Mécanique du vol version 1.1. Ailerons

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1 Lycée Jean Dupuy - Tarbes nde Section d'initiation Aéronautique Mécanique du vol version. Objectif : étude des forces appliquées à l avion Ces forces sont Portance Rz Traînée Rx Poids P Traction ou poussée T Dans 4 situations : vol à altitude constante, vol en montée, vol en descente et vol en virae, a vitesse stabilisée Le principe fondamental de la mécanique montre que la somme de ces forces produit une accélération. Donc pour que la vitesse soit stabilisée, il faut que cette somme soit nulle : l ensemble de ces forces doit se compenser. Axes de rotation axe Commandé par Sur Roulis Tanae Manche latéralement Manche lonitudinalement Ailerons Gouverne de profondeur Lacet palonnier Gouverne de direction Vol à altitude constant et vitesse stabilisée. Mise en équation Les forces ne peuvent se «compenser» que si elles ont la même orientation. Donc pour que ces 4 forces se compenses il faut que : Traînée = Traction Portance = poids. Traînée = Traction Le moteur doit fournir une force compensant la traînée. Si on a une traction plus importante que la traînée, l avion accélère vers l avant, sa vitesse aumente Si on a une traction moins importante que la traînée, l avion accélère vers l arrière, sa vitesse diminue S. BOULARAND SIA - Mécanique du vol - / 8

2 .3 Portance = poids Portance = poids ½. Cz. ρ. S. V² = m. La portance doit reste donc constante (car la masse ne varie pas, à la consommation en carburant près) Donc les variations de V doivent être compensées par des variations de Cz, contrôlées par le manche à balai qui permet de fixer l incidence : c est la relation vitesse incidence Grande vitesse Faible Cz Faible incidence manche vers l avant Lors d une aumentation de la vitesse, on poussera proressivement sur le manche pour éviter que la portance ne soit plus importante que le poids, ce qui produirait une accélération vers le haut (montée) Faible vitesse Fort Cz Forte incidence manche vers l arrière Lors d une diminution de la vitesse, on tirera proressivement sur le manche pour éviter que la portance ne soit moins importante que le poids, ce qui produirait une accélération vers le bas (descente) La vitesse minimale correspond a l incidence qui produit le Cz max. Au dela, on ne pleut plus compenser la diminution de vitesse. Si on aumente l incidence, la portance diminue, c est le décrochae Le décrochae aura lieu a Vs.. Cz max. S La vitesse de décrochae est indiquée par le constructeur en palier et à la masse maxi Vs0 : en confiuration lisse (becs, volets et train rentrés) Vs : en confiuration atterrissae (becs, volets, train sortis) Approche à,3 x Vs pour arder une mare suffisante 3 Vol en montée 3. Mise en équation La direction du poids est décalée de l anle de montée γ. On le décompose en composantes P cos γ qui a la même orientation que la traînée P sin γ qui a la même orientation que la portance On a donc Traînée + P sin γ = Traction Portance = P cos γ S. BOULARAND SIA - Mécanique du vol - / 8

3 3. Portance = P cos γ La portance ne compense plus qu une partie du poids. On défini le facteur de chare portance n poids On peut aussi écrire portance = n. poids La portance correspond a un poids ressenti = n. Ici n = cos γ. Donc n < Si γ est faible cos γ. La portance est quasi inchanée par rapport au vol à altitude constante. Le facteur de chare est peu inférieur à. 3.3 Traînée + P sin γ = Traction Une partie du poids s ajoute à la traînée que devra compenser le moteur. Sa puissance doit aumenter pour arder la même vitesse. On peut calculer l anle de montée qu on pourra obtenir en fonction de la traction. T Rx sin P Donc plus pour bien monter, il faut de la puissance moteur, peu de trainée et un avion léer. A l extrême, pour monter à 90, il faut une traction au moins éale au poids. 3.4 Mise en montée Pour initier la montée, on doit avoir une accélération verticale, et donc transitoirement avoir une portance supérieure au poids : Pendant cette courte période de transition, la «ressource», la portance est supérieure au poids, donc le facteur de chare n > L aumentation de portance est obtenue par une aumentation d incidence, ce qui peut amener au décrochae, même à vitesse élevée n. Vs ( n) n. Vs. Cz max.. S si n =, Vs aumente de S. BOULARAND SIA - Mécanique du vol - 3 / 8

4 4 Vol en descente 4. Mise en équation On est dans une situation symétrique au vol en montée mais avec un anle néatif : La direction du poids est décalée de l anle de montée γ. On le décompose en composantes P cos γ qui a la même orientation que la traînée P sin γ qui a la même orientation que la portance On a donc : Traînée = P sin γ +Traction Portance = P cos γ 4. Portance = P cos γ La portance ne compense plus qu une partie du poids. Ici le facteur de chare n = cos γ < Si γ est faible cos γ. La portance est quasi inchanée par rapport au vol à altitude constante 4.3 Traînée = P sin γ +Traction Une partie du poids contribue à compenser la traînée. Rx T sin P On peut envisaer le cas ou il n y a pas de traction, comme pour un planeur ou un avion en panne de moteur : sinγ Rx P finesse cosγ sinγ Rx Rz/cosγ tanγ Rx cos γ Rz cos γ finesse L anle de descente en planant dépend de la finesse : une rande finesse permet d avoir un anle faible On a donc finesse tanγ distance hauteur vitesse horizontale vitesse verticale Pour parcourir la plus rande distance, il faut donc avoir la finesse maxi, c'est-à-dire voler à l incidence de finesse maxi. S. BOULARAND SIA - Mécanique du vol - 4 / 8

