Arodynamique et Mcanique du vol Prsentation ralise par

Aérodynamique et Mécanique du vol Présentation réalisée par F. WILLOT

Aérodynamique et Mécanique du vol I Les forces aérodynamiques II Contrôle de la trajectoire III Etude des polaires IV Les principales phases du vol V Stabilité statique d’un aéronef

Aérodynamique et Mécanique du vol I Les forces aérodynamiques 1. Les actions de l’air en écoulement 2. Etude de la portance 3. Etude de la traînée

I Les forces aérodynamiques 1. Les actions de l’air en écoulement Lorsque l'air s'écoule autour d'un objet, ou qu'un objet se déplace dans l'air, des forces aérodynamiques se créent sur l'objet. Procédons à quelques expériences avec une demi-feuille A 4

I Les forces aérodynamiques 1. Les actions de l’air en écoulement • Créons un courant d’air: • l'air pousse l’obstacle qu'il rencontre par augmentation de la pression sur une des faces de celui-ci.

I Les forces aérodynamiques 1. Les actions de l’air en écoulement • Créons un courant d’air: l'air en mouvement sur la surface supérieure de la feuille sa pression diminuer (accélération de l'écoulement). La pression de l'autre face étant supérieure, la feuille est alors aspirée vers le haut.

I Les forces aérodynamiques 1. Les actions de l’air en écoulement Créons un courant d’air entre les 2 feuilles: • l'air soufflé entre les feuilles étant à une pression plus faible que celui à l'extérieur, les feuilles se rapprochent.

I Les forces aérodynamiques 1. Les actions de l’air en écoulement Les actions de l'air se décomposent en deux forces : - une parallèle à la vitesse de l'air et de même sens, la traînée - une perpendiculaire à la vitesse, la portance La somme vectorielle de ces deux forces constitue la résultante des forces aérodynamiques

Aérodynamique et Mécanique du vol I Les forces aérodynamiques 1. Les actions de l’air en écoulement 2. Etude de la portance 3. Etude de la traînée

I Les forces aérodynamiques 2. Etude de la portance Influence de la forme du profil: • Dans les films des diapositives suivantes, des plaques de forme différentes sont placées en soufflerie.

I Les forces aérodynamiques 2. Etude de la portance Influence de la forme du profil: • Plaçons une plaque plane dans la soufflerie:

I Les forces aérodynamiques 2. Etude de la portance Influence de la forme du profil: La plaque s’incline d’un angle d’environ 20° par rapport à la verticale. • L’air crée une surpression sur le dessous de la plaque.

I Les forces aérodynamiques 2. Etude de la portance Influence de la forme du profil: • Plaçons une plaque incurvée dans la soufflerie:

I Les forces aérodynamiques 2. Etude de la portance Influence de la forme du profil: La plaque s’incline d’un angle d’environ 45° par rapport à la verticale. • L’air crée une surpression sur le dessous de la plaque et une dépression sur le dessus. • La plaque est aspirée vers le haut

I Les forces aérodynamiques 2. Etude de la portance Influence de la forme du profil: • Plaçons une autre plaque un peu plus incurvée :

I Les forces aérodynamiques 2. Etude de la portance Influence de la forme du profil: La plaque s’incline d’un angle d’environ 50° par rapport à la verticale. • La dépression sur le dessus est encore plus marquée. • La plaque est un peu plus aspirée vers le haut

I Les forces aérodynamiques 2. Etude de la portance • La forme du profil influe beaucoup sur la portance. • En pratique un profil possédant une certaine épaisseur est plus efficace qu'un simple plan incurvé. • L'écoulement autour des profils aérodynamique est plus accéléré sur la surface supérieure que sur la surface inférieure.

I Les forces aérodynamiques 2. Etude de la portance • Il en résulte une force de pression verticale orientée vers le haut (la portance). • De même la pression sur l'avant du profil est supérieure à celle sur l'arrière du profil. Il en résulte une force de pression vers l'arrière (la traînée).

I Les forces aérodynamiques 2. Etude de la portance Les profils d’aile: 7: Corde moyenne 1: Bord d’attaque 2: Bord de fuite 6: Epaisseur 3: Extrados 4: Intrados 8: Flèche 5: Corde 6 7 3 8 1 5 4 2

I Les forces aérodynamiques 2. Etude de la portance • L'air aborde le profil par le bord d'attaque et le quitte par le bord de fuite. • La partie supérieure du profil est appelée extrados et la partie inférieure intrados. • Le segment qui joint le bord d'attaque et le bord de fuite est appelé corde du profil.

I Les forces aérodynamiques 2. Etude de la portance • La distance entre l'intrados et l'extrados est l'épaisseur. La valeur maximale de l'épaisseur divisée par la longueur de la corde donne l'épaisseur relative :

I Les forces aérodynamiques 2. Etude de la portance • La ligne qui joint le bord d'attaque au bord de fuite en passant à égale distance de l'intrados et de l'extrados est appelée corde moyenne. • La distance maximale entre la corde et la corde moyenne est appelée flèche du profil. • Le rapport entre la flèche et la longueur de la corde est appelé courbure (ou cambrure) relative.

