Mcanique du vol Pour comprendre comment vole un

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Mécanique du vol Pour comprendre comment vole un avion, nous allons étudier les phénomènes

Mécanique du vol Pour comprendre comment vole un avion, nous allons étudier les phénomènes physiques qui permettent ce « petit miracle » 1

La masse d’un corps Un corps qui chute voit sa vitesse augmenter selon une

La masse d’un corps Un corps qui chute voit sa vitesse augmenter selon une certaine accélération, due à l’attraction terrestre. Le produit de sa masse « m » par l’accélération de la pesanteur « g » représente cette force due à l’attraction terrestre. Cette force s’exprime en newtons et on l’exprime par: P = m. g A nos latitudes moyennes: g = 9, 81 m / s² 2

La masse Les avions sont soumis à cette même loi ! Le pilote devra

La masse Les avions sont soumis à cette même loi ! Le pilote devra faire en sorte que le retour de l’avion au sol (avec ses occupants) se fasse de la manière la plus douce possible ! Je ferai mieux la prochaine fois 3

Notion de mouvement Lorsque un objet se déplace on dit qu’il y a mouvement.

Notion de mouvement Lorsque un objet se déplace on dit qu’il y a mouvement. Un mouvement se caractérise à un instant donné par: 1. Une vitesse 2. Une direction de déplacement Si le mouvement ne varie ni en vitesse ni en direction, on dit que l’objet est en équilibre. Si la vitesse, la direction ou les 2 varient, il y a déséquilibre. Le maintien d’un mouvement est un équilibre Une mise en mouvement est un déséquilibre L’arrêt d’un mouvement est un déséquilibre Une changement de trajectoire est un déséquilibre 4

Notion de stabilité et d’instabilité • Un objet est en équilibre lorsque toutes les

Notion de stabilité et d’instabilité • Un objet est en équilibre lorsque toutes les forces qui lui sont appliquées s’équilibrent entre elles. On dit alors que leur résultante est nulle • Inversement lorsque les forces qui s’appliquent sur un objet ne s’équilibrent pas, leur résultante n’est pas nulle, il y a déséquilibre. • Pour un avion on parlera d’équilibre et de déséquilibre mais aussi de stabilité et d’instabilité. La notion de stabilité et d’instabilité n’existe que pour les objets en équilibre. 5

L’avion et son milieu L’air c’est le milieu dans lequel évolue l’avion. Propriétés physiques:

L’avion et son milieu L’air c’est le milieu dans lequel évolue l’avion. Propriétés physiques: 1 2 3 4 5 expansible compressible élastique pesant 1. 225 g/litre au niveau de la mer visqueux L’air expansible et pesant exerce une pression perpendiculaire à toutes les surfaces avec lesquelles il est en contact. 6

L’avion et son milieu L’air est un fluide et comme tel son mouvement est

L’avion et son milieu L’air est un fluide et comme tel son mouvement est appelé écoulement. Cet écoulement peut être: 1 laminaire 2 turbulent 7

9. L’avion et son milieu La résistance de l’air Tout objet en mouvement dans

9. L’avion et son milieu La résistance de l’air Tout objet en mouvement dans l’air est soumis de la part de celui-ci à une résistance qui tend à s’opposer à ce mouvement. Cette résistance a son origine dans les propriétés d’inertie, de viscosité et de compressibilité mais dépend aussi de la forme et de l’état de cet objet Cette action se traduit par 2 forces: 1 une force élémentaire de pression 2 une force élémentaire de frottement 8

L’avion et son milieu Pression élémentaire Frottement élémentaire 9

L’avion et son milieu Pression élémentaire Frottement élémentaire 9

100 % Si l’on place une plaque perpendiculairement à un écoulement d’air, initialement laminaire,

100 % Si l’on place une plaque perpendiculairement à un écoulement d’air, initialement laminaire, cet écoulement est perturbé. La résistance à l’écoulement est de 100% 10

50% Si l’on remplace la plaque par une sphère de même maîtrecouple, la résistance

50% Si l’on remplace la plaque par une sphère de même maîtrecouple, la résistance à l’écoulement est diminuée de 50% 11

15% Si l’on modifie le profil arrière de la sphère, la résistance n’est plus

15% Si l’on modifie le profil arrière de la sphère, la résistance n’est plus que de 15% 12

5% Elle passe à 5% si l’on allonge encore le profil arrière. 13

5% Elle passe à 5% si l’on allonge encore le profil arrière. 13

b 1/3 2/3 a Les formes fuselées qui présentent en subsonique la moindre résistance

b 1/3 2/3 a Les formes fuselées qui présentent en subsonique la moindre résistance ont une épaisseur relative b / a comprise entre 1/3 et 1/4. La valeur maxi de « b » se situant au 1/3 de « a » 14

