Quelques lments de mcanique du vol pendant la

Quelques éléments de mécanique du vol pendant la treuillée Version 1. 0 Centre national de vol à voile 2010

• Prenons le cas d’un Discus 2 b: • Masse au décollage 330 kg, ( 210 kg fuselage + pilote, 120 kg ailes) • Nous allons schématiser un instant de la treuillée, et effectuer l’équilibre des forces… • Toutes les mesures d’angles et de longueurs sont faites avec Power. Point, dans « taille et position » . Vous pouvez refaire ces schémas à votre guise… Centre national de vol à voile 2010

• Afin que cette présentation soit accessible pour tout le monde, les forces ne seront pas exprimées en Newtons mais en équivalent Kilogramme… 600 da. N Centre national de vol à voile 2010 600 kg

Ce que nous connaissons… L’axe de la portance perpendiculaire à la trajectoire La pente de trajectoire La direction de la traction du câble Mais pas La force !!! (on ne connait que la charge max de rupture du fusible) Centre national de vol à voile 2010 l’axe de la traînée parallèle à la trajectoire

La résultante aérodynamique Nous ne connaissons ni son axe, ni sa valeur! Supposons que ce planeur vole à une finesse de 20 dans cette configuration. La portance, quelque soit sa valeur, sera 20 fois supérieure à la traînée… Nous obtenons l’axe de la résultante. Pour info, l’angle entre la portance et la résultante est Centre national de vol à voile 2010

Les forces à l’équilibre Le planeur est soumis à trois forces: • Son poids • La résultante aérodynamique (Ra) • La traction du câble Si on suppose que le planeur est en montée stabilisée, ces trois forces doivent s’équilibrer… Centre national de vol à voile 2010

• Effectuons l’équilibre des forces pour trouver la traction du câble et surtout la valeur de la portance… Centre national de vol à voile 2010

Prenons une trajectoire montant à 30° Le câble du treuil tirant à 20° Axe de la portance Axe de la résultante pour une finesse de 20 Le poids du planeur (330 kg) Traction + Poids + Résultante doit être nul. Les forces sont à l’équilibre… Centre national de vol à voile 2010 Trajectoire= axe de la trainée

Calculons les valeurs des forces La résultante, 4. 73 cm, soit équivalent 491 kg. La traction du câble, 2. 76 cm, soit équivalent à 286 kg de traction. Le poids, correspondant à une masse de 330 kg, équivalent à une longueur de 3. 18 cm Centre national de vol à voile 2010

Que penser de la traction du câble (286 kg)? • Voici les charges de ruptures des fusibles: - noir: 1 tonne - marron: 850 kg - Rouge: 750 kg - bleu: 600 kg - blanc: 500 kg - jaune: 400 kg - vert: 300 kg Fusibles Tost Habituellement, les monoplaces plastiques se treuillent avec le fusible rouge, donc une traction de 286 kg est tout à fait cohérente (et même plutôt faible). Centre national de vol à voile 2010

Treuil électrique • Le réglage de la puissance moteur correspond au poids du planeur. • La traction du câble est légèrement supérieure à cause du poids du câble. • Dans notre exemple la traction serait de l’ordre de 350 kg. Centre national de vol à voile 2010

La vitesse de décrochage? • • En ligne droite stabilisée, la portance est équivalente à 330 kg. Ici elle est équivalente à 490 kg: Portance ≈490 kg La portance dans cette configuration est 49% supérieure à celle en ligne droite. Donc la vitesse de décrochage augmente de 22% (portance inclinée, grands angles, même principe que le virage) Résultante ≈491 kg Centre national de vol à voile 2010

Efforts subis par la machine • En treuillée, l’effort tranchant dû au poids apparent des éléments non portants est important. • En ligne droite, pour simplifier, le poids apparent est égal au poids. • En montée au treuil, la charge subie par la jonction aile/fuselage est la somme du poids apparent des ENP (éléments non portants), et d’une composante de la traction du câble. Centre national de vol à voile 2010

