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6 décembre 2009
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Un remorqueur génétiquement modifié…

Présentation : Daniel Villa
Photos de l’auteur, de Laurent Berlivet et de Pascal Favreau

Vous en avez marre des remorqueurs thermiques qui calent en bout de piste, ou qui refusent de démarrer quand les pilotes de planeurs commencent à se bousculer derrière avec leurs machines à la main ? Vous voulez faire de vraies économies ? Alors j’ai quelque chose à vous proposer…

La puissance des motorisations électriques est telle qu'on peut envisager la construction de tous types de modèles. Le Bostok est un remorqueur de 2,35 m, aux lignes originales, équipé de volets de courbure.
Cet avion est destiné à tracter des planeurs jusqu'à 4 m d'envergure et 4 kg comme l'Alpina que l'on voit ici.

La propulsion électrique vous tente ?
Côté conception, j’ai souvent quelques problèmes graves : Faire une caisse à voler est une idée moyennement motivante pour moi. J’ai plutôt envie d’une réalisation originale, genre remorqueur full options, avec de gros volets, de vrais ailerons et une gueule attrayante ornée de fioritures en tout genre pour épater au bord de la piste. De toute manière, les planeuristes se fichent complètement de l’esthétique du “tracteur”, pourvu qu’il sache remorquer correctement.
Ainsi est né le Bostok.
Une grande bouche frontale aidée par une large ouverture du cockpit assure la circulation et l’expulsion de l’air chaud du groupe motopropulseur qui est composé d’un moteur d’une puissance de 1 000 watts environ, alimenté par un pack de 20 éléments, ce qui me semble être un bon compromis poids/puissance.
Le profil d’aile choisi est le SB 12.7/3 créé par le “docteur” Serge Barth. Sélectionné pour son très bon comportement aux forts Cz, il excelle aussi en finesse, me laissant espérer ainsi des retours de missions en vol plané.
Pas de technologie de pointe en matière de stockage d’énergie, je ne pense pas qu’il soit nécessaire de passer aux accus Li-Po pour valider le bien-fondé du concept (une technologie bien trop onéreuse à l’heure qu’il est sur ce type de modèle). La technologie des Ni-MH suffit amplement.

L'aile est en polystyrène coffré. Les noyaux sont recoupés afin d'intégrer la seconde nervure percée pour recevoir le fourreau de clé. Les passages des câbles de servos sont réalisés dans le polystyrène avec un fer à souder.

Fabrication de l’aile
Elle est réalisée en polystyrène expansé coffré samba 6/10 collé à la P.U., avec comme renfort structurel juste une cravate en fibre de verre 100 g/dm² stratifiée à la résine époxy, ainsi que les quelques renforts de puits de servos en fibre également. Des bandes de tissu d’arrachage d’environ 25 mm de large sont insérées entre le coffrage et le noyau, faisant office de charnières, à l’extrados pour les ailerons, et à l’intrados pour l’articulation des volets. La clef d’aile est en tube dural d’un diamètre de 20 mm. Elle mesure 480 mm de long. Un fourreau constitué de 6 enroulements de fibre de verre 160 g/m² préalablement moulé sur la clef transmet les efforts de charge aux nervures d’emplantures ainsi qu’aux fausses nervures qui sont toutes réalisées en contre-plaqué 30/10. Le bord d’attaque est en samba 15x5.

Réalisation du raccord stab/fuselage avec des blocs de balsa. Le raccord après ponçage. Il n'y a plus qu'à entoiler.
On voit sous le stab les deux tourillons de fixation en tube carbone. Collage d'une des dérives, le gabarit permet d'assurer une bonne symétrie.

Les empennages
Le stab est coffré avec du Koto 4/10, toujours sur un noyau de polystyrène. Tout comme l’aile, le volet de profondeur est articulé suivant le principe de la bande de tissu emprisonnée sous le coffrage. Sauf que dans ce cas il s’agit de Kevlar 62 g/m². Une bande de fibre de verre intrados/extrados et quelques judicieux blocs de bois dur et de contre-plaqué 50/10 se chargent des contraintes structurelles de fixation. Les dérives sont taillées dans une planche de balsa 50/10. Quelques renforts intégrés en samba 5x10 assurent leur rigidité. Une fois mises en place sur le stab, elles reçoivent chacune une jambe de force en jonc de carbone de 3 mm. Les volets sont articulés autour de petites charnières plates du commerce.

