchants et les moments fléchissants. Par ailleurs nous ferons une étude précise de sa charge afin de connaître sa répartition, ainsi qu un devis de masse qui conduira au centrage de l avion. Ce PFE est en rapport avec le cours de Monsieur Robin à l IPSA. Nous avons travaillé avec une documentation peu exhaustive, provenant d une part de Monsieur Robin, et d autre part de la très sérieuse Bugatti Aircraft Association. Cette documentation est basée sur trois plans originaux des ingénieurs travaillants sur cet avion dont Louis De Monge : dessins aux dimensions exactes mais aussi une documentation bibliographique et iconographique montrant les projets Bugatti et traitant de l histoire de cet avion. Lors de ce PFE, nous avons du prendre contact avec certains membres de l association afin d obtenir d importants résultats d études complémentaires. Ces travaux ont été réalisés par des membres de l association ou par des étudiants. De plus, nous avons pu profiter de nombreuses données grâce au salon Rétromobile, le 16 février 2008, à la porte de Versailles de Paris. Tous les passionnés étaient réunis afin de parler des études en cours et des résultats. Cette manifestation nous a lié au projet et nous a fait prendre conscience du rôle important de notre étude. Malheureusement nous aurions aimé que ce salon se déroule plus tôt car nous devions rendre ce projet peu après. Dans un premier temps, à partir des plans de l avion, nous avons pu obtenir ses dimensions, et à partir de quelques indications sur ses performances, nous avons esquissé le premier dessin assisté par le logiciel de CAO Catia. Par la suite, ce logiciel nous a permis de faire une étude structurale poussée. La remontée d information fut longue et un assemblage final des diverses parties de l avion fut réalisé. La seconde phase de notre travail fut consacrée aux calculs de structure, c'est-à-dire des efforts et des moments au niveau des ailes. Ensuite nous avons étudié la réaction de l attache de la voilure par rapport au fuselage et les derniers calculs ont été réalisés pour en déduire le centrage. Au final nous avons produit le dossier de calculs nécessaire pour initier la fabrication. Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 5

7 4. FICHE DE SYNTHESE Fiche de synthèse Titre de l étude Evaluation des performances de l avion BUGATTI 100P Client principal Bugatti Aircraft Association Emetteur : M. Frédéric GASSON Objectifs Dossier de calculs pour initier la fabrication Outils utilisés Catia, Pack Office demandé le : délai prévu : pas de délai prévu Etudes réalisées Rapide descriptif : plan de calcul de l avion. Domaine de calcul. Charges aérodynamiques sur la voilure et l empennage. Charges dûes au gauchissement de la voilure. Atterrisseur principal. Résultats/Ecarts avec CDC. Explications L étude du gauchissement n a pas pu être faite Certaines données nous sont manquantes (C x, C z ) Préconisations avant-projet Avoir les données soufflerie pour poursuivre l étude de gauchissement Suite à prévoir Capitalisation métier Travail en équipe Savoir communiquer Cf. fiche Capitalisation des métiers, page 7 Budget : Suite de la fabrication à l échelle 1 Fin du projet attendu dans dix ans Figure 1 : Fiche de synthèse Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 6

8 5. CONCLUSION Ce projet nous a tenus à cœur tout au long des mois de janvier et février, puisque la réunion au salon Rétromobile fut ce pour quoi et pour qui notre travail importait. Nos résultats peuvent donc être utilisés et critiqués par les membres de l association. Ce sont des résultats sérieux pouvant servir comme données de base pour d autres travaux de recherche. Le plus long fut la collecte d informations, des dimensions et des masses. Pour cela nous avons contacté de nombreuses personnes, essentiellement par mails, dans divers pays de l Union Européenne et aux Etats-Unis, afin d obtenir des plans de profils d ailes détaillés sur son vrillage et des sections du fuselage. Ce fut un travail passionnant, alliant amour de l aéronautique, des vieux avions et des anciennes techniques, mais ce fut aussi un travail de recherches aussi bien iconographiques que calculatoires. Cela nous a permis de nous ouvrir au monde des avions anciens, l autre époque de l aviation que nous connaissons peu de par notre âge et nos cours orientés vers les nouvelles technologies : cette aviation où l avion était entièrement piloté mécaniquement, à structure en bois, et à commandes de vol pneumatique. Toutes ces techniques ou solutions innovantes de l époque nous ont apporté un savoir qui pourrait servir aux travers de nos futurs métiers. Les critères essentiels, qui sont la légèreté et la manœuvrabilité, sont toujours autant nécessaires pour accroitre les performances. Toutefois, les barrières économiques, de la vitesse et de la consommation ; et de nos jours, le poids environnemental, sont à prendre en compte. Le Bugatti 100P était un avion dessiné pour battre des records de vitesse. C était un avion aux lignes pures, très esthétique de part sa forme à aile en flèches inversées et à empennage en Y. Nous comprenons l intérêt que présente cet avion pour les passionnés d aviation. Nous espérons que la réplique du Bugatti 100P à l échelle une, volera et sera un succès. Nous y serons pour quelque chose et nous serons au rendez-vous. Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 7

9 6. FICHE DE SYNTHESE TECHNIQUE INSTITUT POLYTECHNIQUE CAPITALISATION DES METIERS FICHE DE SYNTHESE TECHNIQUE Date du rendu : 03/03/2008 Date de rédaction : 05/01/2008 au 02/03/2008 Nom des rédacteurs : M. Thomas BOUTARD M. Ivan GIBAUD Nom du correcteur : M. Guy ROBIN 1 ) TITRE GENERAL DU PROJET : Evaluation des performances de l avion BUGATTI 100P 2 ) SUJETS ABORDES : Rapide descriptif : plan de calcul de l avion. Domaine de calcul. Charges aérodynamiques sur la voilure et l empennage. Charges dues au gauchissement de la voilure. Atterrisseur principal. 3 ) GROUPE ETUDIANTS : Ing3 CSA Thomas BOUTARD Ivan GIBAUD 4 ) ACQUIS : Estimations des masses et centrages Calculs d efforts tranchants (avions, voilure, train d atterrissage) Calculs des moments fléchissants (avions, voilure, train d atterrissage) Calculs de la réaction attache voilure/fuselage 5 ) QUESTIONS ENCORE À TRAITER : Calculs aérodynamique : coefficients de trainée et de portance Charges dues au gauchissement de la voilure (manque de données actuellement) 6 ) PREVISIONS DU PROGRAMME DES TRAVAUX A ENGAGER : Reprise du projet par les promotions suivantes Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 8