Charge subie par la jonction ailes/fuselage Poids des éléments non portants Poids des ailes Projection du poids des ENP sur l’axe de la portance. Projection de la traction du câble sur l’axe de la portance. Centre national de vol à voile 2010

Charge subie par la jonction ailes/fuselage Poids des éléments non portants Poids des ailes Charge ressentie par la jonction ailes fuselage !! Ici, cette somme mesure 4. 02 cm, soit équivalent à 417 kg Centre national de vol à voile 2010

Facteur de charge équivalent • La jonction ailes/fuselage supporte un poids équivalent à 417 kg, au lieu de 210 kg en ligne droite stabilisée, le facteur de charge ressenti par la jonction ailes/fuselage est donc de 2 g. • En réalité, il faudrait ajouter aussi la déportance de la profondeur qui augmente encore les efforts de cisaillement et le facteur de charge ressenti par la jonction ailes/fuselage… • Avec un fusible rouge ( casse à 750 kg), et la masse du fuselage de 210 kg, si le poids équivalent des ENP est 960 kg, le facteur de charge ressenti par la jonction est 4, 5 g. Centre national de vol à voile 2010

Et les performances? • Rappel: Les polaires en virage ne sont pas les polaires en ligne droite, vitesse de décrochage et de finesse max augmentent! (cf Bases théoriques du vol sur la campagne p. 35). C’est la même chose en treuillée, la polaire se décale, comme si on était en virage ou avec un planeur ballasté. • La polaire en treuillée change constamment !! (puisque le poids apparent change constamment) • De manière générale, la vitesse optimum de montée en treuillée est plus grande que la vitesse de finesse max en ligne droite. Par expérience, une treuillée en K 21 à 105110 monte plus haut qu’à 90 km/h. Centre national de vol à voile 2010

Effet de la pente de montée Rééquilibrons les forces. . . Le fait de cabrer augmente la portance nécessaire, et donc la vitesse de décrochage !! Centre national de vol à voile 2010 Passer de 30° à 40°de pente augmente Vs de 18. 5%. 15 km/h

Influence de l’assiette sur la vitesse de décrochage Assiette fortement cabrée = risque de décrochage !! DANGER La trajectoire ascendante est optimum ! Assiette normalement cabrée = pas de risque de décrochage !! Centre national de vol à voile 2010

Décrochage dynamique en montée initiale Danger de décrochage !! (Ou de casse câble) Trajectoire « anguleuse » Rotation rapide du planeur Augmentation violente de l’incidence Impact !! La trajectoire ascendante est optimum ! Trajectoire « régulière » Rotation souple du planeur Augmentation progressive de l’incidence. Centre national de vol à voile 2010

Autres facteurs qui augmentent le risque de décrochage • Augmentation brutale de l’incidence: - coup de manche du pilote - coup de fouet dans le câble - coup de gaz du treuil • Non prise en compte de: - ballasts - état de surface (poussière, gouttes) - Certains planeurs (Janus. . . ) sont INTERDITS de treuillée si ailes mouillées ! Centre national de vol à voile 2010

Dans la plupart des cas, le décrochage est dissymétrique… Centre national de vol à voile 2010

Effet du vent sur la trajectoire La trajectoire Vent de dos Pas de vent Vent de face ascendante est optimum ! Ma vitesse sol diminue, ma pente augmente, mon assiette reste la même. DANGER Ma vitesse sol augmente, ma pente diminue, mon assiette reste la même. Sensation perturbante par vent arrière Impression de voler aux grands angles Centre national de vol à voile 2010

Effet du gradient de vent de face Plus le vent augmente, plus la pente augmente Forte montée Tr aje cto ire sa ns ve nt Vitesse indiquée qui augmente, stabilisation sur une pente de montée plus forte Accélération liée au gradient de vent Accélération liée au treuil Centre national de vol à voile 2010