Principe du mouvement relatif Par mouvement relatif il faut entendre indifféremment: 1 déplacement du

Principe du mouvement relatif Par mouvement relatif il faut entendre indifféremment: 1 déplacement du corps dans l’air 2 déplacement de l’air autour d’un corps Le courant d’air baignant le corps en mouvement relatif est nommé vent relatif. 15

Le profil de l’aile 16

Le profil de l’aile 16

Le profil de l’aile Epaisseur Extrados Ligne moyenne Intrados Corde de référence 17

Le profil de l’aile Epaisseur Extrados Ligne moyenne Intrados Corde de référence 17

L’angle d’incidence a VENT RELATIF Le vent relatif est le flux d’air engendré par

L’angle d’incidence a VENT RELATIF Le vent relatif est le flux d’air engendré par le déplacement de l’avion 18

L’incidence alpha (a) Angle entre l’axe longitudinal de l’avion et le vent relatif. C’est

L’incidence alpha (a) Angle entre l’axe longitudinal de l’avion et le vent relatif. C’est à travers la modification de cet angle d’incidence en modifiant l’assiette que vous allez agir sur les différentes force qui sont appliquées à l’avion. Une autre possibilité sera la modification du profil aérodynamique par l’intermédiaire des dispositifs hypersustentateurs a Axe longitudinal Vent relatif 19

15. Origine de la sustentation Région non perturbée Vites se au gment ée Région

15. Origine de la sustentation Région non perturbée Vites se au gment ée Région non perturbée 20

Relation entre la section et la vitesse d’un fluide en mouvement V 2 V

Relation entre la section et la vitesse d’un fluide en mouvement V 2 V 1 V 3=V 1 Section S 2 Section S 1 Section S 3 Lorsque on diminue la section offerte à l’écoulement d’un fluide, la vitesse de ce fluide augmente. 21

Relation entre la pression et la vitesse d’un fluide en mouvement 1 er cas:

Relation entre la pression et la vitesse d’un fluide en mouvement 1 er cas: pas de vent relatif P 0 P 0 Po La pression est identique en chaque point du tube 22

Relation entre la pression et la vitesse d’un fluide en mouvement 2ème cas création

Relation entre la pression et la vitesse d’un fluide en mouvement 2ème cas création d’un flux d’air P 1 P 3 P 2 P 0 – P 1 V 3=V 1 V 2 V 1 P 0 P 0 – P 2 Po – P 3 Une augmentation de vitesse s’accompagne d’une diminution de pression et inversement. 23

Effet résultant Pression réduit e Pression atmosphérique 24

Effet résultant Pression réduit e Pression atmosphérique 24

Pas de vent relatif, portance nulle 25

Pas de vent relatif, portance nulle 25

Vent relatif 75% de la portance est assurée par la dépression liée à l’extrados

Vent relatif 75% de la portance est assurée par la dépression liée à l’extrados de l’aile, alors que la surpression liée à l’intrados y participe à hauteur de 25%. 26

16. Résultante aérodynamique Ra Centre de poussée Le centre de poussée est le point

16. Résultante aérodynamique Ra Centre de poussée Le centre de poussée est le point où s’applique la résultante aérodynamique 27

17. Portance et traînée Rz Ra Vent relatif Rx Ra est la composante de

17. Portance et traînée Rz Ra Vent relatif Rx Ra est la composante de 2 forces: Rz et Rx 28

. La PORTANCE : composante perpendiculaire au vent relatif, c’est à dire à la

. La PORTANCE : composante perpendiculaire au vent relatif, c’est à dire à la trajectoire. La TRAINEE : composante parallèle au vent relatif, c’est à dire à la trajectoire et qui s’oppose à l’avancement. PORTANCE: Rz Trajectoire VENT RELATIF TRAINEE : Rx 29

Portance et traînée Rz if lat e r Vent Ra Rx La portance Rz

Portance et traînée Rz if lat e r Vent Ra Rx La portance Rz est toujours perpendiculaire au vent relatif La traînée Rx est toujours parallèle au vent relatif 30

Bilan des forces 31

Bilan des forces 31

Les facteurs qui influent sur la portance et la traînée. 1. L’angle d’incidence a

Les facteurs qui influent sur la portance et la traînée. 1. L’angle d’incidence a 2. La forme du profil 3. La forme et l’allongement de l’aile 4. La vitesse relative 5. La surface de l’aile 6. La densité de l’air 32