I Les forces aérodynamiques 2. Etude de la portance • Le centre de portance (point d’application de la portance) se situe entre 30 et 50% de la corde depuis le bord d’attaque. Il avance quand l’incidence augmente jusqu’à l’incidence de décrochage puis recule. • Le foyer (point d’application des variations de portance) se situe entre 20 et 30% de la corde depuis le bord d’attaque. Sa position varie peu.

Exemples de profils: Profil B 29 Le profil plan convexe porte bien même à faible incidence mais il est légèrement instable. Il est utilisé en aviation générale.

Exemples de profils: NACA 4412 Le profil biconvexe dissymétrique porte également bien même à incidence nulle et est très stable. Utilisé dans l'aviation de loisir.

Exemples de profils: EPPLER 471 Le profil cambré (ou creux) est très porteur mais il est assez instable. Lorsque l'incidence augmente il cherche à cabrer.

Exemples de profils: NACA 0009 Le biconvexe symétrique ne porte pas aux faibles très faibles incidences. Il n'est intéressant que pour les gouvernes et la voltige.

Exemples de profils: RONCZ Le profil à double courbure (ou autostable) présente l'avantage d'une grande stabilité mais une portance moyenne et une traînée assez forte.

I Les forces aérodynamiques 2. Etude de la portance Influence de la vitesse: • Dans le film qui suit, une maquette d’avion est placée en soufflerie sur une balance de précision tarée. • La vitesse de l’écoulement est augmentée par palier et on relève à chaque fois l’indication de la balance.

I Les forces aérodynamiques 2. Etude de la portance Influence de la vitesse:

I Les forces aérodynamiques 2. Etude de la portance Influence de la vitesse: • La balance est « soulagée » par la portance de la maquette. • La masse indiquée par la balance permet alors de calculer Rz.

I Les forces aérodynamiques 2. Etude de la portance • L'expérience montre que m diminue lorsque la vitesse de l'écoulement augmente. On peut donc en déduire que la portance augmente lorsque la vitesse augmente. • Des mesures précises de la portance et de la vitesse de l'air montreraient que la portance est proportionnelle au carré de la vitesse de l'écoulement.

I Les forces aérodynamiques 2. Etude de la portance Influence de l’incidence: L'angle d'incidence est l'angle formé par la direction de la vitesse et celle de la ligne de foi de l'avion.

I Les forces aérodynamiques 2. Etude de la portance Influence de l’incidence: Un dispositif adapté permet de faire varier l’incidence de la maquette dans la soufflerie. i=0° i >0 i <0

I Les forces aérodynamiques 2. Etude de la portance • La vitesse de l’écoulement est constante. • L’incidence est fixée successivement à différentes valeurs entre 0° et +24° et on relève l’indication de la balance. i = +6° i = +24° i = +12° i = 0°

I Les forces aérodynamiques 2. Etude de la portance • La vitesse de l’écoulement est constante. • L’incidence est fixée à une valeur de -24° et on relève l’indication de la balance. • Le signe de la masse a changé. • La maquette appuie sur la balance. • La portance est orientée vers le bas.

I Les forces aérodynamiques 2. Etude de la portance • Pour une vitesse donnée, la portance augmente avec l'incidence. • Une incidence négative assez forte engendre une portance négative.

I Les forces aérodynamiques 2. Etude de la portance • En pratique, on constate que si l'incidence dépasse une certaine valeur, la portance n'augmente plus mais chute très fortement. C'est le décrochage de l'aile :

I Les forces aérodynamiques 2. Etude de la portance En conclusion, à vitesse donnée la portance de l'aile augmente avec l'incidence, jusqu'à l'incidence de décrochage. Le décrochage se produit toujours à la même incidence.

I Les forces aérodynamiques 2. Etude de la portance Expression de la portance: • la masse volumique de l'air. • S est une surface de référence sur l'aile. On l'appelle parfois maître couple. • v est la vitesse de l'avion dans l'air (vitesse vraie). • Cz est le coefficient de portance de l'aile. Il dépend de la forme du profil et de l'incidence de vol. Les profils présentant des courbures importantes ont des bons Cz.

I Les forces aérodynamiques 2. Etude de la portance • La portance se crée sur chaque partie de l'aile. Le point d'application de la portance globale s'appelle le centre de poussée (CP). • Lors des différentes phases de vol il se déplace sur l'aile en fonction de la vitesse et de l'incidence (30 à 50% de la corde). Plus ses déplacements sont importants et plus l'avion sera délicat à piloter.

I Les forces aérodynamiques 2. Etude de la portance • Les variations de la portance sont appliquées en un autre point que l'on appelle le foyer (F). Il se situe, en théorie au quart (25%) de la corde en partant du bord d'attaque (en pratique entre 20 et 30%). Ces déplacements sont limités.

Aérodynamique et Mécanique du vol I Les forces aérodynamiques 1. Les actions de l’air en écoulement 2. Etude de la portance 3. Etude de la traînée

I Les forces aérodynamiques 3. Etude de la traînée Les différentes traînées : • La traînée d'un profil résulte des forces de pression dans l'axe de l'avion. Toutefois on peut la décomposer en trois parties distinctes : - la traînée de forme - la traînée de sillage - la traînée induite (due à la portance).

