L AVION Chapitre 03, V02

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1 PRINCIPE DE VOL L AVION Chapitre 03, V02 SABENA TECHNICS MONASTIR HELMI TOUEL, ENGINEERING MANAGER

2 Sommaire 1. Axe de l avion 2. Composition d un avion a. Fuselage b. Ailes b. Groupe de propulsion 3. Équilibre avion a. La dérive b. Le THS 2

3 1. Axe de l avion L avion possède trois degrés de liberté de rotation. 1: Yaw / Lacet: c est l axe verticale qui permet à l avion de tourner à droite ou à gauche. 2: Roll / Roulis: c est l axe qui traverse l avion dans le sens de la longueur. Il permet à l avion de faire un mouvement de «balancement des ailes» 3:Pitch / Tangage: c est l axe horizontal / transverse à l avion. Il permet un balancement du nez de l avion vers le haut et vers le bas 3

4 2. Composition d un avion Cahier de charge: construire un appareil «volant» permettant de transporter des passagers. Solution: Pour transporter les passagers, nous avons besoin d un fuselage. Le fuselage est équipé de sièges permettant de transporter des passagers. 4

5 a. Fuselage Le fuselage doit être pressurisé car en altitude (30000pieds) la pressions atmosphérique est plus faible que sur terre. Donc, la quantité d oxygène est plus faible (loi de gaz parfait). La pressurisation est une source de contrainte cyclique sur le fuselage P interne Fuselage avion P externe Une section circulaire (donc un fuselage cylindrique) est le plus adoptée pour ces contraintes 5

6 b. ailes L envergure ( E ) : C est la plus grande dimension de l aile mesurée perpendiculairement au plan de symétrie de l avion. Plus une aile a de l envergure plus elle possède de l inertie en roulis à l avion La surface de référence ( S ) : c est la projection plane de l aile avec la partie traversant le fuselage. L allongement ( ) : C est le rapport entre l envergure au carré et la surface de référence. C est une grandeur sans unité qui varie énormément selon le type d avion. Elle est importante pour l étude de la traînée induite. λ 2 E S Exemples : 5 avion rapide = 6 à 12 avion classique = 20 à 30 planeur 6

7 Le dièdre ( ) : C est l angle entre la ligne moyenne de l aile et l horizontale. Le dièdre améliore la stabilité latérale. Les valeurs couramment adoptées l ordre de 4 à 7. Un dièdre peut être positif, nul ou négatif. La flèche ( f ) : C est l angle formé entre une ligne de référence longitudinale de la voilure et la perpendiculaire au plan de symétrie de l avion. Pour les ailes delta, on choisit la flèche du bord d attaque. Exemples : f = 0 aile rectangulaire f = 30 aile subsonique f = 50 aile delta ( vol supersonique ) 7

8 L effilement ( e ) : C est le rapport entre la profondeur du saumon de l aile et la profondeur de l emplanture de l aile. Exemples : e = 0 e = 0,5 e = 1 aile delta aile moyennement effilée aile rectangulaire e L1 L2 Charge alaire : rapport entre le masse de l avion et la surface de référence. ( kg.m-2 ) Exemples : 20 pour les planeurs, 265 ( 11 tonnes ) 415 ( 17 tonnes ) pour le mirage 2000, 440 pour le mirage F1, 693 pour l airbus A Angle de calage voilure : C est l angle formé entre la corde de profil et une droite de référence de l avion fixé par le constructeur ( RLF référence longitudinale fuselage ). Une aile est dite «vrillée géométriquement» si cet angle varie entre l emplanture d aile et le saumon. 8

9 Position des ailes : Les deux positions les plus couramment employées sont l aile basse et l aile semi basse qui permettent l intégration d un train d atterrissage court. Les ailes hautes peuvent être employées pour différentes raisons :atterrissage sur piste sommairement aménagée, avion équipé de turbopropulseurs, largage parachutistes, hydravion aile basse : ( ex. Falcon 900 ) EMB 120 aile semi-basse : ( ex. airbus ) aile médiane : (ex. F 16 ) aile haute : ( ex. ATR42, Transal ) 9