1 er cas: Profil symétrique incidence nulle Portance nulle Traînée Vent relatif 33

1 er cas: Profil symétrique incidence nulle Portance nulle Traînée Vent relatif 33

2 eme cas: Profil disymétrique incidence faible Portance Traînée Vent relatif 34

2 eme cas: Profil disymétrique incidence faible Portance Traînée Vent relatif 34

3ème cas: profil disymetrique incidence forte Portance Traînée Vent relatif 35

3ème cas: profil disymetrique incidence forte Portance Traînée Vent relatif 35

4ème cas: l’incidence atteint une valeur critique Vent relatif 1. Portance en brusque décroissance

4ème cas: l’incidence atteint une valeur critique Vent relatif 1. Portance en brusque décroissance 2. Traînée forte L’aile décroche 36

En vol normal, l’incidence a est faible les filets d’air, matérialisés par les brins

En vol normal, l’incidence a est faible les filets d’air, matérialisés par les brins de laine collent au profil. 37

L’angle d’incidence a à augmenté, les filets d’air proches du bord de fuite, commencent

L’angle d’incidence a à augmenté, les filets d’air proches du bord de fuite, commencent à être perturbés et se décollent de l’aile 38

La zone de perturbation, au fur et à mesure que l’incidence croit, s’amplifie vers

La zone de perturbation, au fur et à mesure que l’incidence croit, s’amplifie vers l’avant et gagne du terrain en direction du bord d’attaque 39

On remarque les filets d’air sont d’autant plus perturbés qu’ils sont proches de l’emplanture

On remarque les filets d’air sont d’autant plus perturbés qu’ils sont proches de l’emplanture de l’aile…(plus proches du fuselage) 40

Même remarque… 41

Même remarque… 41

Les 2/3 de l’aile sont concernés… De plus, on peut observer qu’une partie des

Les 2/3 de l’aile sont concernés… De plus, on peut observer qu’une partie des filets d’air en provenance de l’intrados revient sur l’extrados par le bord de fuite, on voit que certains brins de laine sont dirigés cette fois vers l’avant. 42

Le décrochage n’est plus très loin… Notez l’angle formé par la corde de l’aile

Le décrochage n’est plus très loin… Notez l’angle formé par la corde de l’aile et l’horizon. Corde n izo r o H 43

5ème cas: l’incidence négative: portance nulle Vent relatif Dépression à l’intrados et à l’extrados

5ème cas: l’incidence négative: portance nulle Vent relatif Dépression à l’intrados et à l’extrados La résultante aérodynamique se résume à la traînée 44

Angle d’incidence et centre de poussée Rz Ra Vent relatif Rx Cp A chaque

Angle d’incidence et centre de poussée Rz Ra Vent relatif Rx Cp A chaque angle d’incidence correspond une position du centre de poussée Cp 45

20. Angle d’incidence et centre de poussée Rz Ra Vent relatif Rx a =

20. Angle d’incidence et centre de poussée Rz Ra Vent relatif Rx a = 2° 47% Cp Pour un angle d’incidence de 2°, Cp est à environ 47% de la corde 46

Angle d’incidence et centre de poussée Rz Ra Lorsque l’angle d’incidence a croit, le

Angle d’incidence et centre de poussée Rz Ra Lorsque l’angle d’incidence a croit, le centre de poussée avance Rx a=15° Vent relatif 30% Cp Pour un angle d’incidence de 15°, Cp est à environ 30% de la corde 47

La finesse Définition: c’est l’aptitude d’un avion à «transformer» en vol plané une hauteur

La finesse Définition: c’est l’aptitude d’un avion à «transformer» en vol plané une hauteur H en distance D. H D Si D = 10 H, on dit que la finesse de l’avion est de 10 48

La finesse Rz Ra Vent relatif Rx Mais c’est aussi le rapport entre la

La finesse Rz Ra Vent relatif Rx Mais c’est aussi le rapport entre la Portance Rz et la traînée Rx: f = Rz / Rx 49

La finesse Rz Ra Vent relatif Rx La finesse varie donc en fonction de

La finesse Rz Ra Vent relatif Rx La finesse varie donc en fonction de l’angle d’incidence. 50

Influence du profil d’une aile Les qualités aérodynamiques d’une aile varient en fonction de

Influence du profil d’une aile Les qualités aérodynamiques d’une aile varient en fonction de son profil Deux éléments jouent un rôle essentiel: Sa courbure Son épaisseur 51

Influence du profil sur la portance C Profil creux fin B Profil biconvexe dissymétrique

Influence du profil sur la portance C Profil creux fin B Profil biconvexe dissymétrique A Profil creux épais 52