I Les forces aérodynamiques 3. Etude de la traînée • La première est liée à la forme du profil. Les différents profils engendrent des écoulements différents.

I Les forces aérodynamiques 3. Etude de la traînée • La seconde est liée au décollement des filets d'air sur l'arrière du profil. Plus les filets se décollent et plus la traînée de sillage est importante. Elle est influencée par la vitesse et l'incidence de vol de l'avion.

I Les forces aérodynamiques 3. Etude de la traînée • La dernière est liée aux différences de pression entre l'intrados et l'extrados de l'aile (qui engendrent la portance). L'air du dessous du profil a tendance à remonter vers le dessus au niveau des saumons d'aile. Cela crée des tourbillons que l'on appelle tourbillons marginaux.

I Les forces aérodynamiques 3. Etude de la traînée • En extrémité d'aile ils partent de l'intrados de l'aile et remontent vers l'extrados. Ils s'élargissent au fur et à mesure que l'on s'éloigne derrière l'aile. • L'avion laisse derrière lui deux tourbillons qui engendrent des perturbations d'autant plus importantes que l'avion est de grande taille.

I Les forces aérodynamiques 3. Etude de la traînée Influence de la forme : • Un mobile est placé dans la soufflerie. • A l’équilibre il s’immobilise en position 2. • La lecture du repère 2 donne la norme de la traînée.

I Les forces aérodynamiques 3. Etude de la traînée Influence de la forme : • On utilisera 4 mobiles successivement. • Tous les mobiles ont la même surface frontale (maître couple). • Les films des diapositives suivantes présentent les manipulations.

I Les forces aérodynamiques 3. Etude de la traînée forme 1: 1

I Les forces aérodynamiques 3. Etude de la traînée forme 2: 2

I Les forces aérodynamiques 3. Etude de la traînée forme 3: 3

I Les forces aérodynamiques 3. Etude de la traînée forme 4: 4

I Les forces aérodynamiques 3. Etude de la traînée Influence de la forme : 1 2 3 4 • La traînée est très dépendante de la forme.

I Les forces aérodynamiques 3. Etude de la traînée Influence de la vitesse: • Dans la diapositive suivante, un mobile est placé en soufflerie et la vitesse est augmentée progressivement.

I Les forces aérodynamiques 3. Etude de la traînée Influence de la vitesse:

I Les forces aérodynamiques 3. Etude de la traînée Influence de la vitesse: • Plus la vitesse est importante et plus la traînée augmente. • Des mesures précises mettraient en évidence que la traînée est proportionnelle au carré de la vitesse.

I Les forces aérodynamiques 3. Etude de la traînée Influence de l’incidence: • La traînée augmente avec l'incidence. • A grande incidence, la traînée importante peut nécessiter de maintenir une puissance importante au moteur. • En cas de remise de gaz, il est parfois préférable de pousser le manche en avant afin de diminuer rapidement l'incidence pour accélérer plus vite et obtenir plus rapidement une portance permettant de remonter.

I Les forces aérodynamiques 3. Etude de la traînée Influence de l’allongement: L'allongement d'un avion est le rapport entre le carré de son envergure (L) et sa surface alaire (S = surface des ailes) :

I Les forces aérodynamiques 3. Etude de la traînée Influence de l’allongement: Plus l’allongement est important et plus la traînée induite (et donc la traînée) diminue. Les avions de ligne et les planeurs ont de grands allongements et la présence de winglets permet de diminuer la traînée induite de façon significative.

I Les forces aérodynamiques 3. Etude de la traînée Expression de la traînée: Avec: • la masse volumique de l'air. • S est la surface de référence sur l'aile. On utilise la même que pour la portance. • v est la vitesse de l'avion dans l'air (vitesse vraie). • Cx est le coefficient de traînée de l'aile. Il dépend de la forme du profil et de l'incidence de vol. Le Cx augmente continuellement avec l'incidence même après l'incidence de décrochage. La traînée est représentée au centre de poussée comme la portance.

Aérodynamique et Mécanique du vol I Les forces aérodynamiques II Contrôle de la trajectoire III Etude des polaires IV Les principales phases du vol V Stabilité statique d’un aéronef

Aérodynamique et Mécanique du vol II Contrôle de la trajectoire 1. Le contrôle du tangage 2. Le contrôle du roulis 3. Le contrôle du lacet

II Contrôle de la trajectoire 1. Le contrôle en tangage L’axe de tangage est perpendiculaire à la ligne de foi de l’avion:

II Contrôle de la trajectoire 1. Le contrôle en tangage • On joue sur la portance de l'empennage horizontal pour le contrôle en tangage. • Si on augmente sa portance, la queue de l'avion va monter et le nez va basculer vers le sol : l'avion descendra. Si on la diminue, il montera. • Pour un vol en palier équilibré, l'empennage horizontal de l'avion est déporteur (c'est à dire que sa portance est orientée vers le bas).

II Contrôle de la trajectoire 1. Le contrôle en tangage • Les modifications de la portance sont obtenues en braquant la gouverne de profondeur.

II Contrôle de la trajectoire 1. Le contrôle en tangage • Les mouvements de la profondeur sont symétriques sur la partie droite et la partie gauche de l'empennage horizontal.

