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Aérodynamique
L'aérodynamique est l'étude des phénomènes qui se créent autour d'un aéronef en déplacement dans l'air. L'aileLa partie avant de l'aile s'appelle le bord d'attaque (c'est la partie de l'aile qui reçoit le vent relatif), la partie arrière s'appelle le bord de fuite. L'intrados est la surface inférieure de l'aile et l'extrados est la surface supérieure de l'aile. C'est la surface la plus bombée.
L'envergure est l'encombrement d'un avion ou d'une aile d'avion, mesuré perpendiculairement à l'axe de vol. La corde de profil (ou profondeur) est la distance comprise entre le bord d'attaque et le bord de fuite.
La surface S est une surface de référence qui tient aussi compte de la partie de l'aile cachée par le fuselage. La surface alaire exclut les surfaces des gouvernes de profondeur car celles-ci ne portent pas, elles stabilisent. L'allongement
(
La flèche est l'angle compris entre une ligne de référence (le bord d'attaque) et la perpendiculaire au plan de symétrie de l'avion. Le dièdre est l'angle formé par le plan moyen de chaque aile et le plan moyen des ailes. La ligne moyenne est la courbe (en pointillés) qui joint le bord d'attaque au bord de fuite. Tous ces points se trouvent à égale distance de l'intrados et de l'extrados. La flèche du profil est l'écart maximal entre la ligne moyenne et la corde de référence.
L'incidenceL'incidence est l'angle formé entre l'aile et le vent relatif (positif, nul ou négatif).. corde du profil : droite joignant le bord d'attaque et le bord de fuite. L'incidence est donc l'angle formé par la corde de profil et la direction du vent relatif. La résultante aérodynamique est d'autant plus grande, que l'incidence est importante. Le tube de VenturiLe tube de Venturi (du nom d'un physicien italien du 18ème siècle) est tuyau court présentant un resserrement interne. On l'utilise pour mesurer le débit des fluides. On peut le représenter par l'assemblage de 2 entonnoirs.
La quantité d'air qui passe à l'entrée du tube est identique à celle qui passe au col (passage le plus étroit) et à la sortie : le débit de l'air est constant. Seules les vitesses sont différentes : il se produit une accélération des particules d'air au rétrécissement du tube, jusqu'au passage du col. Puis, la vitesse du vent diminue et retrouve, à la sortie, sa vitesse d'origine. Un fluide qui passe dans un tel tuyau voit sa pression baisser par le fait de franchir le resserrement, en même temps que sa vitesse s'accroît. En clair, cela signifie que si la section du tube décroit, la vitesse des filets d'air doit alors nécessairement augmenter. Quand la vitesse du fluide augmente, sa pression diminue. En résumé :
Définitions et formulesLa pression atmosphérique
La pression atmosphérique est la pression exercée
par l'air qui entoure la terre. Elle varie selon le moment
considéré, la température, la latitude et
surtout l'altitude. Elleéquivaut à environ 76 cm
de Hg au niveau de la mer. 1 atmosphère = 1 bar = 760 mm
Hg = 1 kgf / cm2. La pression atmosphérique est mesurée
à l’aide des baromètres. Elle permet, en partie,
de prévoir le temps. Une chute importante de la pression
sur le baromètre de bord annonce l'arrivée d'une
dépression souvent génératrice de coup de
vent. La
pression statique
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| ½ |
Coefficient constant |
|
 |
Masse volumique de l'air |
Varie en fonction de :
Valeur moyenne : 1.225 gr par litre d’air en basse
altitude pour une pression de 1.013,25 hPa et à une
température de 15°C. Plus on monte, plus la pression
diminue, ainsi que |
| S |
Surface portante de l'air |
Surface portante. La portance est proportionnelle à la surface de l’aile de l’avion. |
| V² |
Carré de la vitesse du vent relatif |
La portance est proportionnelle au carré de la vitesse : plus on va vite, plus la portance est forte. |
| Cz |
Coefficient de portance |
A régime moteur constant, il dépend de
A régime moteur constant, si on diminue l’incidence, la portance diminue et on monte. Inversement, si on augmente l'incidence, la portance augmente et on monte. |
Les facteurs influençant la portance
La valeur de la portance est fonction également de la forme du profil : la meilleure portance est obtenue sur un profil creux et épais. De plus, un bon état de surface permet au vent relatif de mieux "glisser" autour de l'aile, donc d'obtenir une meilleurs portance.