Influence du profil sur la traînée C B A 53

Influence du profil sur la traînée C B A 53

Influence du profil sur la Résultante Aérodynamique C B A 54

Influence du profil sur la Résultante Aérodynamique C B A 54

Influence de l’allongement de l’aile La traînée totale d’une aile est la somme de

Influence de l’allongement de l’aile La traînée totale d’une aile est la somme de 2 traînées particulières: - la traînée de profil - la traînée induite La première est due à l’état de surface de l’aile et à la résistance des forces de pression appliquées à sa surface La deuxième trouve son origine dans la portance 55

Influence de l’allongement de l’aile Extrados Intrados 56

Influence de l’allongement de l’aile Extrados Intrados 56

Influence de l’allongement de l’aile Aux extrémités de l’aile, l’air en surpression sous l’intrados

Influence de l’allongement de l’aile Aux extrémités de l’aile, l’air en surpression sous l’intrados tend à 57 s’écouler vers l’extrados en donnant naissance à 2 tourbillons marginaux

Tourbillons en bout d’aile Aux extrémités de l’aile, l’air en surpression sous l’intrados tend

Tourbillons en bout d’aile Aux extrémités de l’aile, l’air en surpression sous l’intrados tend à s’écouler vers l’extrados en donnant naissance à 2 tourbillons marginaux 58

Tourbillon en bout d’aile Aux extrémités de l’aile, l’air en surpression sous l’intrados tend

Tourbillon en bout d’aile Aux extrémités de l’aile, l’air en surpression sous l’intrados tend à s’écouler vers l’extrados en donnant naissance à 2 tourbillons marginaux Solution: Rendre l’aile infinie ? Solution: Réduire les tourbillons en adaptant des « Winglets » . En cours de généralisation sur les avions de ligne 59

Un grand allongement donne un meilleur coefficient de Portance (CZ) 17/07/00 60

Un grand allongement donne un meilleur coefficient de Portance (CZ) 17/07/00 60

Variation du Cz en fonction de l’allongement Cz Grand allongement 1, 2 Cz max

Variation du Cz en fonction de l’allongement Cz Grand allongement 1, 2 Cz max 1 Cz max 0, 8 0, 6 Faible allongement 0, 4 0, 2 -15° 17/07/00 -10° -5° 0 5° 10° 15° 20° 25° a° 61

Influence de la surface de l’aile La portance et la traînée sont proportionnelles à

Influence de la surface de l’aile La portance et la traînée sont proportionnelles à la surface de l’aile 62

5 000 N Influence densité de l’air r/r 0 10 000 N 6500 m

5 000 N Influence densité de l’air r/r 0 10 000 N 6500 m r/r 0= 0, 5 Niveau de la mer r/r 0 = 1 (1, 225 kg/m 3) 63

Les coefficients de portance et de traînée On peut mettre en équation l’intensité de

Les coefficients de portance et de traînée On peut mettre en équation l’intensité de la portance Rz et de la traînée Rx: Rz = ½ r V² S Cz Rx = ½ r V² S Cx r (ro) est la masse volumique de l’air en kg/m 3 S la surface de référence de l’avion en m 2 V la vitesse par rapport à la masse d’air en m/s Cx et CZ sont des coefficients sans unité 64

Pression dynamique et portance Le mathématicien Bernouilli a montré que dans un écoulement fluide,

Pression dynamique et portance Le mathématicien Bernouilli a montré que dans un écoulement fluide, la somme de la pression statique et de la pression dynamique est une constante: Ps + ½ r V² = constante Dans l’équation Rz = ½ r V² S Cz pression dynamique surface des ailes en m² coefficient de portance du profil 65

Exemple: Un avion à une Vp de 100 kt. La surface de ses ailes

Exemple: Un avion à une Vp de 100 kt. La surface de ses ailes est de 18 m². La densité de l’air est 1, 225 kg/m 3. Si à l’incidence de vol le coefficient de portance Cz est de 0, 4 et le coefficient de traînée 0, 05 on demande de calculer: • La portance • La traînée • La finesse • La portance: 1, 225 x 50²x 18 x 0, 4 / 2 = 11 024 N • La traînée: 1, 225 x 50²x 18 x 0, 05 / 2 = 1378 N • La finesse: 0, 4 / 0, 05 = 8 66

Coefficients de Portance et de Trainée On regroupe ces différents paramètres en 2 coefficients:

Coefficients de Portance et de Trainée On regroupe ces différents paramètres en 2 coefficients: - le coefficient de portance : Cz - le coefficient de traînée : Cx Les variations de ces 2 paramètres seront regroupées sur 1 seule courbe: la POLAIRE 67