II Contrôle de la trajectoire 1. Le contrôle en tangage • Pour montrer le contrôle en tangage, on utilise une maquette placée en soufflerie. • Cette maquette possède des élévateurs dont la position peut être fixée par l’opérateur. Elévateur

II Contrôle de la trajectoire 1. Le contrôle en tangage • Les élévateurs sont braqués vers le bas:

II Contrôle de la trajectoire 1. Le contrôle en tangage L’avion pique du nez • Elévateurs braqués vers le bas • mouvement à piquer

II Contrôle de la trajectoire 1. Le contrôle en tangage • Les élévateurs sont braqués vers le haut:

II Contrôle de la trajectoire 1. Le contrôle en tangage L’avion se cabre • Elévateurs braqués vers le haut • mouvement à cabrer

II Contrôle de la trajectoire 1. Le contrôle en tangage • La commande de profondeur n'a pas d'effets secondaires sur la trajectoire. • Toutefois, si on tire sur le manche, la montée engendre une diminution de la vitesse si on n’augmente pas le régime moteur. • De même, si on pousse sur le manche, il faut réduire les gaz pour éviter que la vitesse n'augmente.

Aérodynamique et Mécanique du vol II Contrôle de la trajectoire 1. Le contrôle du tangage 2. Le contrôle du roulis 3. Le contrôle du lacet

II Contrôle de la trajectoire 2. Le contrôle en roulis L’axe de roulis correspond à la ligne de foi de l’avion:

II Contrôle de la trajectoire 2. Le contrôle en roulis • Pour provoquer une rotation autour de l'axe de roulis, il faut augmenter la portance d'une aile et diminuer celle de l'autre. • Pour s'incliner à droite, il faut diminuer la portance de l'aile droite et augmenter celle de l'aile gauche ; pour s'incliner à gauche, il faut faire le contraire.

II Contrôle de la trajectoire 2. Le contrôle en roulis • Pour modifier la portance des ailes on utilise des ailerons.

II Contrôle de la trajectoire 2. Le contrôle en roulis • Ces gouvernes, situées au bout des ailes, permettent d'obtenir un effet opposé sur les deux ailes par un braquage différentiel. • On baisse l'aileron du côté où il faut augmenter la portance et on le lève du côté où il faut la diminuer.

II Contrôle de la trajectoire 2. Le contrôle en roulis • Dans le langage des pilotes, plutôt que dire que l'on incline l'avion à droite ou à gauche, on dit que l'on gauchit à droite ou à gauche. • La commande en roulis se dénomme par le terme gauchissement.

II Contrôle de la trajectoire 2. Le contrôle en roulis • Pour montrer le contrôle en roulis, on utilise une maquette placée en soufflerie. • Cette maquette possède des ailerons dont la position peut être fixée par l’opérateur. Ailerons

II Contrôle de la trajectoire 2. Le contrôle en roulis • L’aileron droit est braqué vers le bas et le gauche vers le haut :

II Contrôle de la trajectoire 2. Le contrôle en roulis • Aileron droit braqué vers le bas et aileron gauche vers le haut • roulis à gauche

II Contrôle de la trajectoire 2. Le contrôle en roulis • L’aileron droit est braqué vers le haut et le gauche vers le bas :

II Contrôle de la trajectoire 2. Le contrôle en roulis • Aileron droit braqué vers le haut et aileron gauche vers le bas • roulis à droite

II Contrôle de la trajectoire 2. Le contrôle en roulis • Lorsqu'on incline l'avion, l'aile voyant sa portance augmenter, voit également sa traînée augmenter. Il se produit alors une rotation autour de l'axe de lacet. Le nez part du côté de l'aile haute. • Une inclinaison sur la droite engendre donc du lacet à gauche et inversement. • L’effet secondaire du gauchissement est le lacet inverse.

Aérodynamique et Mécanique du vol II Contrôle de la trajectoire 1. Le contrôle du tangage 2. Le contrôle du roulis 3. Le contrôle du lacet

II Contrôle de la trajectoire 3. Le contrôle en lacet L’axe de lacet est perpendiculaire au plan des ailes:

II Contrôle de la trajectoire 3. Le contrôle en lacet • Pour faire basculer le nez de l'avion à gauche ou à droite, il faut provoquer une rotation autour de l'axe de lacet. • Une surface mobile sur l’empennage vertical, la gouverne de direction, permet de créer un effort aérodynamique qui engendre une rotation de la queue vers la droite ou vers la gauche.

II Contrôle de la trajectoire 3. Le contrôle en lacet • En position de repos la dérive n'entraîne qu'une traînée dans l'axe de l'avion. • Lorsque la gouverne est braquée il y a une force perpendiculaire à l ’axe de l’avion.

II Contrôle de la trajectoire 3. Le contrôle en lacet

II Contrôle de la trajectoire 3. Le contrôle en lacet • Lorsqu'on braque la gouverne à droite, on engendre une résultante aérodynamique vers la gauche sur l'empennage vertical. • Celui-ci est donc entraîné dans cette direction et le nez de l'avion part à droite. • Si on braque la gouverne vers la gauche, on engendre une résultante aérodynamique sur l'empennage vertical dirigée vers la droite. La queue part donc à droite et le nez à gauche.