10 7 ) PARTENARIAT EXTERNE : Bugatti Aircraft Association 8 ) INTERLOCUTEURS INTERNES (Associations, Professeurs) : Monsieur Guy ROBIN (ingénieur général de l armement) Monsieur Frédérique GASSON (expert en mécanique automobile) 9 ) BIBLIOGRAPHIE (récapitulation des documents clé) : Ouvrages consultés : Document écrit par Michel Firczuk et David Lednicer qui est une simulation aérodynamique du Bugatti 100P Documents électroniques consultés : Numérisations des plans de Ron Lawrence sur le Bugatti 100P Un fichier Catia.igs de l avion 100P Trois fichiers des présentations power point du salon Rétromobile 2008 Sites Internet consultés : Figure 2 : Fiche de synthèse technique Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 9

11 7. HISTORIQUE 7.1. DES DEBUTS PROMETTEURS Le début du XX ieme siècle fut marqué par la naissance de l aéronautique, particulièrement en France où de nombreuses personnes se sont investies dans ce domaine en innovant. Lors de la première guerre mondiale, la France a produit massivement des avions et l Etat rationalise leur fabrication. Entre les deux guerres, les avions ont été recyclés. Au début des années trentes, un regroupement industriel se crée, une nouvelle génération d ingénieurs arrive et l Etat nationalise massivement. Dés 1916, Ettore Bugatti s intéresse à l aviation. C est un brillant motoriste qui a déjà de nombreux moteurs à son actif, comme par exemple le huit cylindres. Il crée aussi le moteur Diatto /Delauney-Belleville, jusqu au Bugatti King. En 1920, Louis Charles Breguet et Ettore Bugatti s associent afin de faire des moteurs plus puissants, comme le premier moteur d hélicoptère appelé le gyroplane. L ingénieur Belge, Louis De Monge, connaît bien l aviation et surtout les avions aux moteurs Bugatti. Il prend en charge la conception et la fabrication de cet avion. Bugatti ne s est pas posé de questions, c est un personnage aux multiples victoires, il possède le palmarès le plus flamboyant en ce qui concerne les records, aussi bien dans le domaine de l automobile, ferroviaire que navale. De plus il maitrise très bien la conception des moteurs. C est un féru de vitesse. A cette époque, deux courses sont proposées aux amateurs, mais professionnels dans l âme. Au final, il y a une grosse somme d argent allant de cinquante mille à cent mille Francs. La course Schneider est réservée aux hydravions tandis que la coupe Deutsch de La Meurthe est réservée aux avions. Dès 1912, les courses de vitesses sont d actualité. Tous les ans, de nombreux participants s inscrivent. Si un participant gagne deux fois de suite la course, alors il est déclaré vainqueur à vie. Alberto Santos Dumont et Henri Farman sont les deux premiers gagnants en 1908 et C est la naissance de l aviation pilotée. Suzanne Deutsch de La Meurthe reprend la course avec l aide de l Etat Français et Bugatti veut y participer. André Grenet, Louis De Monge, André Stark et Max Holste travaillent sur le projet de Bugatti. Ce seront des ingénieurs brillants, de nombreux projets ont été ainsi déposés au fil des années (cf. annexe 1) Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 10

12 7.2. UNE LONGUE ATTENTE Ettore Bugatti dessine seul la première esquisse de son avion. Le profil est épuré. Il est équipé de deux moteurs de 3,2 Litres de cylindre afin de concourir pour la course Deutsch de La Meurthe. Par suite, voulant battre le record de vitesse de l époque, il souhaite équiper le Bugatti100P de deux moteurs Bugatti type 50 B1 de 4,7 Litres de cylindre. En 1938, afin de détrôner la suprématie des avions allemands, l Etat Français lance un marché d Etat. Bugatti veut décliner son avion 100P en 110P, plus manœuvrable et moins lourd. Pour cela il raccourci les ailes et l allège, ce qui semble une idée surprenante. Cet avion possède un bimoteur spécial, c est un système complexe, nous pouvons penser qu il y avait des pertes de charges au niveau de l arbre de transmission. Le moteur serait en magnésium afin de gagner du poids. Cependant cet avion n a jamais volé puisqu il fut construit dans un hangar rue du Débarcadère, de la société Bugatti en plein cœur de Paris, et quand la seconde guerre mondiale a débuté, les allemands ont occupé les lieux. L avion a été racheté plusieurs fois, et se trouve actuellement, sans les moteurs et quelques autres pièces, au musée de l'eaa Air Adventure Museum dans le hall d'entrée Fergus Plaza. D après une étude approfondie de ses caractéristiques, il serait dangereux de le faire voler. Notre étude va nous permettre d en dire plus sur son comportement. Figure 3 : Avion Bugatti 100P, musée de l'eaa Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 11

13 8. CARACTERISTIQUES GENERALES DE L AVION 8.1. AVION COMPLET Envergure Ces caractéristiques ont été trouvées sur le site internet de Morlock, site en annexe. Elles sont plus ou moins approximatives, mais au cours du salon Rétromobile, nous avons revu ces données d après les nouvelles informations exposées MOTEURS Type Bugatti type 50 B1 Puissance 500 CV Au régime de 4500 (4700) tr/min Poids 220 kg Nombre de cylindres 8 Ordre d'allumage Cylindrée 4700 cm 3 Bloc moteur Aluminium Lubrification Sous pression avec carter sec Refroidissement Accessoires Suralimentation Distribution Figure 4 : Caractéristiques de l'avion 8,235 m Surface alaire 11,4 m 2 Longueur Hauteur Poids au décollage Hélice Vitesse théorique prévue Vitesse d'atterrissage 7,70 m 2,25 m 1550 kg Ratier (S.O.B.) à pas réglable au sol 635 (805) km/h 115 km/h A eau dans un radiateur double, une moitié pour chaque moteur Magnésium Un compresseur Roots Deux arbres à cames en tête Figure 5 : Caractéristiques des moteurs Ces données sont aussi issues du site de Morlock, nous n avons pas revu ces valeurs, par contre nous avons du comprendre comment les masses au niveau du moteur sont ordonnées : c'est-à-dire dans un moteur de 220 kg, de combien est le poids du circuit combustible et du combustible. Nous avons demandé à des experts de la BAA de nous dire si notre devis de masse moteur est correct. Ils nous ont dit oui et ils ont rajouté une information importante que nous n avions pas prise en compte : le système de refroidissement se fait par un radiateur à eau, et par un circuit d air complexe alimenté par des prises d air sur la voilure et le l empennage. Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 12

