Le propre des constructeurs amateurs, c’est souvent de chercher à améliorer, optimiser leur machine volante (une fois la construction achevée). Dans cette quête – perpétuelle pour certains – la collecte de données n’est pas souvent aisée. Il y a bien sur l’avionique moderne, qui permet d’enregistrer un grand nombre de paramètres de vol et moteur. Et c’est un bond en avant pour qui veut étudier tout ce qui se passe en vol, sans avoir à noter sur un coin de carte VAC ou de log ne nav’ les paramètres en question. Mais parfois cela ne suffit pas. Pour des questions aérodynamiques, cette avionique a besoin d’être complétée pas des observations en vol. On pense là aux fils de laines que l’on peut apposer sur la zone a étudier, qui sont observés depuis le cockpit, ou filmés pour les zones qui échappent à l’oeil en vol. Là encore, la miniaturisation des caméras, et leurs accessibilité a beaucoup fait progressé ces observations. D’autres préfèreront des « test à l’huile » pour figer l’écoulement d’une surface a étudier et en observeront les résultats un fois au sol. Les plus téméraires aérant recours un vol en patrouille serrée pour observer le comportement d’un élément ou d’un autre.
Ce qui nous amène là aujourd’hui, c’est le besoin – assez courant – d’étudier le refroidissement dans le compartiment moteur. Chaque implantation moteur, avec ses accessoires, son capotage, etc… est différent d’une machine à l’autre, pour un même type (on ne fait pas de la série, il y a forcement des différences plus ou moins notables). Certains sont confrontés à des problèmes manifestes, d’autres, comme moi, cherchent à les anticiper. Et dans mon cas d’espèce, les relevés obtenus par l’avionique ne suffiront pas. Je veux savoir comment évoluent les flux d’air depuis l’entrée jusqu’a la sortie des capots moteur. Donc pressions, températures, voir vitesse des écoulements. Les plus anciens – et pas que – ont développé des manomètres à liquides colorés pour pouvoir observer tout cela. Mais là encore, ce n’est pas simple a mettre en oeuvre… Le VariEze ne s’y prête pas vraiement.
Si la construction d’un avion, ou sa restauration voire sa modification, occupe une grande place dans la littérature, celle des essais est bien plus confidentielle et moins accessible aux amateurs. La méthode essais/erreur occupe une place de choix par sa simplicité, et les implémentations empiriques font plus ou moins bon ménage avec les conseils de colocataires de hangar. Rien de tout cela n’est à jeter, bien au contraire, mais je voulais pouvoir enregistrer tout ces paramètres en vol, et aussi pouvoir avoir l’aide de comparses au sol pour voir, sur une station sol, tous les informations relevés en direct (ou presque, latence du système oblige). Une sorte de « Mission Control » comme celle de la NASA ou plus récemment comme SpaceX a pu nous donner à voir lors des différents lancements. De prime à bord, je me suis dit que tout ça n’était qu’à la portée technique et financière de géants de la tech. Mais c’était là bien, la preuve de mon ignorance en la matière!
Après quelques recherches, je me suis aperçu que je n’étais bien évidement pas le seul a chercher dans cette direction, et a ma grande surprise, que c’était assez simple et surtout très accessible. L’électronique avancée (micro contrôleurs, capteurs divers et variés) est peu onéreuse, et tout un écosystème existe depuis bien longtemps pour une multitude d’applications. Mon cahier des charges qui me paraissait irréaliste est devenu tout d’un coup plutôt « modeste » compte tenu de ce que la technologie m’offrait.
Le cahier des charges a donc un peu évolué, à mesure que je prenait la dimension du possible. L’idée est donc de pouvoir enregistrer les flux en provenance de ma vieille avionique Dynon: un D100 et un D120. Une carte SD enregistre tout cela, et en plus enregistre les capteurs supplémentaires qui ne sont pas dans une avionique standard: 5 capteurs de température, 5 de pression. L’idée étant de pouvoir « délogger » tout cela au sol, pour analyser les flux posément au bureau. Le microcontrôleur retenu est un ESP32, pour sa simplicité et son faible coût (7 euros…). Evidement, il y a quelques contraintes d’adaptation qu’il faut prendre en compte, comme la conversion des flux RS232 12v en provenance des Dynon en 5v pour entrer dans l’ESP32. Des petits modules (MAX3232) viennent s’ajouter à la liste du matériel. Comme il faut tout horodater tout ce petit monde à une horloge commune, un petit module dédié est aussi ajouté a l’ensemble. Les donnée GPS sont fournée (NMEA) pour le GPS de bord qui est relié au D100, donc pas besoin de ce module supplémentaire… Je tenais là une forme de FDR (Flight Data Recorder) miniature pour mes futurs essais en vol.