Lorsque l'angle d'incidence devient trop important (15 à 18°), l'avion décroche.
Force qui s'oppose à l'avancement d'un mobile par suite de la résistance de l'air.
| ½ |
Coefficient constant |
|
|
Masse volumique de l'air |
Varie en fonction de :
Valeur moyenne : 1.225 gr par litre d’air en basse
altitude pour une pression de 1.013,25 hPa et à une
température de 15°C. Plus on monte, plus la pression
diminue, ainsi que |
| S |
Surface portante de l'air |
Surface portante. La traînée est proportionnelle à la surface de l’aile de l’avion. |
| V² |
Carré de la vitesse du vent relatif |
La traînée est proportionnelle au carré de la vitesse : plus on va vite, plus la traînée est forte. |
| Cx |
Coefficient de traînée |
A régime moteur constant, il dépend de
A régime moteur constant, si on diminue l’incidence, la traînée diminue et on monte. Inversement, si on augmente l'incidence, la traînée augmente et on monte. |
Les facteurs influençant la traînée
La traînée de l'aile est proportionnelle à son incidence : plus l'incidence est forte, plus la traînée est importante, il faut donc ajouter de la puissance moteur pour maintenir une altitude constante.
Il existe 3 traînées :
La somme de ces traînées forme la traînée totale.
La finesse permet de quantifier les performances aérodynamique d'un avion. La finesse est égale au rapport Portance / traînée.
f = Distance (D) / Hauteur (H) = Portance / Traînée = Rz / Rx = Cz / Cx
Pour un même avion, le Cz et le Cx varient en fonction de l'incidence. La finesse connaît une valeur maximum que l'on appelle finesse max pour une certaine valeur de l'incidence. C'est à l'incidence de finesse maximale que l'aile à les meilleures performances aérodynamiques : on utilisera la vitesse que donnera Cz / Cx max (finesse maximum) pour rejoindre, par exemple, une zone d'atterrissage éloignée en cas de panne moteur. On peut lire cette valeur sur la polaire en prenant la tangente à la courbe :
L'incidence de finesse maximale
Les avions légers les plus courants ont une finesse maximale égale à 8 ou 12 : ils peuvent franchir en plané une distance égale à 8 ou 12 fois leur hauteur.
La finesse est la caractéristique principale d'un planeur. Elle s'exprime en chiffre et représente le quotient de la distance parcourue par rapport à la hauteur perdue. Elle indique donc l'angle de piqué que doit adopter le planeur pour avoir une trajectoire rectiligne à vitesse constante.
Un Airbus (moteurs coupés), plane à 16 de finesse, c'est à dire qu'il peut parcourir 16 kilomètres à une altitude de départ de 1 000 mètres.
Les planeurs modernes ont aujourd'hui une finesse autour des 40 contre 25 avant-guerre. Ce résultat a pu être obtenu grâce à l'augmentation de l'envergure des planeurs (jusqu'à 26.40 m, supérieure au Boeing 737) et de l'allongement (profondeur moyenne de l'aile sur la longueur : l'aile doit être longue, étroite et mince pour que le planeur soit performant. Les meilleurs planeurs de compétition ont une finesse qui peut dépasser 60 !