14 9. EVALUATION DES PERFORMANCES DU BUGATTI 100P 9.1. CAHIER DES CHARGES Nous devons calculer et évaluer les performances d un avion d exception, de supériorité aérienne s il avait pu voler avant le début de la seconde guerre mondiale. C est un avion monoplace, rapide, permettant d équiper l armée de l air française. Le travail exigé nous demande : Les plans de calcul de l avion. Le domaine de calcul. Les charges aéronautiques sur la voilure et les empennages. Les charges sur l atterrisseur principal. Les charges dues au gauchissement de la voilure DESSINS DE L AVION MISE EN PLACE DES DIFFERENTS ELEMENTS Nervures La voilure est composée de onze nervures, séparées entres elles de 0.42 mètres. Cidessous la mise en place de ces nervures que l on visualise en rouge. Le dessin Catia n est pas fini car seule la partie voilure et fuselage nous intéresse. Les autres éléments constituants l avion sont en annexe 2. Figure 6 : Nervures - Dessin Catia Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 13

15 Nervure s Figure 7 : Autre esquisse des nervures, vue de dessus Il nous a été délicat de dimensionner l avion. Par manque de données, le dessin Catia s est fait par mesures manuelles, à partir de plans et de dessins d artiste que l on retrouve en annexe Profil d aile et CMA CMA Figure 8 : Profil d'aile et CMA - Dessin Catia Le profil d aile et la CMA ont été approximés avec les dessins d artiste. Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 14

16 Nervures du train principal Nervure 2 Nervure 4 Figure 9 : Nervures du train d'atterrissage - Dessin Catia Le train d atterrissage principal est fixé au niveau des nervures 2 et 4. En considérant que la jambe de train est aussi lourde que le pneu, nous prenons en compte les charges suivantes : En mode train rentré, 60% de charge est appliquée sur la nervure 4 et 40% sur la nervure 2. En mode train sorti, 100% de la charge sera appliquée sur la nervure 4. Nervure 2 20 kg Nervure 4 Figure 10 : Train d'atterrissage principal - Dessin Catia Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 15

17 Empennage L empennage est une partie essentielle de l avion car il lui permet d être stable mais aussi d être maniable. Nous pensons que cet empennage a été fait dans le but de pouvoir laisser le pilote s éjecter si besoin est. Pour cela le pilote retire la verrière en la pliant afin de pouvoir sauter. L empennage en Y lui permet de passer entre les gouvernes de profondeur sans être percuté. Ce principe est repris sur le Fouga Magister puisque cet avion n est pas équipé d un siège éjectable. Ejection Figure 11 : Vue de face de l'empennage - Dessin Catia Figure 12 : Esquisse de l'empennage - Dessin Catia Nous avons considéré que la roulette de queue est en fait une tige, ou une sorte de «patin» servant à poser la queue de l avion. Cependant les manœuvres au sol devraient se faire manuellement. Lors de l atterrissage, le pilote est obligé de poser l avion en douceur pour minimiser les charges sur le train d atterrissage auxiliaire, afin de ne pas casser cette tige. Pour le moment, la roulette de queue n a pas été définie car les dessins montrent des roulettes d empennage différentes. Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 16

18 DESSINS DES SECTIONS Figure 13 : Vues d'artiste de l'avion Pierre André Tilley Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 17

19 9.3. CENTRAGES ET MASSES Afin de réaliser le devis de masse suivant, nous nous sommes basés dans un premier temps sur les paramètres vus dans l annexe 3, et nous avons fait des approximations de masses en ce qui concernent les aménagements des missions, sachant que cet avion est fait pour battre un record, il est donc léger, et nous avons restreint le confort du pilote. La masse de la voilure, du fuselage a été approximée d après les données de nos cours de conception afin d avoir un ordre de grandeur similaire. Nous nous sommes basés sur le devis de masse de l avion King Air de la compagnie Beechcraft. Nous savons déjà que la masse totale avant mise en route est de 1550 kg : pilote et plein en place. Nous avons la masse de nos moteurs et des réservoirs qui sont respectivement de 440 kg et de 300 kg : 2 76 litres pour le réservoir 1, 2 67 litres pour le réservoir 2 et enfin 1 39 litres pour le réservoir 3 se trouvant en queue de l avion. Le poids de la jambe de train avec roue est autour de 20 kg, ce qui est lourd mais c est le début des trains rentrants à l époque. Sur cet avion aux moteurs carénés et refroidis par eau, il ne faut pas négliger les radiateurs. Ils pèsent 20 kg à vide avec les carters de canalisation d'air. La quantité d'eau est d environ 10 litres. Le pilote pèse en générale 80 kg avec son matériel tel que le casque et son équipement. Les parties systèmes et planeur ont donc été approximées puis affinées au travers de nos rencontres avec M. Gasson, les membres de la BAA, mais aussi les experts du musée de l air du Bourget. Au final nous jugeons notre devis de masse correct, même si des parties nous sont toujours manquantes. Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 18

20 MASSES ET CENTRAGE LONGITUDINAUX DEVIS DE MASSE RESUME MASSES x d MOMENTS kg m m.kg A PLANEUR A1 VOILURE A2 FUSELAGE A3 EMPEN. HORIZONTAL A4 EMPEN.VERTICAL A5 MAT ET NACELLE A6 ATTERRISSEUR PPAL A7 ATTERRISSEUR AUXI A8 PEINTURE FINITION B PROPULSION B1 GROUPE MOTEUR B2 CIRCUIT COMBUSTIBLE B3 COMBUSTIBLE INCONSOM C SYSTEMES C1 SERVITUDES C12 servitudes volets C2 CONDT. AIR PRESSURIS; C3 DEGIVRAGE DESEMBUAGE C4 CONTROLE COUCHE LIMI C5 OXYGENE C6 PILOTAGE NAVIGATION C71 TRANSMISSIONS C72 arbre drt C73 arbre gch C8 INSTALLA. OPERATIONNE C9 SYSTEMES DIVERS helices D AMENAG.TTES.MISSIONS D1 AMENAGT POSTE PILOTAGE D2 AMENAGT CABINE D3 AMENAGT SOUTES D4 MATERIEL SECU.FIXE D5 ECLAIRAGE D6 LOT BORD TTES MISSIONS M.V. MASSE A VIDE,A+B+C+D (M.V.) E AMENAGEMENTS SELON MISSION 0 0 E1 SUPPORTS AMOVIBLES 0 0 E2 MATERIEL AMOVIBLE 0 0 E3 AMENAGT PASSAGERS 0 0 E4 AMENAGT AMOVIBLE SOUTES 0 0 E5 EQUIPEMENT SAUVETAGE 0 0 E6 LOT BORD SELON MISSION 0 0 M.V.E. MASSE A VIDE EQUIPEE (M.V.E.) F EQUIPAGE M.V.O.E. Masse à Vide en Ordre d'exploitation (M.V.O.E.) G CHARGES VARIABLES 0 #DIV/0! 0 G1 PAX RANG G2 PAX RANG G3 PAX RANG G4 PAX RANG G5 PAX RANG G6 PAX RANG G6 PAX RANG H COMBUSTIBLE H1 RESERVOIR H2 RESERVOIR res R radiateur et système de refroisissement M.T.A.M.R. MASSE TOTALE avant mise en ROUTE Figure 14 : Devis de masse de l'avion Bugatti 100P depuis le nez de l avion Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 19