Début de la construction du fuselage. Les nombreux couples sont collés sur les flancs en balsa et contre-plaqué. Cintrage des flancs qui viendront se coller contre le couple avant.
Assemblage du support de train sur le maître-couple.
Le support moteur formant l'avant de l'avion, qui avait été dessiné pour un moteur Ultra 3300/7. Mise en place du support moteur et de ses gabarits avant le coffrage monocoque du dessus.
Collage des 3 lisses principales qui sont doublées de contre-plaqué fin. Renforcement de l'ouverture du fuselage au niveau du cockpit, au moyen d'une feuille de contre-plaqué.
Les lisses sont ajustées l'une après l'autre puis l'ensemble est soigneusement poncé.
Mise en place des câbles et de la prise DB9. Les puits de servos vont être creusés. On voit aussi l'emplacement prévu pour les cravates en fibre de verre.
Un des supports de servos dans l'aile, réalisé après coffrage.
Contrôle d'ajustement de la nervure d'emplanture directement sur le fuselage.

Le fuselage
Le fuselage du Bostok est constitué de flancs en contre-plaqué de 30/10 léger 3 plis jusqu’au bord de fuite de l’aile. Puis ils sont prolongés par du balsa 30/10 moyen. Les couples sont de plusieurs essences : il y a du contre-plaqué 30/10 et 50/10 principalement sur la partie en avant du bord de fuite de l’aile, en fonction des contraintes structurelles. Ensuite on retrouve pour le reste du fuselage essentiellement du contre-plaqué de balsa 3 plis de 15/10 largement ajouré. C’est amplement suffisant. Tout le dessus du fuselage est ensuite recouvert par la technique du coffrage monocoque en balsa 10x3 à la manière des plus prestigieuses barriques à vin. Afin de répartir efficacement les contraintes mécaniques du couple support moteur, quelques lattes de balsa 10x3 du coffrage monocoque sont préalablement doublées de contre-plaqué 4/10. Avec la puissance qui va être installée et sans cette précaution technique, on pourrait avoir des doutes sur le collage du couple moteur à même le friable balsa... Pour terminer, le dessous du fuselage reçoit simplement du balsa 20/10 roulé.
Pour ce qui est du maintien pendant le collages de surface, j’utilise simplement le scotch. Avant de passer à la suite, il faut veiller à ce que la porte de l’atelier soit parfaitement hermétique parce qu’on va faire pas mal de poussière. Arasage des angles à grands coups de cutter, attention aux doigts, ponçage général avec les plus performants papiers abrasifs qui soient. Voilà, c’est fini pour l’instant. Discrètement je file faire un grand plongeon dans la baignoire pour me débarrasser de toute cette poussière irritante.

Mise en forme du capot inférieur dans un bloc de mousse directement sous l'avion. Le capot après stratification. On distingue les renforts en mèches de carbone.

Capot d’éjection d’accu
Le Bostok est équipé d’un capot formant un tunnel orienté vers l’avant et vers le bas dans le but d’éjecter le pack d’accus de propulsion en épargnant le moteur qui sera compte tenu de sa situation technique déjà en bien mauvaise posture dans ce cas d’urgence extrême. Ce capot sert également à accéder au compartiment moteur. Sa fixation est assurée par trois vis nylon M4 pouvant donc se sacrifier si le besoin se présentait. Il est réalisé sur un moule perdu en Roofmat à l’aide de 3 couches de fibre de verre 220 g/m² et une couche de finition 49 g/m². Après séchage, pour renforcer les angles, le moule est creusé dans tous les coins de l’extrudé sur 5 mm afin d’y insérer des mèches de carbone imprégnées de résine. Après polymérisation complète, ponçage de la surface avec du papier à gros grain puis du papier à l’eau 400, voire 800. S’en suit l’évacuation des gros morceaux d’extrudé et la dissolution des résidus indésirables à grand renfort d’acétone. Rien que du bonheur de toxicomane, super plaisant pour les sinus…

Stratification de différentes couches de fibre de verre et de carbone pour confectionner le train d'atterrissage. Mise en forme du train dans un moule en arc de cercle. L'excédent de matière sera recoupé après polymérisation.
Le train en composite découpé à la forme définitive. Il est à la fois souple et robuste.