La pression varie dans le sens inverse de la vitesse : plus le fluide accélère, plus la pression du fluide diminue. Or, l'extrados de l'aile est contraint à un parcourt plus long, donc à une plus grande vitesse : il règne une pression plus faible sur l'extrados. Au contraire, sur l'intrados, la vitesse d'écoulement de l'air est ralentie et la pression légèrement plus élevée. La dépression sur l'extrados et la pression sur l'intrados engendrent une force portante sur l'aile, dirigée vers le haut et légèrement vers l'arrière : la résultante aérodynamique.
La résultante aérodynamique peut être décomposée en 2 forces :
elle a un effet porteur, entraînant l'avion vers le haut : la portance Rz, perpendiculaire au vent relatif (donc pas toujours verticale) permet la sustentation
elle tend à s'opposer au déplacement de l'avion dans l'écoulement : la traînée Rx, parallèle au vent relatif s'oppose au déplacement
A l'extrémité de l'aile vont apparaître des phénomènes particuliers : la surpression de l'intrados a tendance à aller combler la dépression d'extrados en contournant l'extrémité de la voilure.
Pour une aile de profil classique, la surpression qui règne sous l'intrados fournit 25 % de la force de sustentation. Les 75 % restants sont dus à la dépression qui intéresse l'intrados. C'est pourquoi on entend souvent dire qu'une aile est davantage "aspirée" vers le haut qu'elle n'est "portée".
Comme l'avion avance, le mouvement de rotation ainsi amorcé crée un tourbillon à chaque extrémité d'aile, que l'on appelle tourbillon marginal.
En bout d'aile, le tourbillon appellé tourbillon marginal a deuxconséquences :
la traînée induite : conséquence directe du tourbillon, traînée supplémentaire à la traînée propre du profil, elle est proportionnelle au carré de la portance et inversement proportionnelle à l'allongement, les winglets (petites surfaces en extrémité de voilure) sur les avions de ligne permettent d'exploiter ce flux d'air parasite
La masse volumique de l'air : elle diminue quand l'altitude ou la température augmente
La forme de l'aile : la résultante aérodynamique est proportionnelle à la surface alaire S (surface totale de la voilure, y compris celle qui traverse le fuselage)
L'allongement (rapport de l'envergure de l'aile, càd la longueur mesurée d'une extrémité de l'aile à l'autre, sur la longueur de la corde moyenne, càd la distance séparant le bord d'attaque du bord de fuite) : l'augmentation de l'allongement entraîne une diminution de la traînée parasite induite par la portance (la traînée induite)
La vitesse : la résultante aérodynamique est proportionnelle au carré de la vitesse
L'incidence : quand l'angle augmente, l'intensité de la résultante aérodynamique passe par un maximum pour un angle d'incidence de 15 à 18°, puis décroît brusquement -> l'aile décroche
La polaire un graphique représentant l'évolution de Cz et Cx avec l'incidence. Elle indique les caractéristiques de la voilure et permet de la comparer avec d'autres. Le but recherché étant d'obtenir le maximum de portance pour le minimum de traînée.
En abscisse on trouve les Cx, et en ordonnées les Cz.
Cz : aptitude de l'aile à transformer en portance les pressions exercées sur elle par les filets d'air qui la contournent, reflète l'aptitude de l'avion se maintenir en l'air malgré son poids - coefficient caractéristique de la portance
Cx : coefficient de défaut résiduel, générateur de traînée - coefficient caractéristique de la traînée
Pour que l'avion vole, on cherche à assurer sa sustentation : le Cz doit être tel que la portance compense le poids. On cherche également à minimiser les défauts générateurs de traînée, donc à rendre Cx le plus faible possible.
la polaire indique une valeur limite de l'incidence pour laquelle le Cz est maximum
On constate que Cz augmente avec l'incidence jusqu'à un maximum, puis décroit : la valeur de la portance chute, elle ne peut plus compenser le poids de l'avion : l'avion décroche. En général, l'avion décroche toujours à la même incidence.
Attention : le décrochage est dû à une incidence trop forte et non à une certaine vitesse !