II Contrôle de la trajectoire 3. Le contrôle en lacet • Pour montrer le contrôle en lacet, on utilise une maquette placée en soufflerie. • Cette maquette possède une gouverne de direction dont la position peut être fixée par l’opérateur. Direction

II Contrôle de la trajectoire 3. Le contrôle en lacet • La direction est braqué à droite:

II Contrôle de la trajectoire 3. Le contrôle en lacet • La gouverne de direction est braquée à droite • Lacet à droite

II Contrôle de la trajectoire 3. Le contrôle en lacet • La direction est braqué à gauche:

II Contrôle de la trajectoire 3. Le contrôle en lacet • La gouverne de direction est braquée à gauche • Lacet à gauche

II Contrôle de la trajectoire 3. Le contrôle en lacet • Lorsque la direction est enfoncée d'un côté, l'avion se met en rotation autour de l'axe de lacet de ce côté. • Il a alors une aile qui avance plus vite que l'autre dans l'écoulement d'air. Cette aile voit donc sa portance augmenter par rapport à l'autre et cela engendre du roulis.

II Contrôle de la trajectoire 3. Le contrôle en lacet • Si on enfonce la direction à gauche, le nez défile par la gauche et l'aile droite accélère par rapport à l'aile gauche. Sa portance augmente et elle se soulève. L'avion se met en roulis par la gauche. • Un mouvement de lacet dans un sens entraîne donc du roulis dans le même sens. On parle de roulis induit.

Aérodynamique et Mécanique du vol I Les forces aérodynamiques II Contrôle de la trajectoire III Etude des polaires IV Les principales phases du vol V Stabilité statique d’un aéronef

Aérodynamique et Mécanique du vol III Etude des polaires 1. Généralités sur les polaires 2. Etude la polaire de type EIFFEL 3. Etude de la polaire des vitesses

III Etude des polaires 1. Généralités sur les polaires Les polaires sont des courbes qui permettent de représenter les caractéristiques d’un profil. En pratique on en utilise de deux types : • la polaire type EIFFEL : elle représente Cz en fonction de Cx • la polaire des vitesses : elle représente Vz (vitesse verticale) en fonction de Vx (vitesse horizontale) dans le cas d'un vol plané. Elle est surtout utile pour la conception des ailes de planeurs ou parapentes.

Aérodynamique et Mécanique du vol III Etude des polaires 1. Généralités sur les polaires 2. Etude la polaire de type EIFFEL 3. Etude de la polaire des vitesses

III Etude des polaires 2. Etude de la polaire de type EIFFEL • L'allure de ce type de polaire est toujours globalement la même. • Grâce à elle on détermine quelques caractéristiques essentielles du profil. • Elle s'obtient à l'aide de mesures effectuées en soufflerie. On en déduit alors Cz et Cx. • En général on indique sur les points de la polaire l'incidence à laquelle ils correspondent.

III Etude des polaires 2. Etude de la polaire de type EIFFEL 4 : le point de Cz max (portance maximale; incidence 2 : le point de Cx mini (traînée minimale du profil ; 1 : le point de portance nulle (à faible incidence) 3 : le point de finesse max (incidence assez faible) 5 : zone de décrochage du profil; Cz chute proche du décrochage; traînée importante) incidence faible)

III Etude des polaires 2. Etude de la polaire de type EIFFEL • Le point de finesse max est important : il représente l'incidence de vol permettant d'effectuer la distance la plus longue possible en vol plané sans vent. • La finesse peut se définir de plusieurs façons : • Ce point se repère sur la polaire en prenant la tangente à la courbe passant par l'origine du repère.

Aérodynamique et Mécanique du vol III Etude des polaires 1. Généralités sur les polaires 2. Etude la polaire de type EIFFEL 3. Etude de la polaire des vitesses

III Etude des polaires 3. Etude de la polaire des vitesses • La polaire des vitesses est d'une utilisation moins courante que la polaire d'EIFFEL. • Elle représente la vitesse verticale en fonction de la vitesse horizontale pour un vol en plané rectiligne. • Elle permet de déterminer des qualités et défauts du profil mais ne s'avère plus intéressante que la polaire d'EIFFEL que pour l'étude des vols planés.

III Etude des polaires 3. Etude de la polaire des vitesses 3 • le taux de chute mini (1) représente la vitesse verticale • la finesse max (2) : vitesse pour laquelle la distance minimale de plané. • parcourue LLa zone de décrochage (3). avant d'arriver au sol, sans vent, sera la plus • C'est à cette vitesse que la descente durera le plus longtemps. grande.

III Etude des polaires 3. Etude de la polaire des vitesses • C'est au régime de finesse maximale ou au régime de taux de chute minimum (en fonction des conditions aérologiques) que se placent les vélivoles et les parapentistes dans les ascendances. • Cela leur permet alors de profiter de la vitesse verticale de la masse d'air pour gagner un maximum d'altitude par rapport au sol.