21 Centrage au sol et en vol Par rapport au nez de l'avion: Distance du CDG l= 3.47 m Distance du train avant a= m Distance entre atterrisseurs b= m Corde moyenne aérodynamique c= m Distance du bord d'attaque CMA d= m Centrage en % de la CMA = % Charge sur le train ppal en % M % Charge sur le train auxiliaire en % M 7.49 % Figure 15 : Centrage au sol et en vol de l'avion Bugatti 100P Nous remarquons que la CMA est aux alentours de 25%. Ceci nous semble correct sachant que nous avons aussi 92.51% de la charge sur le train principal et 7.49% sur le train auxiliaire, qui ressemble plus à une tige de queue. Ces résultats sont cohérents et correspondent bien avec les estimations faites par M. Robin. Le centre de gravité de l avion est placé à une distance de 3.47 mètres du nez de l avion, ce qui le place après les roues. Par contre nous ne savons pas si cet avion est stable, le foyer de l avion n a pas été déterminé. La corde moyenne aérodynamique est de mètres. Ci-dessous les mesures correspondantes : d = m c = m a = m b = m l = 3.47 m L = 7.70 m Figure 16 : Limitation des distances pour le calcul du centrage Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 20

22 Remarque : A A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 B B1 B2 B3 PLANEUR VOILURE FUSELAGE EMPEN. HORIZONTAL EMPEN.VERTICAL MAT ET NACELLE ATTERRISSEUR PPAL. ATTERRISSEUR AUXI. PEINTURE FINITION PROPULSION GROUPE MOTEUR CIRCUIT COMBUSTIBLE COMBUSTIBLE INCONSOM. REMARQUES on a 30,32% de la masse au décollage, habituellement 33.61% (civil) 37.69% (militaire) on a 28,38% de la Mdéco, habituellement 9.03% (civil) 15.70% (militaire) cet avion a été designé dans un but de vitesse C SYSTEMES C1 SERVITUDES C12 servitudes volets 20 C2 CONDT. AIR PRESSURIS; C3 DEGIVRAGE DESEMBUAGE C4 CONTROLE COUCHE LIMI. C5 OXYGENE C6 PILOTAGE NAVIGATION C71 TRANSMISSIONS C72 arbre drt C73 arbre gch C8 INSTALLA. OPERATIONNE. C9 SYSTEMES DIVERS helices on a 13,54% de la Mdéco, habituellement 10.92% (civil) 13.28% (militaire) peu de systèmes à cette époque D D1 D2 D3 D4 D5 D6 AMENAG.TTES.MISSIONS AMENAGT POSTE PILOTAGE AMENAGT CABINE AMENAGT SOUTES MATERIEL SECU.FIXE ECLAIRAGE LOT BORD TTES MISSIONS on a amenagement rustique, gain de poids évident M.V. MASSE A VIDE,A+B+C+D (M.V.) on a habituellement 55.93% (civil) 67.28% (militaire), ici 75,48% E AMENAGEMENTS SELON MISSION pas de mission 0% E1 SUPPORTS AMOVIBLES E2 MATERIEL AMOVIBLE E3 AMENAGT PASSAGERS E4 AMENAGT AMOVIBLE SOUTES E5 EQUIPEMENT SAUVETAGE E6 LOT BORD SELON MISSION M.V.E. MASSE A VIDE EQUIPEE (M.V.E.) on a habituellement 58.60% (civil) 68% (militaire) F EQUIPAGE M.V.O.E. Masse à Vide en Ordre d'exploitation on 80,65% a de la Mdéco (M.V.O.E.) G CHARGES VARIABLES G1 PAX RANG 1 G2 PAX RANG 2 G3 PAX RANG 3 G4 PAX RANG 4 G5 PAX RANG 5 G6 PAX RANG 6 G6 PAX RANG 7 H COMBUSTIBLE on a 19,35% de la Mdéco est dédié au combustible H1 RESERVOIR 1 H2 RESERVOIR 2 res 3 R radiateur et système de refroisissement M.T.A.M.R. MASSE TOTALE avant mise en ROUTE Nous sommes dans une configuration militaire d'après les calculs Figure 17 : Remarques des résultats depuis le nez de l avion Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 21