Pour que le vol rectiligne en palier soit possible, les forces opposées (Traînée Rx et traction T) doivent être égales. Autrement dit, la puissance due à la traction (Puissance utile Wu, développée par le moteur) doit être égale à la puissance nécessaire au vol (Wn, imposée par la traînée).
La puissance est une force multipliée par une vitesse. La puissance nécessaire au vol (Wn) est égale à la traînée (Rx) multipliée par la vitesse (V) :
Courbe de puissance nécessaire au vol (Wn)
| 1 La vitesse est faible, l'incidence est forte, il faut de la puissance pour vaincre la traînée due à l'incidence |
2 L'incidence et la vitesse sont moyennes, il suffit d'une faible puissance pour voler | 3 La vitesse est forte et l'incidence est faible, il faut de la puissance pour vaincre la traînée due à la vitesse |
 1
: incidence de décrochage |
2
: correspond à la Wn minimum. C'est le point
le plus bas de la courbe, ainsi que la séparation des
2 régimes de vol. Ce point correspond également
à la consommation horaire minimum de carburant, donc à
l'autonomie maximum de vol. |
3
: Meilleur rapport Wn/V (plus petit) et meilleur rapport Cz/Cx plus grand). C'est la
finesse max. qui correspond à la traction min, à
la consommation kilométrique min et au rayon d'action
max. |
Comparons les points caractéristiques de la courbe de puissance avec ceux de la polaire :
1 : incidence de décrochage
2
: incidence où la puissance est minimum, l'autonomie est
maximum, Cx² / Cz3 est mini. Cette incidence correspond
au plafond de propulsion
3
: incidence correspondant à la finesse max, au rayon d'action
max, à la traction mini et au Cz / Cx max
Nous allons maintenant étudier la courbe de puissance utile (Wu), c'est à dire la puissance que délivre le moteur.
Tu : force de traction de l'hélice mue par le moteur
Wu = Tu.V
Courbe de puissance utile en fonction de la vitesse
Dans les plages de vitesses couramment utilisées, la puissance utile (Wu) max du moteur est quasiment identique. La différence de puissance dépend du rendement de l'hélice qui est meilleur à des vitesses plus élevées.
La puissance utile (wu) max délivrée par le moteur varie en fonction de :
Courbe de puissance utile (Wn) en fonction de l'altitude
Par conséquent, attention aux décollages sur les terrains situés en altitude et par forte chaleur !
Il faut toujours avoir une puissance disponible supérieure à la puissance nécessaire : Wu > Wn à la vitesse considérée.
Superposons les courbes de puissance utile (Wu) et de puissance nécessaire au vol (Wn) :
Superposition des courbes Wn et Wu (le point de Wn mini séparer le 1er et le 2ème régime)
| Régime |
Incidence de la vitesse |
Conclusion |
| 2ème régime |
A partir du point 1
|
Le 2ème régime est instable et dangereux, surtout à incidence forte et à puissance moteur max. (cas du décollage sur les avions de faible puissance). |
| 1er régime |
Que la vitesse augmente ou diminue, l’excédent ou le manque de puissance ramène le pilote en 2 |
Le 1ère régime est stable. |
Etudions maintenant la vitesse verticale (Vz) :
Diagramme des Vz
La configuration de Vz max est utilisée pour atteindre un niveau de vol très rapidement (après le décollage par exemple). L'excédent de puissance est max. La vitesse est importante, donc la pente de montée n'est pas optimum.
Configuration de Vz max
La configuration de pente max est utilisée pour passer au-dessus des obstacles situés en bout de piste. L'excédent de puissance n'est pas maximum, mais comme la vitesse est faible, la pente est forte. Attention : le pilote est alors au 2ème régime.
Configuration de pente max
Que se passe-t-il lorsqu'il y a du vent ?
Il faut alors tenir compte du fait que : la vitesse au sol de l'avion est différente de sa vitesse propre !