Aérodynamique et Mécanique du vol I Les forces aérodynamiques II Contrôle de la trajectoire III Etude des polaires IV Les principales phases du vol V Stabilité statique d’un aéronef

Aérodynamique et Mécanique du vol IV Les principales phases du vol 1. 2. 3. 4. 5. Les axes et les angles de la mécanique du vol Le vol rectiligne uniforme en palier La montée rectiligne uniforme La descente rectiligne uniforme Le virage symétrique en palier à vitesse constante 6. Le vol plané 7. Le décollage 8. L’atterrissage

IV Les principales phases du vol 1. Les axes et les angles de la mécanique du vol • Les axes avion:

IV Les principales phases du vol 1. Les axes et les angles de la mécanique du vol • Les axes aérodynamiques: Vair

IV Les principales phases du vol 1. Les axes et les angles de la mécanique du vol • Les principaux angles sont l’assiette, l’incidence, la pente, l’inclinaison et le dérapage.

IV Les principales phases du vol 1. Les axes et les angles de la mécanique du vol • La pente est > 0 si la vitesse est au dessus de L'incidence • L'assiette est > 0 si le nez de l'avion est au est > 0 si la ligne de foi est au dessus de la direction de la vitesse. l'horizontale dessus de l'horizon et < 0 s'il est en dessous.

IV Les principales phases du vol 1. Les axes et les angles de la mécanique du vol • L'assiette est l’angle indiqué par l’horizon artificiel. • L'incidence est un paramètre essentiel du pilotage. • La pente matérialise la trajectoire de l’appareil.

IV Les principales phases du vol 1. Les axes et les angles de la mécanique du vol • L'inclinaison est repérée dans l'avion à l'aide de l'horizon artificiel ou de l'indicateur de virage. • En vol à vue, on le repère par l'inclinaison du capot moteur sur l'horizon.

IV Les principales phases du vol 1. Les axes et les angles de la mécanique du vol • Le dérapage est compté positivement par la droite (nez à gauche de la vitesse). • Il est indiqué à bord de l'avion par la bille. • Si elle est au centre, le dérapage est nul, si elle est à droite, le dérapage est à droite (la bille indique le sens de la vitesse vraie).

Aérodynamique et Mécanique du vol IV Les principales phases du vol 1. 2. 3. 4. 5. Les axes et les angles de la mécanique du vol Le vol rectiligne uniforme en palier La montée rectiligne uniforme La descente rectiligne uniforme Le virage symétrique en palier à vitesse constante 6. Le vol plané 7. Le décollage 8. L’atterrissage

IV Les principales phases du vol 2. Le vol rectiligne uniforme en palier Pour maintenir l'équilibre de l'avion il faut que : • la portance équilibre le poids : • la traction équilibre la traînée :

IV Les principales phases du vol 2. Le vol rectiligne uniforme en palier • Pour une puissance moteur donnée il existe, en général, deux couples incidence - vitesse pour réaliser un palier rectiligne à vitesse constante :

Aérodynamique et Mécanique du vol IV Les principales phases du vol 1. 2. 3. 4. 5. Les axes et les angles de la mécanique du vol Le vol rectiligne uniforme en palier La montée rectiligne uniforme La descente rectiligne uniforme Le virage symétrique en palier à vitesse constante 6. Le vol plané 7. Le décollage 8. L’atterrissage

IV Les principales phases du vol 3. La montée rectiligne uniforme • Du point de vue de la sustentation: RZ compense la projection de P dans sa direction • Pour la propulsion : T compense Rx et la projection de P dans sa direction

IV Les principales phases du vol 3. La montée rectiligne uniforme La portance est inférieure au poids et le facteur de charge inférieur à 1. Il existe plusieurs montées à vitesse stabilisée utilisées en pratique selon les priorités : • la montée à pente max (pour gagner beaucoup d'altitude sur une faible distance) pour les franchissements d'obstacles. • la montée à Vz max (pour gagner le plus rapidement possible de l'altitude) pour des gains d'altitude rapides. • la montée à vitesse optimale (VOM) pour obtenir le meilleur rapport altitude gagnée, distance parcourue, temps écoulé et consommation. C'est la plus employée quand aucun impératif de sécurité ne se présente.

Aérodynamique et Mécanique du vol IV Les principales phases du vol 1. 2. 3. 4. 5. Les axes et les angles de la mécanique du vol Le vol rectiligne uniforme en palier La montée rectiligne uniforme La descente rectiligne uniforme Le virage symétrique en palier à vitesse constante 6. Le vol plané 7. Le décollage 8. L’atterrissage

IV Les principales phases du vol 4. La descente rectiligne uniforme • Le principe de son étude est le même que pour la montée mais cette fois le poids de l'avion devient moteur et on peut se permettre de diminuer la traction pour maintenir la vitesse. • L'étude du vol plané est développée au 6, dans le cas d'un vol motorisé, il suffit de rajouter la traction.

Aérodynamique et Mécanique du vol IV Les principales phases du vol 1. 2. 3. 4. 5. Les axes et les angles de la mécanique du vol Le vol rectiligne uniforme en palier La montée rectiligne uniforme La descente rectiligne uniforme Le virage symétrique en palier à vitesse constante 6. Le vol plané 7. Le décollage 8. L’atterrissage

IV Les principales phases du vol 5. Le virage symétrique en palier à vitesse constante Dans cette configuration l'équilibre des forces amène à écrire : • la traction compense la traînée : • la composante verticale de la portance compense le poids :

IV Les principales phases du vol 5. Le virage symétrique en palier à vitesse constante • On définit le facteur de charge par le rapport des forces d'inertie et du poids, ce qui dans le cas d'un virage en palier à vitesse constante donne : • On peut alors déterminer que le facteur de charge d'un virage à 30° d'inclinaison est d'environ 1, 15 g (1, 4 pour 45° et 2 pour 60°).