10 Forme des ailes aile rectangulaire : ( ex. Cesna ) aile elliptique : ( ex. spitfire aile en flèche :( ex. Alphajet ) aile delta : ( ex. Mirage 2000 ) aile en croissant ( ex. F14 basse vitesse ) aile delta gothique ( ex. Concorde ) 10

11 Le choix de l aile dépend de la définition de l avion: militaire / civile, Long courrier/ Cours courrier, etc 11

12 c. Groupe de propulsion Moteur à Piston: Moteur à Piston: Réservé au petits avions nécessitant une faible puissance. Turbopropulseur: Réservé aux avions court-courrier (1500/3000Km) et une vitesse de 500Km Turbopropulseur turbopropulseur 12

13 Turboréacteur Turboréacteur: moteur très puissant mes très gourment en carburant. Il est réservé aux avions militaires. Turboréacteur à double flux Flux froid Flux chaud 13 Moteur adapté aux avions commerciaux moyen et long courrier.

14 3. Équilibre de l avion L avion est composé donc de: 1- Fuselage cylindrique, cette forme permet une répartition équilibré de la pression 2- des ailes pour générer de la portance 3- Un/des moteurs pour générer la poussée nécessaire (donner de la vitesse et équilibré la traînée) Cette forme est instables!!!! 14

15 L avion est instable dans le sens du lacet: L avion va osciller d une façon dangereuse autour de cette axe L avion est instable dans le sens du tangage: La portance de l aile est fixe, alors que le centre de gravité change en fonction de la répartition de la masse dans l avion 15

16 a. La dérive stabiliser l avion autour de son axe de lacet: installation d une dérive Dérive à l arrière: AIR Force vers la gauche Moment vers la droite 16

17 b. le THS Stabiliser l avion autour de son axe de tangage: Ajouter une petite aile. Ainsi la portance totale s applique au barycentre des deux forces. Cette aile s appelle le THS (Trimmable Horizontal Stabilizer) On fait varier le calage du THS pour faire coïncider la portance totale avec le poids. Centrage arrière: Centrage avant: O A G B mg (a) P ortance Aile OA + P ortance THS OB =0 mg (b) AB=L u AO= u.l. P ortance THS /(mg) (c) P ortance Aile + P ortance THS =mg La portance est une valeur algébrique, qui peut être positive (vers le haut), négative vers le bas) 17

18 Centrage avant: Le centrage avant est plus stable: Si une rafale de vent frappe l avion, elle va «soulever le nez» de l avion. En même temps, elle agit sur la portance qui augmente. Le moment de cette portance va pousser le nez de l avion vers le bas. On revient à la position initiale. Il s agit d équilibre stable. vent mg 18

19 Centrage arrière: Le centrage arrière est plus économique. Exemple: pour une finesse de 10 mg Centrage arrière: P ortance Aile =90N T raînée Aile =9N P ortance THS =10N T raînée THS =1N P ortance Totale =100N T raînée Totale =10N P oussée = 10N Centrage avant: P ortance Aile =110N T raînée Aile =11N P ortance THS =-10N T raînée THS =1N P ortance Totale =100N T raînée Totale =12N P oussée = 12N Dans la pratiques, les avions commerciaux ont un centrage avant stable. 19

20 La dérive et le THS peuvent avoir plusieurs formes: Forme de T THS en bas de la dérive 20 Double dérive aux extrémités Double dérive sur le fuselage

21 Certains avions ce distinguent des modèles précédents par l absence de dérive et de THS, comme le B2 Le B62 est destiné à être un avion furtif. Il faut donc minimiser la signature Radar qui provient de la réflexion sur des surface comme la dérive et le THS. Cet avion, naturellement n est pas stable. On utilise alors des procédés «actifs» pour le stabiliser. Il s agit des calculateurs de bords. Ils déterminent à chaque instant la situation de l avion. Puis, ils appliquent la commande nécessaire pour stabiliser l avion 21

22 Quand la surface mobile A se déplace vers le haut, elle génère un moment de lacet vers la droite et une force vers le bas. La surface B se déplace de la même façon mais vers le bas. Elle compense ainsi la résultant du bas, et génère un moment de lacet à droite. B A F B F A 22