Pour rechercher le meilleur rayon d'action :
Courbe de Wn, par vent de face (-VW : effet du vent de face)
Courbe de Wn, par vent arrière (VW : effet du vent arrière)
Quatre forces agissent sur l'avion et sont appliquées en son centre de gravité en vol stabilisé :
Le vol en palier
Nous retrouvons nos quatre forces, mais elles ont des directions différentes selon l'angle de pente, sauf le poids (P) qui reste dirigé vers le centre de la terre : P n'est donc plus aligné avec Rz. (Rappel : P = mg).
Le vol en montée
Le poids a deux composantes : P1 (opposée et égale à Rz) et P2.
Les 2 composantes du poids : P1 et P2 (
: angle de pente)
A l'aide de la trigonométrie (voir le chapitre mathématiques), nous pouvons déduire que :
(cos : cosinus, sin : sinus;
cos/sin
: cos/sin de la pente de montée)
cos
= P1/P
P1 = P.cos
Rz = P.cos
: c'est la portance
sin
= P2/P
P2 = P.sin
En montée, la traction (T) doit donc
supporter Rx et la composante P2 du poids : (T = P2 = P.sin
)
Les forces qui s'appliquent sur l'avion en montée
Etudions maintenant la vitesse ascensionnelle Vz :
Vz : vitesse ascensionnelle
sin
= Vz/V
Vz = V.sin
L'angle de pente
étant faible, on peut remplacer "sin "
par en
pourcentage. La formule devient :
Vz = V *
| Vz : vitesse verticale en pied/minute |
| V : vitesse de l'avion en Kt |
| :
pente en % |
| Equation de la traction (T) : | Equation de la sustentation : | Formule des puissances : |
| T = Rx + P.sin T = 1/2 |
Rz = P1 = P.cos Rz = mg.cos |
Vz = (Wu - Wn) / mg |
Une des composantes du poids s'ajoute à la traction. On peut maintenir la puissance affichée (augmentation de la vitesse) ou réduire la puissance (vitesse maintenue constante).
Le vol en descente
P2, nuisible dans la montée car s'opposant à la traction, participe à la descente. Nous avons toujours :
P2 = P.sin
= mg.sin
mg.sin
= Rx = 1/2
S V² Cx
La descente à Vz mini. est obtenue en
affichant une incidence (
)
correspondant à Cx² / Cz mini.
La finesse max. (Cz / Cx max) correspond à
mini.
En inclinant l'avion, on crée une force déviatrice qui amène l'avion vers l'intérieur du virage. L'aileron baissé traîne plus que l'aileron levé. Pour éviter le dérapage il faut avoir une action simultanée sur les ailerons et la gouverne de direction. L'action simultanée sur plusieurs commandes s'appelle la conjugaison.
Le virage
Pour une même inclinaison :
une grande vitesse entraîne un grand rayon de virage
une faible vitesse entraîne un petit rayon de virage
Pour une même vitesse :
une grande inclinaison entraîne un petit rayon de virage
une faible inclinaison entraîne grand rayon de virage
Dans un virage en palier à puissance constante : la vitesse diminue.
Dans un virage en palier à vitesse constante :augmenter la puissance.
Le facteur de charge ( ou n) exprime le rapport du poids apparent (portance à un moment donné) sur le poids (portance en vol en palier). Il traduit l'effort appliqué à l'aile : plus il est grand, plus l'aile supporte un effort important. La plupart des avions légers peuvent supporter des facteurs de charge allant de +4 à -2. Les valeurs limites sont indiquées dans le manuel de vol.
Soit P le vecteur poids et Pa le vecteur poids apparent, nous avons :
Facteur de charge: Portance / Poids de l'avion
n = ||Pa || / ||P||
| Facteur de charge | Sensations |
| < 0 | Sensation d'être lourd |
| proche de 0 | Sensation d'apesanteur |
| > 1 | Sensation d'être projeté vers le haut |
Lorsque l'appareil pique, un afflux de sang dans le cerveau fait involontairement baisser les paupières : c'est le "voile rouge". Au contraire, lors du "voile noir", le sang ne peut plus circuler vers le haut du corps et irriguer le cerveau mais va s'accumuler dans les pieds.