IV Les principales phases du vol 5. Le virage symétrique en palier à vitesse constante En virage la vitesse de décrochage est multipliée par • Si le nez de l’avion est à l’intérieur de la trajectoire, le virage est qualifié de dérapé. • Si le nez de l’avion est à l’extérieur de la trajectoire, le virage est qualifié de glissé.

Aérodynamique et Mécanique du vol IV Les principales phases du vol 1. 2. 3. 4. 5. Les axes et les angles de la mécanique du vol Le vol rectiligne uniforme en palier La montée rectiligne uniforme La descente rectiligne uniforme Le virage symétrique en palier à vitesse constante 6. Le vol plané 7. Le décollage 8. L’atterrissage

IV Les principales phases du vol 6. Le vol plané L'équilibre du vol donne les deux équations suivantes : • en projetant les forces sur la direction de Rz : • en projetant sur la direction de Rx :

IV Les principales phases du vol 6. Le vol plané • On peut alors en déduire la pente de descente : • La pente de descente est donc d'autant plus faible que la finesse est importante.

IV Les principales phases du vol 6. Le vol plané • Comme le montre le schéma ci-contre, la tangente de la pente correspond aussi au rapport de l'altitude perdue sur la distance parcourue : • Connaissant f et H on peut calculer D : D = f. H

IV Les principales phases du vol 6. Le vol plané • Pour un aéronef donné, la finesse maximale correspond à une incidence de vol précise. Si la masse de l’aéronef augmente, la finesse maximale est inchangée mais la vitesse correspondante est plus élevée.

Aérodynamique et Mécanique du vol IV Les principales phases du vol 1. 2. 3. 4. 5. Les axes et les angles de la mécanique du vol Le vol rectiligne uniforme en palier La montée rectiligne uniforme La descente rectiligne uniforme Le virage symétrique en palier à vitesse constante 6. Le vol plané 7. Le décollage 8. L’atterrissage

IV Les principales phases du vol 7. Le décollage se décompose en trois phases : • l'envol (3) : dans cette phase l'avion a quitté le sol mais en est encore très proche. Il faut continuer à • le roulement (1) : pendant cette phase l'avion Un terrain situé à haute altitude, une forte • accélérer la rotation (2) : lorsque la vitesse de décollage est pour assurer la prise d'altitude. Le accélère sur la piste afin d'atteindre une vitesse lui température ou un vent arrière augmentent la atteinte on effectue la rotation pour placer l'avion à décollage se termine au passage à la hauteur de 15 permettant d'assurer sa sustentation par une longueur de décollage. l'assiette de montée. m par rapport au sol. portance suffisante.

Aérodynamique et Mécanique du vol IV Les principales phases du vol 1. 2. 3. 4. 5. Les axes et les angles de la mécanique du vol Le vol rectiligne uniforme en palier La montée rectiligne uniforme La descente rectiligne uniforme Le virage symétrique en palier à vitesse constante 6. Le vol plané 7. Le décollage 8. L’atterrissage

IV Les principales phases du vol 8. L’atterrissage L'atterrissage se décompose également en trois phases : • la décélération (3) : une fois les roues au sol l'atterrissage • l'arrondi (2) : près du sol le pilote réduit la pente de descente la finale (1) : l'avion descend sur une pente stabilisée avec n'est pas terminé. Il faut perdre sa vitesse sur la piste avant de une vitesse constante. afin de tangenter le sol, on dit qu'il arrondit. pouvoir dégager vers le parking.

Aérodynamique et Mécanique du vol I Les forces aérodynamiques II Contrôle de la trajectoire III Etude des polaires IV Les principales phases du vol V Stabilité statique d’un aéronef

Aérodynamique et Mécanique du vol V Stabilité statique d’un aéronef 1. Stabilité statique longitudinale 2. Stabilité statique transversale

V Stabilité statique d’un aéronef 1. Stabilité statique longitudinale • Pour qu'un avion soit facilement pilotable, il faut qu'il soit stable. • Il doit avoir tendance compenser naturellement les petites variations de vitesse ou d'attitude non désirées qui peuvent survenir du fait de l’aérologie.

V Stabilité statique d’un aéronef 1. Stabilité statique longitudinale • La stabilité est dite longitudinale quand on étudie les mouvements autour de l'axe de tangage. • Une petite variation d’incidence doit provoquer un retour spontané à la positon d'équilibre.

V Stabilité statique d’un aéronef 1. Stabilité statique longitudinale • Une maquette d’avion en polystyrène est lancée

V Stabilité statique d’un aéronef 1. Stabilité statique longitudinale • La maquette est instable. • L’avion cabre violemment puis décroche. • L’avion ne peut pas voler dans cette configuration. • Un trombone est ajouté pour déplacer le centre de gravité vers l’avant de la maquette.