Train d’atterrissage
Alors mes amis, vous faites comme vous le sentez, mais moi quand j’en arrive à ce stade avec un si joli fuselage, je trouve dommage de tout gâcher avec un horrible train en corde à piano. En plus, vu la garde au sol de près de 280 mm et une voie proche de 600 mm, ça m’étonnerait que les cordes à piano ne se tordent pas de rire à la moindre bobosse… à moins de mettre de la 8 mm ? Bonjour le poids… Le meilleur compromis c’est le train en dural. Faudrait-t-il encore pouvoir trouver celui qui aurait les bonnes cotes ou être copain avec le chaudronnier du coin ? Devant cet embarras, j’ai réalisé moi-même mon train en matériaux composites. Un moule en Roofmat à la forme arquée, des couches de carbone UD, des tissus carbone à 45°, du tissu de verre aussi à 45°, du pyjama carbone verre, encore un peu, encore une couche… Et puis en fait, tout ce que j’avais d’assez épais sous la main a été balancé dans la stratification. Tout ça afin d’atteindre un grammage avoisinant les 4,500 kg/m². Ce qui permet d’obtenir une épaisseur de stratifié égale ou supérieure à 5 mm. Des roues en mousse de 100 mm viennent assurer le côté tout terrain du Bostok, bien plus efficace qu’un buggy Bullit des années 80…

Le moule de verrière en Roofmat et ses renforts en bois, prêt à être fibré.

Plusieurs couches de fibre éviteront au polystyrène de se déformer lors du thermoformage de la verrière.

Finition
Après avoir consommé une quantité considérable de produits d’entoilage thermorétractables en tous genres, je me suis depuis peu orienté vers des produits issus de l’industrie sérigraphique. Plus particulièrement le vinyle publicitaire autocollant qu’on ne présente plus. Celui que j’utilise provient des chutes d’un grand atelier de sérigraphie, il est donc gratuit. Il pèse tout de même plus de 166 g/m², soit 66% plus lourd que l’Oracover standard qui ne fait lui que 100 g/m². C’est colossal, mais quand c’est gratuit, on recouvre l’aile, les empennages et on s’en satisfait… Pour info, on en trouve en général aux alentours de 130 g/m², c’est plus raisonnable…
Le fuselage quant à lui, est marouflé avec une couche de fibre de verre 49 g/m² finement imprégnée. Ponçage, peinture, etc. La déco fait encore une fois appel au vinyle autocollant.
Un baquet, une bulle, un pilote, un arceau de sécurité, un appui-tête… Tout est bon pour faire le beau…

Le moteur utilisé par l'auteur : un Flyware T-Rex 10/500 qui entraîne une hélice 18"x10"
avec 20 éléments. La puissance est au rendez-vous.
Un robuste bâti moteur en époxy est disponible, ainsi qu'un très sérieux porte-hélice.

Motorisation
Le Bostok a été conçu autour du moteur Graupner Ultra 3300/7 d’une masse de 515 g. Mais malheureusement, il s’est foulé l’axe dans un accident de travail (crash) chez son ancien employeur, en l’occurrence un Alpina CS électrifié. L’Ultra est donc en rééducation physique en attendant de pouvoir reprendre du service. En conséquence, j’ai acquis selon les conseils du magasin New Power Modélisme un moteur à cage tournante type LRK à fort couple, pour entraîner des grandes hélices à fort rendement ! Tout bénéf’. Un Flyware T-Rex 10/500-14P. Au regard de sa très faible masse tournant autour des 350 g, il est capable d’entraîner des hélices de 20 pouces, c’est énorme ! Cependant, le T-Rex 10/500 est bien trop léger pour contribuer naturellement au centrage du Bostok. Je n’ai vraiment pas de chance et j’ai été obligé de combler la différence avec du plomb. C’est moche tout de même d’en arriver là en électrique… Bref, ce moteur est piloté par un contrôleur Hacker Master 77-0 Flight, le tout gavé par 20 éléments NPM 3000 Ni-MH. Dans cette configuration, il entraîne une hélice Graupner bois 18”x10” ! Attention aux doigts, ce n’est pas une hélice Günther, ça ne rigole pas !