Dans le cas d'un virage à 60°, le facteur de charge est égal à 1 / cos(60) =1 / 0.5 =2.
| Inclinaison | Facteur de charge |
Rapport portance / poids | Augmentation de la portance | Exemple (g = 10 m/s/s) Portance = masse * accélération de la pesanteur (g)
|
| 0° | 1 | La portance est égale au poids, l'inclinaison est nulle | 0% | Pour un avion de masse de 1000 kg : Portance = 1000 (kg) * 10 (3/s/s) = 100 N (newton) |
| 30° | 1.15 | 15% | ||
| 45° | 1.4 | 40% | ||
| 60° | 2 | La portance vaut 2 fois le poids
de l'avion. Les efforts subis par la structure de l'avion
sont deux fois plus importants qu'a inclinaison nulle.
Le pilote à la sensation de peser 2 fois plus
lours |
100% | Pour un avion de masse de 1000 kg : Portance = 10 000 (N) * 2 = 20 000 N En virage à 60°, les masses portantes doivent supporter les efforts que nécessiterait le vol en ligne droite d'un avion de poids égal à 20 000 N, soit une masse de 2 000 kg (2 tonnes) ! |
Lorsque l'inclinaison augmente, le facteur de charge augmente
Dans le cas d'un vol en ligne droite, les variations du facteur de charge pour le passager sont généralement imperceptibles
En palier, la portance est égale au poids ( n = 1). En montée ou en decente, on estime que n est à peu près égal à 1 (du fait des faibles pentes de montée ou de descente des avions civils).
Le pilote peut parfois ressentir une impression de léger "tassement". Elle est due à l'apparition d'une accélération qui s'ajoute à l'accélération de la pesanteur. Le poids du pilote n'augmente pas,il y a apparition d'une force, dite "force d'inertie". Cette force va s'ajouter au poids pour donner une force dirigée vers le bas de l'avion, plus importante que le poids. Pour que le vol soit possible, la portance doit être "égale et opposée" à cette force :
Facteur de charge : portance en virage / poids
Dans un virage en palier (sans monter ni descendre) et à vitesse constante, le facteur de charge augmentera avec l'inclinaison du virage. Par exemple, une inclinaison de 60° correspond à un facteur de charge égal à 2G (autrement dit, on a l'impression de peser 2 fois son poids).
Dans le cas d'un changement rapide de trajectoire dans le plan vertical (ressource), le facteur de charge est d'autant plus important que la vitesse de l'avion est grande et que le rayon de courbure de la trajectoire est petit.
La vitesse de décrochage augmente avec le facteur de charge.
Par convention, un avion subit un facteur de charge positif quand la portance est orientée dans le sens intrados-extrados, et négatif dans le sens contraire. Par exemple, en vol rectiligne stabilisé sur le dos, le facteur de charge vaut -1.
La plupart des avions légers peuvent supporter des facteurs de charge allant de +3,8 à -1,5. Les avions de voltige sont certifiés pour des facteurs de charge allant de +6 à -4.
Le pilote peut connaitre les facteurs de charge limites de son avion dans le manuel de vol, section 2 - Limitations.
Lorsque le facteur de charge augmente, la portance et la vitesse de décrochage augmentent également. Par exemple, lorsque l'inclinaison augmente, le facteur de charge augmente (voir plus haut) donc la vitesse de décrochage également.
La vitesse de décrochage évolue selon la racine carrée du facteur de charge. Par exemple, un avion qui décroche à 100 km/h sous 1g, décrochera vers 200 km/h c'est-à-dire à sa vitesse de croisière s'il est soumis à un facteur de charge de 4g (ce facteur de charge peut être obtenu en effectuant un un virage serré à 75° d'inclinaison ou en faisant une bonne ressource après un piqué). Eviter le virage serré au-dessus de la maison des amis !