Variation des Cz en fonction de l’incidence a Cz 1, 2 1 0, 8

Variation des Cz en fonction de l’incidence a Cz 1, 2 1 0, 8 0, 6 0, 4 0, 2 -15° 17/07/00 -10° -5° 0 5° 10° Mécanique du vol 15° 20° 25° a° 68

Variation des Cx en fonction de la variation de l’angle d’incidence 0, 24 a

Variation des Cx en fonction de la variation de l’angle d’incidence 0, 24 a Cx 0. 20 0, 16 0, 12 0, 08 0, 04 -15° 17/07/00 -10° -5° 0 5° 10° Mécanique du vol 15° 20° 25° a° 69

Polaire Cz La polaire d’une aile est représentative de l’évolution des coefficients Cx et

Polaire Cz La polaire d’une aile est représentative de l’évolution des coefficients Cx et Cz en fonction de l’incidence 1, 5 Le rapport Cz / Cx s’appelle la finesse « f » 1 f = Cz / Cx ou 0, 5 0 0, 5 1 f = Rz / Rx Cx 70

Cz S Polaire Portance maxi E Finesse max vol normal M P Trainée minimale

Cz S Polaire Portance maxi E Finesse max vol normal M P Trainée minimale Vol normal Cx Portance nulle R Finesse max vol dos Vol inversé 71

Décrochage Le décrochage intervient toujours pour la même incidence Diminution de l’assiette + Augmentation

Décrochage Le décrochage intervient toujours pour la même incidence Diminution de l’assiette + Augmentation de la Vitesse => Rétablissement de la portance => l’avion « raccroche » => Avion pilotable L’incidence maxi est atteinte => l’avion décroche => Plus de portance => Chute Maintien de l’altitude par variation de l’assiette / incidence Réduction puissance Note: sur les avions légers que nous utilisons l’incidence de décrochage est d’environ 15 -17° 72

Comment influer sur la portance et la trainée ? Quelques dispositifs hypersustentateurs Système bec

Comment influer sur la portance et la trainée ? Quelques dispositifs hypersustentateurs Système bec et volet Volet de courbure Volet d’intrados Volet de courbure à fente Volet Fowler 73

Cz Volets 40° Volets 25° Cx 74

Cz Volets 40° Volets 25° Cx 74

Trajectoires La trajectoire représente le déplacement de l’avion dans le plan vertical. La pente

Trajectoires La trajectoire représente le déplacement de l’avion dans le plan vertical. La pente représente l’angle de la trajectoire avec l’horizon L’assiette (de l’aeronef) est l’angle de son axe long. relativement à l’horizon. L’incidence est l’angle de son axe long. relativement à la trajectoire. 75

Le vol en palier La pente est nulle, l’assiette q et l’incidence a sont

Le vol en palier La pente est nulle, l’assiette q et l’incidence a sont voisines, au calage de l’aile près. a 76

Le vol en montée L’assiette q = l’incidence a + la pente g. Exemple:

Le vol en montée L’assiette q = l’incidence a + la pente g. Exemple: si la pente est de +3°, l’incidence + 2° on a une assiette de : 3° + 2° = 5° a Pente g Assiette q Horizon 77

Le vol en descente L’assiette q = l’incidence a + la pente g. Exemple:

Le vol en descente L’assiette q = l’incidence a + la pente g. Exemple: si la pente est de – 5°, l’incidence + 2° on a une assiette de : -5° + 2° = – 3° Horizon Pente g Assiette a 78

Equilibre des forces Vol horizontal Ra z x T Résultante Aérodynamique Portance Traction Résultante

Equilibre des forces Vol horizontal Ra z x T Résultante Aérodynamique Portance Traction Résultante Mécanique P Trainée Poids T + P + Ra = 0 79

Equilibre des forces Vol en montée x q T Résultante Aérodynamique Portance Traction Résultante

Equilibre des forces Vol en montée x q T Résultante Aérodynamique Portance Traction Résultante Mécanique z Ra P Trainée Poids T + P + Ra = 0 80

Equilibre des forces Vol en descente z q x T P Résultante Aérodynamique Portance

Equilibre des forces Vol en descente z q x T P Résultante Aérodynamique Portance Traction Résultante Mécanique Ra Trainée Poids T + P + Ra = 0 81

Equilibre des forces Vol plané rectiligne en descente z Ra q x Portance Traction

Equilibre des forces Vol plané rectiligne en descente z Ra q x Portance Traction Résultante Mécanique P Résultante Aérodynamique Trainée Poids P + Ra = 0 82