V Stabilité statique d’un aéronef 1. Stabilité statique longitudinale • La maquette équilibrée est lancée

V Stabilité statique d’un aéronef 1. Stabilité statique longitudinale • La maquette ne cabre plus. • L’avion est stable sur l’axe de tangage. • Pour équilibrer l’avion il faut que le centre de gravité soit situé suffisamment en avant.

V Stabilité statique d’un aéronef 1. Stabilité statique longitudinale • Le centre de gravité est en avant du foyer de l'aile et du centre de poussée, la voilure est porteuse et l'empennage est déporteur. • La portance de la voilure fait basculer le nez de l'avion vers le bas mais la portance négative de l'empennage permet de contrer cette rotation afin d'assurer l'équilibre.

V Stabilité statique d’un aéronef 1. Stabilité statique longitudinale Réaction à une augmentation d’incidence: Si i , Rz et Rze (elle devient moins négative). couple à piquer qui tend à ramener l'avion dans sa position initiale.

V Stabilité statique d’un aéronef 1. Stabilité statique longitudinale Réaction à une diminution d’incidence: Si i , Rz et Rze (elle devient plus négative). couple à cabrer qui tend à ramener l'avion dans sa position initiale.

V Stabilité statique d’un aéronef 1. Stabilité statique longitudinale • Un avion est stable longitudinalement si le foyer de l'aile est en arrière du centre de gravité de l'avion.

Aérodynamique et Mécanique du vol V Stabilité statique d’un aéronef 1. Stabilité statique longitudinale 2. Stabilité statique transversale

V Stabilité statique d’un aéronef 2. Stabilité statique transversale • La stabilité statique transversale concerne les rotations autour des axes de roulis et de lacet lors des petites variations de dérapage et d'inclinaison. • Son étude est assez complexe et on ne retiendra que l'influence du dièdre, de la flèche, de la position de l'aile et de la dérive

V Stabilité statique d’un aéronef 2. Stabilité statique transversale - l'effet de dièdre : En général, un dièdre positif augmente la stabilité Un avion avec un dièdre positif vole avec un dérapage positif Le L'effet sur leur portance respective entraîne du roulis à gauche. dièdre vent relatif entraîne est une décomposé augmentation en une de composante l'incidence parallèle de l'aile • Si le dièdre est négatif, l'effet est inversé (roulis à droite). latéral en roulis d’un aéronef et un dièdre négatif (vent relatif sur la droite du fuselage). aux ailes (V droite et une diminution de celle de l'aile gauche. p) et une composante perpendiculaire (Vt). favorise l’instabilité.

V Stabilité statique d’un aéronef 2. Stabilité statique transversale - l'effet de flèche : Vpar Vper On On constate sur le schéma que la composante perpendiculaire décompose celle-ci des en de une • Si la flèche est inversée, l'effet est inversé. Un Or, la portance est générée par cette composante Il en résulte un roulis à gauche. dérapage positif donne sur une chacune vitesse de l'air ailes venant la composante parallèle au bord d'attaque (Vpar) et une droite de l'appareil. • de l'aile droite est nettement plus importante que celle de l'aile DDe même si le dérapage est négatif (vent relatif sur la perpendiculaire. L'aile droite porte donc plus que l'aile composante perpendiculaire (Vper). gauche du fuselage), la rotation est inversée gauche.

V Stabilité statique d’un aéronef 2. Stabilité statique transversale - la position des ailes : • Aile basse: un dérapage à droite entraîne une surpression sur l'extrados de l'aile droite et une dépression sur celui de l'aile gauche. Il en résulte un roulis à droite. • Aile haute: le même dérapage entraîne la surpression sur l'intrados de l'aile droite et la dépression sur celui de l'aile gauche. Il en résulte un roulis à gauche.

V Stabilité statique d’un aéronef 2. Stabilité statique transversale - la dérive : • Etant donné la position de Il en résulte également un Un dérapage à droite celle-ci très léger il effet en résulte de force roulis une entraîne une rotation sur l'axe de lacet par la gauche (mais bien aérodynamique vers la qui permet souvent imperceptible de réduire le si gauche sur la dérive. dérapage. la taille de l'empennage vertical est raisonnable).

V Stabilité statique d’un aéronef 2. Stabilité statique transversale • Pour assurer une stabilité transversale en roulis on adopte en général les configurations suivantes : type d'aile position dièdre droite haute environ nul droite basse positif en flèche basse faiblement positif en flèche haute fortement négatif

V Stabilité statique d’un aéronef 2. Stabilité statique transversale • Les importants progrès des systèmes de commandes de vol électriques permettent de concevoir des avions légèrement instables. • Le pilotage assisté par l'ordinateur permet de rendre l'avion contrôlable.

V Stabilité statique d’un aéronef 2. Stabilité statique transversale • Les ordres donnés aux gouvernes pour assurer le maintien de l'appareil en ligne de vol sont gérés par l'ordinateur de bord. • Ce type de système permet de voler en croisière à des incidences plus faibles pour les avions de ligne (diminution de traînée) et d'obtenir une meilleure manoeuvrabilité pour les avions de chasse.

Présentation réalisée par F. WILLOT Fin.