En cas de choc, l'accu est éjecté vers l'avant et entraîne le capot retenu pas des vis Nylon. Capot retiré, on voit que le pack d'accus peut avancer en cas de choc sans rien écraser sur son passage.
Le contrôleur est un Hacker Master 77-0 Flight. En retirant le cockpit, on accède à la radio et au pack de propulsion.
Une jambe de force vient prendre appui sur chacune des dérives. Les volets de direction sont actionnés chacun par un micro-servo placé en attaque directe dans l'épaisseur du stab.
La partie arrière du fuselage. Le stabilisateur est démontable afin de faciliter le transport. Le train très haut offre une garde au sol importante, bien utile pour une grande hélice comme celle-ci.

Détail de la fixation du train d'atterrissage.

Animation des gouvernes
Au début, comme un illuminé que je suis, j’ai réalisé une commande de couplage de la roulette de queue et des volets de dérives avec connexion automatique à la mise en place du stabilisateur. Belle technique sur le papier et résultat très chouette une fois assemblé dans l’atelier. Sauf que j’ai été refroidi par le système en manœuvre, car cela se croisait joyeusement les bras avec le palonnier de profondeur. Si une des deux commandes arrivait en butée pour une raison X, c’est l’ensemble des gouvernes qui serait paralysé. Vous imaginez le genre de scénario catastrophe…
Alors finalement, chaque volet de dérive reçoit une commande par micro-servo C351 Graupner. Solution luxueuse, mais ô combien fiable, puisque je ne désirais pas avoir de commande disgracieuse camouflée sous un stabilisateur du genre : “on ne m’a pas vu, mais je traîne un max…”. Un servo Hitec HS 605BB se charge de la profondeur et un autre de la roulette de queue. Quatre micro-servos C3341 Graupner de 2,500 kg de couple prennent chacun en compte les volets et ailerons. Un HS 85 MG s’occupe du crochet de remorquage. Un récepteur tout à fait standard trouve aisément sa place dans ce volumineux fuselage. A cela, il faut ajouter un accu de réception genre 6 V 2200 mA Ni-MH pour nourrir tous ces passagers.

L'aménagement "maquette" réalisé pour le plaisir : un pilote, son rétroviseur, son marchepied... Le crochet de remorquage est placé juste derrière le cockpit.
Toutes les commandes sont intégrées dans l'épaisseur du profil. L'emplanture de l'aile. On voit la prise DB9 qui se raccorde automatiquement.

Réglages
- Dérive : + ou – 40 mm
- Profondeur : + ou – 25 mm
- Ailerons : haut 26 mm, bas 15 mm
- Volets 3 positions : 0°, +20°, + 45°
Le centrage est situé à 145 mm du bord d’attaque mesuré à l’emplanture de l’aile, soit 35 % de la corde moyenne.

Le premier vol a été effectué dans des conditions plutôt extrêmes :
Température bien inférieure à 0° et un joli tapis de neige... La puissance disponible a fait disparaître toute crainte dès les premiers essais de roulage.