Equilibre des forces Montée verticale x Résultante Mécanique Trainée Traction Ra Portance P Résultante

Equilibre des forces Montée verticale x Résultante Mécanique Trainée Traction Ra Portance P Résultante Aérodynamique Poids T T + P + Ra = 0 83

Equilibre des forces Descente verticale Ra Trainée Résultante Aérodynamique Portance Résultante Mécanique Poids Traction

Equilibre des forces Descente verticale Ra Trainée Résultante Aérodynamique Portance Résultante Mécanique Poids Traction T P x T + P + Ra = 0 84

Changement de trajectoires z Ra q T x Ra T P P xq T

Changement de trajectoires z Ra q T x Ra T P P xq T z Ra P Ra T P 85

Décollage Ra T P xq T z Ra P T Ra Ra T P

Décollage Ra T P xq T z Ra P T Ra Ra T P • Mise en puissance • Accélération -> Vitesse de rotation • Changement de trajectoire = Assiette de montée • Altitude de croisière -> changement de trajectoire – Assiette de palier 86

Décollage 15 m Distance de franchissement des 15 m Distance de roulement Distance de

Décollage 15 m Distance de franchissement des 15 m Distance de roulement Distance de décollage 87

Atterrissage z Ra Ra T P Ra T q T x P Ra T

Atterrissage z Ra Ra T P Ra T q T x P Ra T P P • Palier attente • Changement de trajectoire = Assiette de descente • Arrondi – Décélération – posé des roues • Roulage - Freinage 88

Atterrissage 15 m Décélération et arrondi Pente 5% (ou 3°) Distance de freinage Distance

Atterrissage 15 m Décélération et arrondi Pente 5% (ou 3°) Distance de freinage Distance de d’atterrissage 89

Axes de rotation d’un aéronef en vol Axe de Lacet 90

Axes de rotation d’un aéronef en vol Axe de Lacet 90

Axe de Lacet et commande associée Palonniers Axe de Lacet Gouverne de direction •

Axe de Lacet et commande associée Palonniers Axe de Lacet Gouverne de direction • Pied à droite = Gouv. Direct. braquée à droite • Pied à gauche = Gouverne braquée à gauche 91

Mécanique du palonnier 92

Mécanique du palonnier 92

Axes de rotation d’un aéronef en vol Axe de Roulis 93

Axes de rotation d’un aéronef en vol Axe de Roulis 93

Axe de roulis et commande associée Manche à balai ou Volant Axe de Roulis

Axe de roulis et commande associée Manche à balai ou Volant Axe de Roulis Ailerons Manche à droite : Aileron droit levé Aileron gauche baissé Manche à gauche: Aileron gauche levé Aileron droit baissé 94

Mécanique du manche ou volant(D/G) 95

Mécanique du manche ou volant(D/G) 95

Axes de rotation d’un aéronef en vol Axe de tangage 96

Axes de rotation d’un aéronef en vol Axe de tangage 96

Axes de tangage et commande associée Axe de tangage Manche à balai ou Volant

Axes de tangage et commande associée Axe de tangage Manche à balai ou Volant Gouverne de profondeur Manche en avant: Profondeur levée Assiette à piquer Manche à arrière Profondeur baissée Assiette à cabrer 97

Mécanique du manche ou volant (AV/AR) 98

Mécanique du manche ou volant (AV/AR) 98

Axes /commandes / gouvernes Axe de Roulis Manche droite / gauche Ailerons Axe de

Axes /commandes / gouvernes Axe de Roulis Manche droite / gauche Ailerons Axe de Lacet Palonnier droite / gauche Gouverne de direction Axe de tangage Manche avant / arrière Gouverne de profondeur 99

Mise en virage Idée no 1: Utilisation de la dérive Axe de Lacet Ex:

Mise en virage Idée no 1: Utilisation de la dérive Axe de Lacet Ex: pour un avion de 120 cv, volant à 180 km/h virant de 30° on constate que l’effort déviant l ’avion est de 662, 5 N 100

Mise en virage 2/2 Rz Rz Idée no 2: Utilisation de l’inclinaison Axe de

Mise en virage 2/2 Rz Rz Idée no 2: Utilisation de l’inclinaison Axe de Roulis Ex: pour le même avion de 120 cv, volant à 180 km/h incliné à 30° on constate que l’effort déviant l ’avion est de 4415 N ( 6, 66 fois plus !) Conclusion: la méthode no 2 ( Inclinaison ) est beaucoup plus efficace pour dévier un avion de sa trajectoire dans le plan horizontal 101