Mais en fouillant dans ce que pouvait faire notre ESP32 et ses différents modules, je finis par comprendre qu’il possible d’envoyer ces données par radio à une station sol! Pas sur des grandes distance, bien entendu, mais pour faire des essais, pas besoin de traverser la France. Une autre idée était de se servir d’un smartphone a bord pour transmettre ces meme infos au sol via BlueTooth entre l’ESP32 et le téléphone, puis en 4G quand la connexion le permettrait. Bref, le fait de pouvoir transmettre les datas au sol pendant le vol devenait réalisable! Encore fallait-il pouvoir les exploiter une fois arrivé sur le plancher des vaches…
Une fois de plus, la solution s’avéra bien plus simple qu’imaginé! Ceux dont le domaine d’expertise est précisément cela, me trouveront un peu arriéré, je l’avoue. Mais quel bonheur de découvrir un monde de solution réalistes et accessible aux rêves qui nous trottent en tête? Je me plonge donc dans ce monde avec un certain enthousiasme. Je finis par apprivoiser Node-Red, interface qui va pouvoir transformer mes flux de données fraîchement reçues en affichages exploitables. Je me voit déjà concurrencer l’équipe de SpaceX avec ses magnifiques designs d’affichage de mission live tant les possibilités me semblent infinies. La réalité finit quand même assez rapidement par me ramener sur terre, et j’opte pour une présentation sobre mais efficace. On a finalement retenu trois affichages: les données brutes sous forme de diagrammes pour avoir les tendances, où retrouver des paramètres plus anciens dans le vol. Une autre page avec l’affichage en direct des paramètres de vol (en provenance du D100, mon EFIS), des paramètres moteur (du D120, l’EMS) et des capteurs supplémentaires pour les essais spécifiques de refroidissement. Une autre « tranche » est prévue pour collecter les flux du TCU de mon Rotax914, et de l’allumage IgniCzech, mais c’est pour plus tard. La troisième et dernière page (pour le moment) est simplement la cartographie en direct de l’avion, avec sa position et sa trace au sol, et la reprise des infos basiques de vol et moteur. Rien que tout cela représente beaucoup de données.
On me dira là, mais pourquoi tout ça? Qui va traiter ses infos au sol en direct, pour en faire quoi de mieux que les dépouiller au sol après le vol? Au delà du « délire » de parvenir à faire fonctionner tout cela, il apparait souvent utile et efficace d’avoir une tierce personne qui peut avoir un oeil critique, une vue d’ensemble sur le déroulé du vol, sans en avoir les contraintes, pour relever des infos importantes, et demander au pilote de faire des ajustements en direct et voir l’impact que cela a. Un peu comme un ingénieur de course et sa Formule 1 peut avoir un statut en temps réel de toute la voiture et faire évoluer la stratégie du pilote et de la course. Avoir quelqu’un à la radio qui puisse me dire: « tiens, essaies de voler à telle vitesse avec ces paramètres moteur, pour voir si ça chauffe moins » , ou bien « as tu remarqué le changement de ce paramètre là, quand tu as sorti l’aérofrein? ». Bien des détails nous échappent dans le feu de l’action, surtout dans les phases dynamiques de décollage et d’atterrissage. Voila à quoi cette station « Mission Control » pourra me servir. Alleger la charge d’observation durant les premiers vols d’essai et d’endurance de mon avion. Et pour les autres qui voudraient s’en servir, pour développer, essayer, tester, optimiser leur machine!
Cerise sur le gateau, je m’aperçois en cours d développement, que mon ESP32 a encore des capacités de calcul et des E/S disponibles; autant les utiliser! C’est là qu’une tout autre phase de mon projet prend forme: piloter le ventilateur de mon radiateur de façon dynamique. Jusque là, j’ai un thermo-contact qui vient actionner ou éteindre ce ventilateur à partir d’une valeur fixe. Un interrupteur permet d’activer de force ce ventilateur ou d’inhiber tout le système si besoin. Simple, efficace, mais… perfectible! En effet, il est possible de prédire un peu en avance quand le moteur va chauffer, avant que cela n’arrive. On va se poser, le vent relatif va diminuer de façon notable (supprimé dans mon cas a moi, moteur propulsif, l’hélice ne soufflant pas le radiateur, pas plus que les 5kt du roulage). Pouvoir automatiquement actionner le ventilateur une fois le toucher des roues semble être un concept intéressant. De façon analogue, en phase de roulage après mise en route, on peut prédire que « ça va chauffer » et là aussi anticiper la mise ne mouvement du ventilateur, l’ESP32 sachant qu’on ne vole pas, qu’on est au sol, etc… Bien évidement, tout cela est déjà parfaitement possible avec l’interrupteur pour passer en mode manuel et ordonner au ventilateur ce que l’on souhaite. Mais là encore, l’idée de pouvoir l’automatiser et de programmer le fonctionnement du-dit ventilateur était une idée séduisante. Quelques modules de plus, adjoints a l’ESP32 permettent tout cela: un coupleur optique pour gérer la partie puissance, et un capteur a effet hall pour savoir si le ventilateur tourne bel et bien et ce quel régime. Sachant cela, on peut aussi imaginer informer le pilote du statut du ventilateur, a savoir s’il fonctionne dans sa plage nominale, ou s’il est bloqué/ralenti, bien que le relais soit actionné (ma première idée pour obtenir un statut « ventilateur », qui était en réalité un statut « relais »…)
Maintenant que les composants sont arrivés, il ne « reste » plus qu’a tout câbler et tout essayer! La suite bientôt! En attendant, si vous avez des idées lumineuses, des solutions pratiques, informatiques ou autres, on est preneurs. On apprend collectivement, c’est ça un club de constructeurs amateurs.