Un premier vol “arctique”…
En cette période du mois de mars, je pensais sérieusement que le froid serait enfin en congé, que nenni ! Laurent et moi sommes là sur le terrain de Boissy-sous-Saint-Yon en région parisienne comme deux pingouins sur la banquise. Une banquise recouverte d’une épaisse poudreuse fraîche dans laquelle est planté un avion dépourvu de tout moyen de glisse. Le froid nous gèle les neurones et s’en prend aux batteries des appareils-photo. Cela fait maintenant un moment qu’on traîne autour du Bostok en ne sachant trop quoi faire, tenter de décoller ou pas, that is the question ? Je tremble de froid c’est vrai, mais aussi de cet énigmatique décollage façon sports d’hiver mais sans les skis. Et pour couronner le tout, je commence à ne plus sentir mes doigts. Alors un gros doute d’incapacité s’empare de moi. Pas chaud du tout le gars qui n’a pas chaud aux doigts. Allez, on va commencer par dessiner quelques sillons dans la neige pour se rassurer. Après avoir retiré le baquet de verrière du Bostok, la mise en place du pack d’accus de propulsion par la large ouverture supérieure est vraiment aisée. C’est d’un confort sans égal, parce que je me voyais mal retourner les 4,500 kg du Bostok à chaque fois que je voudrai changer les accus, comme on peut le voir encore trop souvent sur d’aussi grosses machines. Tout est O.K. Branchement de l’accu, essai moteur sans tenir l’avion car j’ai déjà assez froid aux doigts comme ça. Le T-Rex fait un beau panache de fumée ! Ah, non pardon ! C’est la poudreuse qui se pulvérise sous le souffle de l’hélice 18”x10” dans un silence dont on ne perçoit que la résonance des molécules d’air violemment cisaillées. J’exécute quelques manœuvres de taxiage à grand renfort de manettes des watts. Les volets de courbures baissés de 20° juste pour faire joli, le Bostok effectue des bonds sur l’épais matelas de neige à la manière d’un lièvre qui cherche son terrier. Et, à force de jouer, j’ai fini par pousser un peu trop la puissance, le décollage trois points n’a pas tardé à se manifester sur à peine 10 m libérant les roues du Bostok d’une engelure certaine. Dans ces conditions, je n’ai plus le choix, je passe de suite aux trois quarts de la puissance et le voilà dans son élément sur une pente presque verticale, peu académique. Rétablissement à plat et réduction de la puissance. Les premiers virages s’enchaînent facilement, tellement facilement que j’ai l’impression d’avoir entre les mains un avion de transition version double XL. Finalement détendu, je commence à prendre toute la mesure de la puissance du moteur T-Rex 10/500. L’aile du Bostok se comporte parfaitement bien et le rendement du profil SB 12.7/3 fait complètement oublier la masse de la machine. Les passages bas avec un filet de puissance sont d’une déconcertante facilité sous le feu soutenu de la DCA photographique enfin réanimée. Il fait toujours aussi frisquet et je ne sens presque plus du tout mes doigts. Les trajectoires commencent à devenir aléatoires et dangereuses en l’absence d’une bonne sensation tactile. J’amorce une PTU afin d’écourter le vol pour aujourd’hui. Les volets sont restés sortis de 25 mm tout le long de ce vol. La pente de descente est précise au centrage indiqué. Le Bostok parachute sans histoire, et l’atterrissage trois points s’exécute presque tout seul, laissant trois grands sillons dans la poudreuse de la “banquise”. Vraiment pas méchant ce remorqueur ! Vous avez dis remorqueur ? Alors où sont les planeurs ?

Quelques sillons dans la neige. La poudreuse vole derrière à chaque mise des "gaz". Premier décollage presque imprévu malgré la bonne épaisseur de neige qui recouvrait la piste.
Un cran de volets, un filet de moteur, le Bostok met en confiance son pilote dès les premières secondes. Atterrissage 3 points pour éviter le cheval de bois dans la neige.