23 MASSES ET CENTRAGE LATERAUX DEVIS DE MASSE DEPUIS UN BOUT D'AILE MASSES x d MOMENTS kg m m.kg A PLANEUR 470 4, ,225 A1 VOILURE 180 4, ,15 A2 FUSELAGE 210 4, ,675 A3 EMPEN. HORIZONTAL 20 4, ,35 A4 EMPEN.VERTICAL 15 4, ,7625 A5 MAT ET NACELLE A6 ATTERRISSEUR PPAL. 40 4, ,7 A7 ATTERRISSEUR AUXI. 2 4,1175 8,235 A8 PEINTURE FINITION 3 4, ,3525 B PROPULSION 440 4, ,7 B1 GROUPE MOTEUR 424 4, ,82 B2 CIRCUIT COMBUSTIBLE 12 4, ,41 B3 COMBUSTIBLE INCONSOM. 4 4, ,47 C SYSTEMES 210 4,07 854,491 C1 SERVITUDES 80 4, ,4 C12 servitudes volets C2 CONDT. AIR PRESSURIS; 10 4, ,175 C3 DEGIVRAGE DESEMBUAGE C4 CONTROLE COUCHE LIMI C5 OXYGENE C6 PILOTAGE NAVIGATION 40 4, ,7 C71 TRANSMISSIONS 0 4, C72 arbre drt 20 4,37 87,4 C73 arbre gch 40 3, ,456 C8 INSTALLA. OPERATIONNE C9 SYSTEMES DIVERS helices 20 3,818 76,36 D AMENAG.TTES.MISSIONS 50 3,29 164,7 D1 AMENAGT POSTE PILOTAGE 40 4, ,7 D2 AMENAGT CABINE D3 AMENAGT SOUTES D4 MATERIEL SECU.FIXE 5 0 D5 ECLAIRAGE 5 0 D6 LOT BORD TTES MISSIONS M.V. MASSE A VIDE,A+B+C+D (M.V.) , ,116 E AMENAGEMENTS SELON MISSION 0 #DIV/0! 0 E1 SUPPORTS AMOVIBLES 0 0 E2 MATERIEL AMOVIBLE 0 0 E3 AMENAGT PASSAGERS 0 0 E4 AMENAGT AMOVIBLE SOUTES 0 0 E5 EQUIPEMENT SAUVETAGE 0 0 E6 LOT BORD SELON MISSION 0 0 M.V.E. MASSE A VIDE EQUIPEE (M.V.E.) , ,116 F EQUIPAGE 80 4, ,4 M.V.O.E. Masse à Vide en Ordre d'exploitation , ,516 (M.V.O.E.) G CHARGES VARIABLES 0 #DIV/0! 0 G1 PAX RANG G2 PAX RANG G3 PAX RANG G4 PAX RANG G5 PAX RANG G6 PAX RANG G6 PAX RANG H COMBUSTIBLE 300 4, ,589 H1 RESERVOIR , H2 RESERVOIR , ,462 res , ,7 R radiateur et système de refroisissement 60 4, ,427 M.T.A.M.R. MASSE TOTALE avant mise en ROUTE , ,105 Figure 18 : Devis de masse, axe latéral Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 22

24 centrage au sol et en vol Par rapport é l'aile de babord Distance du CDG l= 4.09 m Distance du train avant a= m Distance entre atterrisseurs b= m Corde moyenne aérodynamique c= m Distance du bord d'attaque CMA d= m Centrage en % de la CMA = % Charge sur le train ppal en % M % Charge sur le train auxiliaire en % M % Figure 19 : Centrage de l'avion par l'aile bâbord Nous remarquons que l avion est légèrement décentré de quelques centimètres sur la gauche (2cm) mais cela n interviendra pas dans la manœuvrabilité de l appareil. Afin de réaliser ce centrage latéral, nous avons repris la figure ci-dessous, et nous avons placé notre point de départ en bout d aile bâbord. Ensuite nous avons fait comme pour le centrage longitudinal, c'est-à-dire nous avons gardé les mêmes masses en changeant simplement les distances du bout de l aile gauche m Figure 20 : Dessin détaillé de l'avion Bugatti 100 P, vue de dessus Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 23

25 9.4. BASES DE CALCUL DE STRUCTURE EFFORTS TRANCHANTS ET MOMENTS FLECHISSANTS Afin de calculer les efforts tranchants et les moments fléchissants, aussi bien sur l avion que sur la voilure, il nous a fallu partitionner l aile afin d avoir les distances entre les nervures (cf. annexe 4). Nous avons aussi estimé le nombre de longerons à trois : deux principaux autour des réservoirs, dont l attache se situe entre les deux moteurs type 50B1, et un longeron secondaire servant à supporter les voilures. Réservoirs Longeron Figure 21 : Dessin d'artiste de l'avion Bugatti 100P, pour M. Philippe Ricco Nous estimons que cet avion peut endurer les accélérations suivantes : de -2g à +6g. Les calculs qui suivent sont donnés pour les différents facteurs de charge n. Nous en avons tiré toutes les sommes de portance ce qui nous a permis de calculer la réaction attache voilure/fuselage. Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 24

26 Avion Les résultats des calculs des portances, des efforts tranchants et des moments fléchissants sont ici représentés en fonction des facteurs de charges. Le détail des calculs est en annexe 5. Figure 22 : Portance pour l'avion Figure 23 : Efforts tranchants pour l'avion Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 25

27 Figure 24 : Moments fléchissants pour l'avion Nous remarquons que la portance, l effort tranchant et le moment flechissant croient en même temps que le facteur de charge augmente, sur toute la longueur de l aile, et inversement lorsque le facteur de charge est négatif. Ceci est totalement normal et répond aux lois de l aérodynamique. En ce qui concerne la portance, nous remarquons que le bout d aile est moins porteur, cela doit provenir de la forme de son aile, plus fine au bout. Le reste de l aile porte, et on a un léger accroissement de cette portance lorsqu on part du bout d aile pour aller vers le fuselage Voilure et Carburant Les résultats des calculs des portances, des efforts tranchants et des moments fléchissants sont ici représentés en fonction des facteurs de charges. Le détail des calculs est en annexe 6. Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 26

28 Figure 25 : Portance pour voilure et carburant Figure 26 : Efforts tranchants pour voilure et carburant Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 27

29 Figure 27 : Moments fléchissants pour voilure et carburant En ce qui concerne la voilure et le carburant, nous remarquons que les moments fléchissant, la portance et les efforts tranchants sont très fort près du fuselage et décroisent vers le bout de l aile. Plus le facteur de charge est important, plus le moment, l effort ou la portance est fort. Tout ceci est normal et permet donc de dimensionner les parties attache voilure/fuselage Train d atterrissage Le train d atterrissage principal se fixe au niveau des nervures 4 et 2. Etant donné que la jambe du train est de masse non négligeable nous appliquons une charge de 40% au niveau de la nervure 4, soit au niveau de la première attache, et 60% au niveau de la nervure 2, la deuxième attache spécifique au pneu du train d atterrissage. Le détail des calculs des efforts tranchants et des moments fléchissant sont en annexe 7. Nous remarquons sur ces deux schémas les différentes charges appliquées sur le train. Plus le facteur de charge est fort, plus l effort ou le moment est fort, cela va de soit. Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 28

30 Figure 28 : Efforts tranchants sur le train Figure 29 : Moments fléchissants sur le train Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 29

31 REACTION ATTACHE VOILURE/FUSELAGE La réaction attache voilure/fuselage correspond à la somme des portances de toutes les nervures. Figure 30 : Réaction attache voilure/fuselage pour l'avion Figure 31 : Réaction attache voilure/fuselage pour voilure et carburant Sous facteurs de charges l avion est soumis à des réactions importantes attache voilure/fuselage. Les seuils à ne pas dépasser sont indiqués à chaque extrémité des graphiques. Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 30