5 La relation vitesse-incidence conduit à déterminer la vitesse à laquelle on aura cette finesse maxi V.. Cz finesse max. S A lier à la polaire : distance maxi si finesse maxi 4.4 Mise en descente Pour initier la descente, on doit avoir une accélération verticale néative, et donc transitoirement avoir une portance inférieure au poids : n<. On peut aller jusqu'à avoir une portance néative, c'est-à-dire un facteur de chare néatif : l avion se met en descente plus rapidement que la chute d un objet. Le poids ressenti est néatif : la ceinture de sécurité vous retient sur le sièe. 5 Vol en virae On souhaite faire apparaître une accélération latérale, on va donc orienter la portance latéralement : On a : Trainée = Traction Portance. cos φ = poids Portance. sin φ non compensé = accélération latérale, c est la mise en virae l accélération disparaît quand cette force latérale est compensée par la force centrifue 5. Portance. cos φ = poids Rz.cos φ = m La portance est donc supérieure au poids, elle dépend de l inclinaison La facteur de chare A 30 d inclinaison, n =,5 A 60 d inclinaison, n = n est supérieur à cos La portance aument et donc la vitesse de décrochae aussi n. Vs en virae n... Cz max. S.. Cz max. S A 30 d inclinaison, n =,5, Vs aumente de,07 n.. Vs en palier A 60 d inclinaison, n =, Vs aumente de =,4 On peut donc décrocher même si on a une vitesse supérieure à la vitesse de décrochae annoncée par le constructeur. S. BOULARAND SIA - Mécanique du vol - 5 / 8

6 Quand la vitesse sera proche de la vitesse de décrochae, comme en approche, on doit réduire l inclinaison lors des viraes A plat, on adopte une mare de 30% Vmin =,3 Vs En virae on doit donc avoir Vmin = n x,3. Vs Par exemple si on fait un virae à 60, n= Vmin =., 3. Vs =,8. Vs 5. Mise en virae Pour orienter la portance latéralement, on doit créer une différence de portance entre les ailes avec les ailerons. Le virae va produire un enchaînement d action pour contrôler les effets secondaires des actions successives. Ex : pour un virae à droite On met le manche à droite La demi aile droite traîne moins que la demi aile auche : L avion tourne sur l axe de lacet, l avant de l avion dévie vers l extérieur du virae, c est le «lacet inverse» On ait sur la ouverne de direction en mettant du pied à droite pour corrier la déviation sur l axe de lacet. La demi aile droite porte moins que la demi aile auche : L avion tourne sur l axe de roulis vers la droite, il s incline sur la droite. Cette inclinaison aumentera tant que le manche sera vers la droite. On met le manche au neutre pour stabiliser l anle d inclinaison L avion s incline, la portance doit compenser plus que le poids On tire sur le manche pour avoir plus de portance Plus de portance donc plus de traînée On met plus de puissance pour compenser l aumentation de la traînée L avion tourne, sa demi aile à l extérieur du virae va plus vite que la demi aile intérieure, sa portance étant donc supérieure, l avion tend a tourner son axe de roulis de plus en plus, c est le «roulis induit». On met le manche léèrement à auche pour compenser la différence de vitesse par les ailerons. Pour sortir de virae : On met le manche à auche La demi aile auche traîne moins que la demi aile droite : L avion tourne sur l axe de lacet, l avant de l avion dévie vers l intérieur du virae On ait sur la ouverne de direction en mettant du pied à auche pour corrier la déviation sur l axe de lacet. S. BOULARAND SIA - Mécanique du vol - 6 / 8

7 L inclinaison réduit, la portance doit être réduite pour ne compenser que le poids On pousse sur le manche pour avoir moins de portance Moins de portance donc moins de traînée On peut réduire la puissance pour éviter d accélérer 6 Masse et centrae 6. Masse maxi La masse maxi est limitée par la résistance structurale de l aéronef dans son domaine de vol (vitesse, facteur de chare) 6. Position du centre de ravité La position du centre de ravité doit être dans un domaine défini par le constructeur, qui apparaît sur la fiche de pesée. Plus le centre de ravité est vers l avant, plus l avion est stable mais il sera moins maniable Plus le centre de ravité est vers l arrière, plus l avion est maniable mais il sera moins stable. On ne doit pas voler en dehors des limites indiquées par le constructeur Exemple de calcul : On souhaite faire un vol avec - pilote de 70 k - 3 passaers de 60 k + 50 k + 50 k - Sans baaes. déterminez la quantité maxi de carburant. déterminez le centre de ravité 3. proposez un placement des passaers S. BOULARAND SIA - Mécanique du vol - 7 / 8

8 Somme des masses, qui doit être inférieure à la masse maxi Position du centre de ravité= somme des moments Somme des moments S. BOULARAND SIA - Mécanique du vol - 8 / 8