Et le remorquage ?
Une semaine plus tard, sur le terrain de Ribérac en Périgord (24), tout est presque prêt pour une séance de remorquage. Quelques planeurs attendent avec impatience ce remorqueur génétiquement modifié. Un brin de ficelle de rôti qui traînaille derrière le barbecue, un reste de nylon dont on ignore la provenance dans le parc avion. Bref, mis bout à bout, on arrive juste à une quinzaine de mètres de remorque. Ce n’est pas très long, mais ça ira pour un premier essai. Un DG 600 de 2,80 m fera un parfait cobaye. Une rigolade…
Alignement de l’attelage sur la piste. Le pouce levé, j’envoie progressivement les watts, le roulage ne soufre d’aucune critique, le train amortit bien les irrégularités de la piste, l’accélération fait vite oublier qu’il y a quelqu’un qui traîne sur le ventre derrière. L’ensemble prend son envol et la montée qui suit est rapide et sans surprise. Réduction donc de la pente de montée dans une trajectoire parabolique à une altitude d’environ 150 m puis le planeur se largue enfin et peut alors profiter de cette belle aérologie prometteuse. Réduction des watts, puis en plané moteur coupé, le Bostok se comporte comme un véritable motoplaneur. Je suis donc contraint de plonger vers la planète pour vraiment descendre. Rétablissement et remise de la puissance, volets rentrés à basse altitude, le Bostok en approche, il est presque impossible d’atterrir convenablement car l’engin allonge énormément et arrive facilement en effet de sol sans ses appendices hypersustentateurs un minimum déployés. C’est particulièrement dans cette situation que l’on se rend compte du rendement du profil SB 12.7/3 qui n’a apparemment pas été dressé pour descendre. Ce sont les inconvénients de ses avantages... En sortant les volets de 20°, tout rentre dans l’ordre et cela autorise aussi des décollages et des remorquages de planeurs lents ou faiblement chargés. Les volets sortis à 45° autorisent un confort d’atterrissage ultracourt avec une surprenante stabilité. A éviter les jours de vent soutenu, sous peine de devoir atterrir à reculons et risquer de s’emmêler dans la ficelle de la remorque avec toutes les conséquences que l’on devine aisément... Côté voltige élémentaire, le Bostok, trahi par l’absence de bruit strident, cache une importante réserve de puissance. Le looping passe à mi-régime avec facilité. Le vol dos est sans grande surprise et correspond à l’attitude typique des profils dissymétrique, en poussant modérément pour le maintenir. Tandis que le tonneau, malgré la présence de l’empennage bidérive, s’exécute sans désaxer. De plus, les véritables ailerons (ce ne sont pas des fullspans !) autorisent une certaine vélocité sur l’axe de roulis, très pratique pour sécuriser les nombreux atterrissages qu’un remorqueur en mission officielle est amené à accomplir.
Les autres essais de remorquage ont permis de tracter un Alpina de 3,800 kg. Ca grimpe sans aucun problème volets rentrés sur une pente de 15° environ, et on arrive à 200 m d’altitude en un peu plus d’une minute. Un vrai plaisir sans contrainte de cafouillage.
Ce remorqueur associé au moteur Flyware T-Rex 10/500 forme un couple vraiment réussi. Alors qu’est-ce que cela doit être avec le gros T-Rex 20/560 ? Ce dernier doit pouvoir compenser utilement le centrage de l’avion sans ajout de plomb, avec en plus une robustesse à toute épreuve car doté d’un axe de sortie moteur surdimensionné de 8 mm de diamètre. Il devrait permettre aussi d’accroître la vitesse, histoire d’être encore plus polyvalent pour tracter avec une bonne vitesse sur trajectoire certains planeurs très chargés au dm² et équipés de profils minces et peu cambrés.

Premier remorquage sans surprise avec un DG 600 de 2,80 m accroché derrière.

Conclusion
Grâce à son très bon caractère et à sa simplicité de manutention et de pilotage, le Bostok séduira et deviendra vite un avion dont les clubs ne pourront plus se passer tant la fiabilité est réelle. Remorquage fiable quelles que soient les conditions aérologiques, sans stress de voir l’attelage s’éparpiller en bout de piste pour cause de cafouillage moteur (tant qu’il y a de l’énergie dans les accus, sinon ce sera 1 point partout pour les deux modes de propulsion). Le Bostok, c’est un remorqueur à la puissance amplement suffisante pour tracter naturellement et en toute sécurité des planeurs jusqu’à 4 m d’envergure et 4 kg. Equipé de dispositifs hypersustentateurs, il peut se poser très court, prouvant ainsi sa grande polyvalence afin de répondre à certains terrains parfois exigus. Pas de gaspillage d’énergie entre deux expéditions de planeurs, c’est tout bénéf’. On peut aujourd’hui parler véritablement de remorqueur fiable, à dispositif de démarrage incorporé.


Caractéristiques techniques
Nom : Bostok
Envergure : 235 cm
Longueur : 150 cm
Corde à l’emplanture : 35 cm
Corde au saumon : 20 cm
Profil d’aile : SB 12.7/3
Profil de stab : symétrique perso
Surface : 63 dm²
Masse : 4 450 g
Charge alaire : 70,6 g/dm²
Equipement
Moteur : Flyware T-Rex 10/500-14P
ou encore mieux : T-Rex 20/560-14P
Hélice : 18”x8”, 18”x10” ou 20”x8”
Contrôleur : Hacker Master 77-0 Flight
Accu de propulsion : 20 éléments 3 000 mA Ni-MH
Accu de réception : 6 V 2 200 mA Ni-MH
Radio : 6 voies (7 servos + variateur)
 

Le plan du Bostok est dessiné sur 2 très grandes feuilles de 200x80 cm. Il est téléchargeable au format PDF (2,5 Mo).

Sujet ajouté le 6 décembre 2009

Contact : daniel.villa@jivaro-models.org



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