32 CHARGES DUES AU GAUCHISSEMENT DE LA VOILURE Pour un braquage donné on considère que la charge due au gauchissement de la voilure ne doit pas dépasser une certaine valeur de facteur de charge ( ). Figure 32 : Gouverne braquée La déformation du profil elliptique donnerait pour différent facteur de charge : Fuselage Axe avion Gouverne braquée Gouverne braquée Figure 33 : Gauchissement de la voilure On a : La déformation de la voilure doit être inferieure à celle correspondant au facteur de charge extra. Nous ne connaissons pas encore les données du BUGATTI 100P, car l étude n a pas pu se faire malheureusement. Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 31

33 10. GLOSSAIRE BAA : Bugatti Aircraft Association CAO : Conception Assisté par Ordinateur CDG : Centre De Gravité Ce : Corde d emplanture CMA : Corde moyenne aérodynamique Cs : Corde de saumon EAA : Experimental Aircraft Association ISAE : Institut Supérieur de l Aéronautique et de l Espace n : facteur de charge de l avion PFE : Projet de fin d étude Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 32

34 11. BIBLIOGRAPHIE ET WEBOGRAPHIE Ouvrages consultés : Document écrit par Michel Firczuk et David Lednicer qui est une simulation aérodynamique du Bugatti 100P Documents électroniques consultés : Numérisations des plans de Ron Lawrence sur le Bugatti 100P Un fichier Catia.igs de l avion 100P Trois fichiers des présentations power point du salon Rétromobile 2008 Sites Internet consultés : Les ouvrages nous ont été prêtés lors du salon Rétromobile du samedi 16 février 2008 par M. Fréderic Gasson, M. Philippe Ricco, et par les élèves de l ISAE. Les photos récentes vues dans ce document ont été prises par Thomas Boutard et Ivan Gibaud lors de leurs différentes rencontres. Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 33

35 12. SOMMAIRE DES ANNEXES Annexe 1 : BREVETS DEPOSES DU BUGATTI 35 Annexe 2 : AUTRES ELEMENTS DE L AVION DESSINS CATIA 40 Annexe 3 : ESTIMATION DES MASSES ET CENTRAGES GENERALITES 42 Annexe 4 : BASE DE CALCULS Portance 2. Efforts tranchants 3. Moments fléchissants Annexe 5 : EFFORTS TRANCHANTS ET MOMENTS FLECHISSANTS 48 AVION Annexe 6 : EFFORTS TRANCHANTS ET MOMENTS FLECHISSANTS 49 VOILURE ET CARBURANT Annexe 7 : EFFORTS TRANCHANTS ET MOMENTS FLECHISSANTS 50 TRAIN D ATTERRISSAGE PRINCIPAL Annexe 8 : PHOTOS D EPOQUE 51 Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 34

36 ANNEXE 1 : BREVETS DEPOSES DU BUGATTI 1. Empennages n du 4 Avril 1939 Ces empennages avaient d abord une particularité de forme : ils étaient composés de deux plans papillons vers le haut et d une quille verticale vers le bas, calés sensiblement entre eux à 120. La quille, bien sûr, faisait office de dérive et portait la roulette d étambot. La commande des gouvernes était différentielle. La profondeur agissant sur les volets supérieurs, alors que la commande de direction braquait simultanément les trois gouvernes avec prépondérance sur celle de la quille. L avion, soufflé en tunnel, avait, parait-il, fait preuve d une très grande stabilité; les gouvernes, s avérant par ailleurs très efficaces. Figure 34 : Empennages, Copyright Morlock 2. Disposition des moteurs n du 9 Octobre Les deux huit cylindres en ligne de 4,7 litres à double arbre à cames en tête, développaient 450 chevaux à tr/mn pour un poids sec de 220 kilogrammes, soit moins de 500 grammes au cheval et un rendement de 95 chevaux au litre. Ces chiffres donnent la mesure du talent de Bugatti. Ces moteurs avaient une caractéristique : les paliers du vilebrequin étaient fixés sur le bloc cylindres, il n y avait pas de carter proprement dit, mais simplement une tôle roulée sous le moteur, qui retenait l huile et qui carénait les soubassements du groupe. Un compresseur Roots gorgeait les cylindres. Le problème du logement de deux groupes dans un fuselage au maître-couple très faible, posa évidemment un problème. Les deux moteurs furent logés devant et derrière le caisson central de voilure avec un certain angle convergent sur l axe longitudinal du fuselage. Les deux transmissions passaient de part et d autre du pilote, exactement sous ses coudes. Des transmissions à cardan au niveau de la cloison pare-feu dans le dos du pilote, permettaient de resserrer l angle de ces transmissions appelées à suivre la courbe d évolution du fuselage et à transmettre la puissance dans une boîte réducteur située dans le plastron avant juste derrière les casseroles des hélices : toute cette mécanique était l oeuvre d Ettore Bugatti; les cardans étaient empruntés aux autorails Bugatti, sur lesquels ils avalent acquis un maximum de fiabilité. Figure 35 : Disposition du moteur et transmission, Copyright Morlock Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 35

37 3. Système de refroidissement n du 16 Mars 1939 Ettore Bugatti s était penche sur ce problème particulièrement crucial pour un avion de hautes performances. Pour le circuit de refroidissement de son avion, le génial constructeur faisait entrer l air par des ouïes aménagées dans le bord d attaque des deux plans arrière en V. Cet air en pression était canalisé vers le centre du fuselage où il convergeait puis remontait dans ce dernier jusqu à un radiateur installé à mi-chemin entre la deuxième cloison moteur et la naissance des empennages dans une portion de fuselage où, à part les timoneries de commande, il n y a généralement rien d installé. La forme tronconique de cette partie arrière de cellule améliorait le ralentissement de l air en formant diffuseur. Après être sorti du radiateur, l'air était évacué de part et d autre par des ouïes latérales ouvertes au-dessus du raccordement aérodynamique aile-fuselage. Figure 36 : Système de refroidissement, Copyright Morlock Figure 37 : Vue d artiste, Pierre Andre Tilley Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 36