Facteur de Charge 1 / 2 Le facteur de charge augmente avec l’inclinaison Rz

Facteur de Charge 1 / 2 Le facteur de charge augmente avec l’inclinaison Rz Rz. Cos f P n = 1 Pa Poids apparent f Rz P n = 1 / Cos f Exemple pour un virage à 60° , n = 2 102

Facteur de Charge 2 / 2 Lors de changement de trajectoire dans le plan

Facteur de Charge 2 / 2 Lors de changement de trajectoire dans le plan vertical, le facteur de charge varie avec la vitesse et le rayon de la ressource Rz r V T n = 1 F Rx Pa Poids apparent n = 1 + V 2 r. g 103

Stabilité sur l’axe de lacet Déviation => Portance latérale => Couple de rappel perturbation

Stabilité sur l’axe de lacet Déviation => Portance latérale => Couple de rappel perturbation Stabilité Instabilité Stabilité 104

Stabilité sur l’axe de roulis Effet de girouette => Pivotement sur axe de lacet

Stabilité sur l’axe de roulis Effet de girouette => Pivotement sur axe de lacet Effet diedre => Augmentation de la portance sur l’aile « au vent » => Force déviatrice qui « compense » le pivotement perturbation portance Diedre Stabilité Instabilité Stabilité 105

Stabilité sur l’axe de roulis (cas des ailes hautes ) perturbation Stabilité Instabilité Couple

Stabilité sur l’axe de roulis (cas des ailes hautes ) perturbation Stabilité Instabilité Couple redresseur Stabilité 106

Points d’application des forces 1 Centre de Poussée Portance 1 2 2 Centre de

Points d’application des forces 1 Centre de Poussée Portance 1 2 2 Centre de Gravité Poids 3 3 Foyer Variation de Portance Règles: • Le centre de poussée doit toujours être au dessus du centre de gravité • Le Foyer est obligatoirement en arrière du centre de gravité 107

Stabilité longitudidale (sans perturbation) 1 Centre de Poussée Portance 1 2 2 Compensation par

Stabilité longitudidale (sans perturbation) 1 Centre de Poussée Portance 1 2 2 Compensation par des actions cabrer ou à piquer Centre de Gravité Poids Règles: • L’axe de la portance passe par le centre de gravité • Au cours du vol, les faibles déplacements du centre de gravité et/ou du centre de poussée sont compensés par une action sur la profondeur pour maintenir l’alignement Portance - Poids 108

Stabilité longitudinale 1/3 ( avec perturbations ) 1 Centre de Poussée Portance 1 2

Stabilité longitudinale 1/3 ( avec perturbations ) 1 Centre de Poussée Portance 1 2 Centre de Gravité Poids 3 2 3 Foyer Variation de Portance 1 er Cas: Foyer en avant du Centre de Gravité • Tout changement dans la portance est accentué dans le même sens que la perturbation => INSTABILITE PERMANENTE : l’avion est impilotable 109

Stabilité longitudinale 2/3 ( avec perturbations ) 1 Centre de Poussée Portance 1 2

Stabilité longitudinale 2/3 ( avec perturbations ) 1 Centre de Poussée Portance 1 2 Centre de Gravité Poids 3 2 3 Foyer Variation de Portance 1 er Cas: Foyer aligné avec du Centre de Gravité • L’équilibre est indifférent, les variations de portances ne sont pas compensées lors de perturbations => l’avion est pratiquement impilotable 110

Stabilité longitudinale 2/3 ( avec perturbations ) 2 1 Centre de Poussée Portance marge

Stabilité longitudinale 2/3 ( avec perturbations ) 2 1 Centre de Poussée Portance marge statique : Le bras de levier entre le Foyer et le centre de gravité 1 2 2 Centre de Gravité Poids 3 3 3 Foyer Variation de Portance 1 er Cas: Foyer en arrière du Centre de Gravité • Tout changement dans la portance est compensé dans le sens inverse à celui induit par la perturbation => l’avion retrouve naturellement une situation d’équilibre: l’avion est stable 111

1 Stabilité longitudidale (conclusion) Centre de Poussée Portance 1 2 2 A retenir: Centre

1 Stabilité longitudidale (conclusion) Centre de Poussée Portance 1 2 2 A retenir: Centre de Gravité Poids Compensation par des actions cabrer ou à piquer 3 3 Foyer Variation de Portance 2 3 marge statique • La position du centre de gravité varie en fonction de la répartition des masses • Le centre de poussée se déplace en fonction des variations d’incidence • Le foyer doit toujours être en arrière du centre de gravité • La marge statique est la distance entre le Foyer et le Centre de Gravité • Le centrage est défini par la position du centre de gravité par rapport au foyer. • Centrage avant => avion plus stable et moins maniable • Centrage arrière => avion moins stable et plus maniable • Pour chaque avion, il existe une limite avant et une limite arrière du centrage 112