Effet du gradient de vent de dos Plus le vent augmente, plus la pente diminue Pente de montée faible malgré une assiette à cabrer. Tr aje DANGER cto ire sa ns ve nt Vitesse indiquée qui n’augmente pas, trajectoire qui a tendance à s’effondrer. Déccélération liée au vent de dos qui augmente Accélération liée au treuil Centre national de vol à voile 2010

Treuillée vent de face La trajectoire de meilleure montée Pente forte de montée pour une assiette normale t ec aj Tr nt ve ns sa re oi Largage automatique plus tard et meilleure altitude de largage Centre national de vol à voile 2010 Gradient de vent: vitesse qui augmente rapidement Commandes efficaces, Roulage court.

Treuillée vent de dos Pente faible de montée malgré une assiette à cabrer nt ve ns sa re oi Largage automatique plus tôt et faible altitude de largage t ec aj Tr Gradient de vent: vitesse qui n’augmente pas et trajectoire qui s’effondre Câble qui se détend, risque d’ouverture du parachute et largage intempestif DANGER Centre national de vol à voile 2010 Commandes peu efficaces, Roulage long.

La Vw • La Vw est définie par la CS 22 comme la vitesse maximum de treuillage. • Il ne faut pas se formaliser sur cette vitesse maximum pour autant. Centre national de vol à voile 2010

Pourquoi ? • La contrainte que subit le planeur résulte directement de sa portance, c’est-à-dire de sa vitesse ET de son incidence. • Si l’on avait un instrument qui pouvait mesurer les contraintes subies par la machine, la limitation serait un équivalent de « max 5 g » . On pourrait voler par exemple à [110 km/h et 15° d’incidence], ou à [150 km/h et 10°], ou encore [180 km/h et 7°] sans risquer un quelconque dommage de la machine. • Mais on ne peut pas mesurer l’incidence, et si on veut faire une règle simple, on donne une Vitesse max de treuillage qui est valable pour n’importe quelle incidence. Centre national de vol à voile 2010

Que retenir? • En dessous de Vw, aucun risque de dommage structurel. • Au dessus de la Vw (sans fusible), il faut garder à l’esprit qu’on peut détériorer le planeur avec par une action rapide à cabrer. • Avec un fusible, le câble casse avant d’atteindre la limitation de la machine. • Conclusion: Il faut utiliser des fusibles. Il est beaucoup plus important de se concentrer sur la souplesse et la continuité de la treuillée. Centre national de vol à voile 2010

Conduite à tenir en cas de vitesse élevée • Une portance excessive est à éviter pour des raisons structurelles, de vitesse de décrochage, de performance en treuillée, de risque de casse câble… • Mieux vaut demander au treuil de ralentir que de cabrer. Centre national de vol à voile 2010

Aile au sol au roulage Compte tenu de la forte accélération liée au treuil, une aile qui touche au roulage peut vite devenir dramatique, dès la première seconde. Risque majeur: cheval de bois violent, pouvant finir sur le dos… Centre national de vol à voile 2010

Un cheval de bois qui finit sur le dos à cause de la différence de vitesse entre les deux ailes. 150 km/h Largage impératif dès que l’aile touche le sol 80 km/h 10 km/h Centre national de vol à voile 2010

Les ailerons ne sont pas assez efficaces pour contrôler le planeur en roulis. Dans certains cas le planeur n’aura d’autre choix que de se retourner. 100 km/h Centre national de vol à voile 2010

Facteurs aggravants PILOTE Pilote non prêt Pilote en mode Vigilance Pilote pas prêt à larguer Main gauche à proximité du largage Pilote qui essaye de décoller Pilote qui largue et garde le planeur au sol Herbe haute Herbe tondue MACHINE Ailerons peu efficaces Ailerons efficaces Crochet de treuil décalé Crochet dans le plan de symétrie Patin de bout d’aile Roulette Centre national de vol à voile 2010

L’aile touche le sol au décollage Centre national de vol à voile 2010

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