38 4. Cellule en construction sandwich n du 18 Août 1939 INSTITUT POLYTECHNIQUE Améliorant le procédé de construction dit en sandwich qui demandait la fabrication de moules creux pour former les surfaces, le procédé Bugatti éliminait cette nécessité. Il consistait à rapporter sur un support constituant l armature du corps creux une couche de matière légère, du balsa par exemple, que l on modelait à la forme extérieure définitive en éliminant les parties en excès et que l on recouvrait soit d un enrobage de plaquage ou en lames de tulipier. Pour le fuselage, par exemple, le support intérieur en contre-plaqué était constitué par des séries de sections réglées, c est-à-dire dont les génératrices étaient droites et qui, se raccordant les unes aux autres, suivant des lignes brisées, épousaient la forme galbée de la carène fuselage. Sur cette caisse polyédrique, on collait une épaisseur de balsa que l on taillait ensuite sur sa face extérieure, comme lorsqu on fabrique une pale d hélice en bois, afin d obtenir la forme désirée. L épaisseur du balsa était variable, maximum au milieu des panneaux, minimum sur les bords, ce qui constituait du même coup des surfaces d égale résistance aux déformations du fait de la variation du moment d inertie. Le profil extérieur ainsi obtenu, on ménageait l emplacement des lisses qui étaient collées dans le balsa aux points d attache, des blocs de bois dur étaient encastrés. Les surfaces de collage étaient telles que les différents éléments formaient un bloc avec le revêtement extérieur qui était posé après. Voilure et empennages étaient construits selon le même procédé. Figure 38 : Construction sandwich, Copyright Morlock Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 37

39 5. Voilure à caractéristique variable n du 5 Mai 1939 Voici quelles en étaient les différentes séquences. INSTITUT POLYTECHNIQUE - Décollage : augmentation de la portance par accroissement de la courbure. Les deux volets crocodiles qui constituaient l extrados et l intrados de la partie arrière descendaient comme des volets d atterrissage. - Montée et croisière économique : vol à la finesse maximum grâce au profil de base reconstitué par les deux volets crocodiles. - Vitesse maximale : réduction de la traînée, grâce à la diminution de courbure obtenue par un léger braquage vers le haut des deux volets crocodiles. - Vol en piqué : les deux volets s écartent autour de leur position neutre et font freins aérodynamiques d intrados et d extrados, comme sur certains avions de combat de la deuxième guerre mondiale. - Atterrissage : le volet supérieur reste neutre, le volet inférieur est baissé comme un volet d intrados. - Roulement au sol : le volet inférieur est neutre, le volet supérieur est braqué vers le haut pour créer une portance négative, plaquant l avion au sol. Les trois premières combinaisons étaient directement fonction de la vitesse et étaient contrôlées par un système anémométrique (un venturi). Les deux positions suivantes (piqué et atterrissage) étaient commandées par la réduction des gaz. La dernière position était déclenchée par la mise en action des freins de roues au cours des roulages au sol. Figure 39 : Volets automatiques, Copyright Morlock Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 38

40 6. Train automatique US n de Mai 1939 (A.Y.Berger) INSTITUT POLYTECHNIQUE A basse vitesse et faible puissance, gaz réduits, les volets "devinaient" l atterrissage : celui d extrados restait au neutre, l inférieur se braquant seul en position convenable ; le train sortait automatiquement dans cette configuration, dispositif pour lequel Bugatti prit en mai 1939 le brevet US et qui fut par la suite utilisé par Piper sur son Arrow. Figure 40 : Train automatique, Copyright Morlock Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 39

41 ANNEXE 2 : AUTRES ELEMENTS DE L AVION DESSINS CATIA Figure 41 : Hélice Figure 42 : Manche à balai Figure 43 : Siège du pilote Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 40

42 Figure 44 : Dessins de coupe de l'avion - Dessin Catia Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 41

43 ANNEXE 3 : ESTIMATION DES MASSES ET CENTRAGES La norme AIR 2001 C prévoit la répartition des masses entre les postes suivants : A : B : C : D : E : F : G : H : PLANEUR PROPULSION SYSTEME AMENAGEMENTS "toutes missions" (radio par exemple) AMENAGEMENTS "selon mission" (poutres d accrochage par exemple) EQUIPAGE CHARGES VARIABLES (obus, missiles ou bidons largables par exemple) COMBUSTIBLE Le devis de masse fait apparaître un certain nombre de masses caractéristiques : Masse à vide : MV = A + B + C + D Masse à vide équipée : MVE = MV + E Masse à vide en ordre d exploitation : MVOE = MVE + F Masse Totale avant mise en Route : MTAMR = MVOE + G + H Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 42

44 ANNEXE 4 : BASE DE CALCULS Afin de calculer les efforts tranchants et les moments fléchissants, aussi bien sur l avion que sur la voilure, il nous a fallu partitionner l aile afin d avoir les distances entre nervures Avion : Voilure & Carburant : Train principal : Figure 45 : Plan de l'aile pour le calcul du centrage Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 43

45 1. Avions P1 & P2 (N/m) : On a : Avec n : facteur de charge (variant de -2 a 6) on obtient : Equations : y 1 = a + y 2 = c + On obtient : n = -2 : y 1 = n = -1 : y 1 = y 2 = y 2 = n = 1 : y 1 = n = 2 : y 1 = y 2 = y 2 = n = 3 : y 1 = n = 4 : y 1 = y 2 = y 2 = n= 5 : y 1 = n = 6 : y 1 = y 2 = y 2 = Calculs par nervure : Portances : Efforts tranchants : Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 44

46 Moments fléchissants : 2. Voilure & Carburants P1 & P2 (N/m) : On a : Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 45

47 Avec n : facteur de charge (variant de -2 a 6) on obtient : Equations : y = a + On obtient : n = -2 : y = n = -1 : y = n = 1 : y = n = 2 : y = n = 3 : y = n = 4 : y = n = 5 : y = n = 6 : y = Calculs par nervure : Portances : Effort tranchants : Moments fléchissants : Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 46

48 3. Train d atterrissage Efforts tranchants : Train rentré : Nervure 4 : 40% de charge sur la nervure 4 Nervure 2 : 60% de charge sur la nervure 2 Train sorti : Nervure 4 : 100% de charge sur la nervure 4 Moments fléchissants : Train rentré : Nervure 4 : 40% de charge sur la nervure 4 Nervure 2 : 60% de charge sur la nervure 2 Train sorti : Nervure 4 : 100% de charge sur la nervure 4 Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 47