Effets induits / Lacet inverse: Le braquage différentiel des volets permet d’incliner l’avion autour

Effets induits / Lacet inverse: Le braquage différentiel des volets permet d’incliner l’avion autour de l’axe de roulis , mais l’augmentation de la trainée induite du coté de l’aile haute provoque une rotation sur l’axe de lacet dans le sens inverse du virage. L’avion est en dérapage. Conclusion: Coordonner les actions sur le manche et le palonnier dans le même sens lors de la mise en virage. Le virage est coordonné. Correction: utiliser le palonnier pour contrer la rotation inverse sur l’axe de lacet. Le virage est alors symétrique 113

Effets induits / Roulis induit Vent Relatif Roulis induit: L’action sur le palonnier fait

Effets induits / Roulis induit Vent Relatif Roulis induit: L’action sur le palonnier fait pivoter l’avion sur l’axe de lacet et écarte l’axe de l’avion de l’axe du vent relatif. L’aile « au vent » génère plus de portance. L’avion s’incline autour de l’axe de roulis dans le sens du virage. Correction: braquer les ailerons pour contrer la rotation induite sur l’axe de roulis. Le manche est positionné en sens inverse du palonnier. Conclusion: Pour contrer le roulis induit, il faut coordonner les actions, manche et pied ( palonnier) en sens inverse. • Manche à gauche, pied à droite • Manche à droite, pied à gauche • Le vol est alors dissymétrique 114

Trajectoire en descente Glissade Vent Relatif Aileron levé Augmentation trainée La Glissade permet d’augmenter

Trajectoire en descente Glissade Vent Relatif Aileron levé Augmentation trainée La Glissade permet d’augmenter artificiellement la trainée. L’action sur le palonnier fait pivoter l’avion sur l’axe de lacet et écarte l’axe de l’avion de l’axe du vent relatif. Le pilote empêche le soulèvement de l’aile « au vent » en braquant les ailerons dans le sens inverse. Conclusion: L’augmentation de la trainée, sans apport de puissance, ralentit l’avion sur sa trajectoire. • Manche à gauche, pied à droite • Manche à droite, pied à gauche • Le vol est alors dissymétrique • L’avion est dit en glissade 115

Trajectoire en descente Glissade Vent Relatif Aileron levé Augmentation trainée La Glissade permet d’augmenter

Trajectoire en descente Glissade Vent Relatif Aileron levé Augmentation trainée La Glissade permet d’augmenter artificiellement la trainée. L’action sur le palonnier fait pivoter l’avion sur l’axe de lacet et écarte l’axe de l’avion de l’axe du vent relatif. Le pilote empêche le soulèvement de l’aile « au vent » en braquant les ailerons dans le sens inverse. Conclusion: L’augmentation de la trainée, sans apport de puissance, ralentit l’avion sur sa trajectoire. • Manche à gauche, pied à droite • Manche à droite, pied à gauche • Le vol est alors dissymétrique • L’avion est dit en glissade 116

Effet de girouette / souffle hélicoïdale Aileron levé Gouverne de direction braquée Vent de

Effet de girouette / souffle hélicoïdale Aileron levé Gouverne de direction braquée Vent de travers Le vent de travers et/ou le souffle hélicoïdal appliqués sur le plan vertical de la dérive, provoquent une rotation sur l’axe de lacet, c’est l ’effet de girouette. Correction: Pour contrer l’effet de girouette, le pilote doit braquer la gouverne de direction dans le sens opposé • Vent de la gauche, pied à droite • Vent de la droite, pied à gauche Pou éviter que l’aile au vent ne se soulève, le manche sera braqué vers le vent. Conclusion: une action coordonnée sur manche et le palonnier est nécessaire pour contrer l’effet de girouette. • Pied sous le vent, manche au vent. 117

Annexe 118

Annexe 118

Vue en plan Ailerons et profondeur sont des gouvernes de manœuvre. Aileron Gouvernail de

Vue en plan Ailerons et profondeur sont des gouvernes de manœuvre. Aileron Gouvernail de profondeur 119

Gouverne de direction dite gouverne de correction 120

Gouverne de direction dite gouverne de correction 120

Tourbillon Prandtl Vo VENT RELATIF Vo 121

Tourbillon Prandtl Vo VENT RELATIF Vo 121

Traînées comparées différents éléments de l’avion 122

Traînées comparées différents éléments de l’avion 122