49 ANNEXE 5 : EFFORTS TRANCHANTS ET MOMENTS FLECHISSANTS AVION La portance est en N/m, les efforts tranchants sont en N/m et les moments fléchissants sont en N.m. Facteur de charge -2 Facteur de charge -1 Facteur de charge 1 Facteur de charge 2 Facteur de charge 3 Facteur de charge 4 Facteur de charge 5 Facteur de charge 6 Nervure Distance entre nervures N10 N9 N8 N7 N6 N5 N4 N3 N2 N1 N Portance , , , , , , , , , ,795 Effort tranchant Moment fléchissant , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,58 Portance , , , , , , , , , ,576 Effort tranchant Moment fléchissant , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,98 Portance , , , , , , , , , ,861 Effort tranchant Moment fléchissant , , , , , , , , , , ,42 618, , , , , , , , ,248 Portance , , , , , , , , , ,08 Effort tranchant Moment fléchissant , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,895 Portance , , , , , , , , , ,299 Effort tranchant Moment fléchissant , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,415 Portance , , , , , , , , , ,808 Effort tranchant Moment fléchissant , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,009 Portance , , , , , , , , , ,736 Effort tranchant Moment fléchissant , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,605 Portance , , , , , , , , , ,955 Effort tranchant Moment fléchissant , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,208 Figure 46 : Efforts tranchants et moments fléchissants de l'avion Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 48

50 ANNEXE 6 : EFFORTS TRANCHANTS ET MOMENTS FLECHISSANTS VOILURE ET CARBURANT La portance est en N/m, les efforts tranchants sont en N/m et les moments fléchissants sont en N.m. Facteur de charge -2 Facteur de charge -1 Facteur de charge 1 Facteur de charge 2 Facteur de charge 3 Facteur de charge 4 Facteur de charge 5 Facteur de charge 6 Nervure Distance entre nervures N10 N9 N8 N7 N6 N5 N4 N3 N2 N1 N Portance Effort tranchant Moment fléchissant Portance Effort tranchant Moment fléchissant Portance Effort tranchant Moment fléchissant Portance Effort tranchant Moment fléchissant Portance Effort tranchant Moment fléchissant Portance Effort tranchant Moment fléchissant Portance Effort tranchant Moment fléchissant Portance Effort tranchant Moment fléchissant Figure 47 : Efforts tranchants et moments fléchissants pour la voilure et le carburant Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 49

51 ANNEXE 7 : EFFORTS TRANCHANTS ET MOMENTS FLECHISSANTS TRAIN D ATTERRISSAGE PRINCIPAL N4 Nervure Train rentré Train sorti N2 Distance entre la nervure et le fuselage m m Facteur de charge -2 Facteur de charge -1 Facteur de charge 1 Facteur de charge 2 Facteur de charge 3 Facteur de charge 4 Facteur de charge 5 Facteur de charge 6 Effort tranchant Moment fléchissant Effort tranchant Moment fléchissant Effort tranchant Moment fléchissant Effort tranchant Moment fléchissant Effort tranchant Moment fléchissant Effort tranchant Moment fléchissant Effort tranchant Moment fléchissant Effort tranchant Moment fléchissant Figure 48 : Efforts tranchants et moments fléchissants pour le train d'atterrissage principal Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 50

52 ANNEXE 8 : PHOTOS D EPOQUE Figure 49 : Plan de l'avion, Copyright R.L Lawrence Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 51

53 Figure 50 : Plan vue de dessous, Copyright R.L Lawrence Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 52

54 Figure 51 : Plan vue de profil de l'avion Figure 52 : Idée de l'avion Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 53

55 Figure 53 : Rue du Débarcadère, usine Bugatti Figure 54 : Atelier rue du Débarcadère Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 54

56 Figure 55 : Bimoteur Bugatti type 50B1 Figure 56 : L'avion en cours de construction Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 55

57 Figure 57 : Avion lors du don à l'eaa Figure 58 : Prises d'air refroidissement Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 56

58 Figure 59 : Structure de l'aile Figure 60 : Les hélices Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 57

59 Figure 61 : Le cockpit Figure 62 : Les volets de type crocodile Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 58

60 Figure 63 : Le train d'atterrissage Figure 64 : Empennage Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 59

61 Figure 65 : Vue de la structure Dessin Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 60

62 RESUME Au cours de cette année d'ing3, option CSA, notre travail de fin d'étude a porté sur l'évaluation des performances de l'avion Bugatti 100P, avion n'ayant jamais volé et dont peu de traces subsistes. Pour cette étude, nous avons contacté la Bugatti Aircraft Association qui détient les ouvrages et documents numérisés sur cet avion. De plus, les étudiants de l ISAE réalisent actuellement une étude aérodynamique sur une maquette. Afin d'approximer au mieux les performances de l'avion, ils pourront utiliser nos résultats qui sont les suivants : matrice d'inertie, centrage de l'avion dans l'axe, devis de masse de l'avion. L'autonomie et le travail synthétique des résultats, associés à l'expertise de notre tuteur, professeur de conception des aéronefs à l'ipsa, nous ont permis d approcher au plus près la réalité. Nos résultats ont aussi bien été donnés aux étudiants qu'aux membres de l'association que nous avons rencontrés lors du salon Rétromobile de Paris. Ces rencontres nous ont apporté un gain supplémentaire d'engagement et d'envie de bien faire pour le projet. Le but étant de ne pas décevoir et de rendre des résultats corrects. Nous sommes toujours en contact avec les membres de l association afin de suivre l'évolution de ce projet ambitieux, dont la durée est estimée à une dizaine d'années, et qui est destiné aux chevronnés de l'aéronautique. Ce projet nous a d autant plus enrichis que notre investissement personnel a été important. Parallèlement, nous avons du mobiliser nos connaissances de façon adaptée pour apprivoiser et nous approprier le sujet. ABSTRACT During our last year of studies at IPSA, in the CSA option, we are able to work on a professional project for the Bugatti Aircraft Association on how the Bugatti 100P performs. This aircraft has never flown and so we have few information, drawings, tests about this aircraft. Just one Bugatti 100P exists and is at EAA museum in the USA. To do this work, we have gathered lots of drawings and pictures about Bugatti s life and Bugatti 100P, thanks to the BAA members and thanks to passionate people. Furthermore, ISAE students are working on aerodynamic studies in a wind tunnel to know how the aircraft behaves at low speed. They need our work, about the Matrix of slowness, the center of gravity, the axial centrality of the aircraft and the different weights for the balance weight. Autonomy capacity and team work to synthesize the results were much essential. We worked with our tutor and with the BAA members and with other students in order to have the best results, because our work is enriching for everybody. During this plan, we have met many people who work in the airplane industry and it has been an extra pleasure to collaborate with them and for them. Nowadays, we are still in touch with everybody to follow the development plan, but we know that it is a ten-year plan. Rapport PFE : BUGATTI 100P - Ing3 CSA 61