Exemple (à adapter avec son propre manuel de vol) :
| Facteur de charge | Inclinaison | Augmentationde la vitesse de décrochage | Vitesse dedécrochage |
||
| Volets rentrés | Volets en position décollage | Volets en position attérrissage | |||
| 1 | 0° | + 0% | 58 kt | 54 kt | 50 kt |
| 1,15 | 30° | + 10% | 62 kt | 58 kt | 54 kt |
| 1,4 | 45° | + 20% | 69 kt | 65 kt | 59 kt |
| 2 | 60° | + 40% | 81 kt | 76 kt | 70 kt |
Une aile crée la force de sustentation en forçant vers le bas le flot d'air qu'elle coupe, ce qui par réaction la soulève. Le profil de l'aile et son angle d'incidence sont conçus pour créer et accentuer cet effet ascensionnel. Plus l'angle d'incidence est important, plus la force de sustentation, ou portance sera importante. Cependant, si l'angle devient trop important (15 à 18°), l'air ne peut plus passer du bord d'attaque de l'aile vers le bord de fuite. Arrivée à ce stade, l'aile subit un décrochage. Une aile décrochée n'offre que très peu de portance.
La vitesse de décrochage en configuration lisse (càd becs et volets rentrés) est appelée VSO.
- gouvernes molles (perte d'efficacité)
- buffeting (vibrations dues à l'apparition d'un écoulement tourbillonnaire sur l'aile)
- avertisseur de décrochage (petite palette mécanique située sur le bord d'attaque de l'aile, elle est soulevée par le vent relatif lorsque l'angle d'incidence atteint une valeur proche de l'incidence de décrochage (5 à 10 kt avant le décrochage)
Le décrochage se manifeste par une abattée plus ou moins importante selon le type de l'avion.
- la masse de l'avion : une augmentation de la masse entraîne une augmentation de la vitesse de décrochage
- le facteur de charge : comme pour la masse, toute augmentation de n augmentera la vitesse de décrochage
Objectif : revenir aux petits angles d'incidence et minimiser la perte d'altitude. Pour cela, il faut mettre plein gaz et adopter une assiette voisine de l'assiette de croisière.
- une augmentation de l'incidence
- une augmentation de la surface alaire
- une augmentation de la courbure
C'est sur les 2 derniers éléments que l'on va pouvoir agir en ajoutant des volets de bord de fuite ou des becs de bord d'attaque.
Dans ce système, seule la partie située à l'intrados de l'aile est braquée. Le volet augmente la courbure (jusqu'a 15°) et agit sur la surpression de l'intrados en améliorant le Cz maximum (hypersustentateur).
Mais, il crée une traînée très importante s'il est sorti aux environs de 50° (hyposustentateur).
Dans ce système, toute la partie arrière de l'aile se braque vers le bas : le dispositif est installé sur le bord de fuite. Il permet de changer le profil de l'aile en augmentant sa portance ou sa traînée.
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Profil de l'aile volet rentré : configuration lisse |
Profil creux, volet sorti |
En créant une courbure, ce volet entraîne une accélération de l'air à l'extrados, permettant ainsi de garder une excellente portance à basse vitesse.
La position des volets dépend de la phase de vol : ils sont rentrés en croisière, au décollage le pilote sort un cran de volet (15° environ) et à l'atterrissage, il sort tous les volets (environ 40°) afin d'augmenter la traînée.
Il allie l'augmentation de surface et l'augmentation de courbure. Il est constitué d'une surface qui recule pour augmenter la surface de l'aile et qui bascule pour augmenter la courbure. Il est constitué d'une surface qui recule pour augmenter la surface de l'air et qui bascule pour augmenter la courbure.
Il consiste en un aménagement d'une fente au bord d'attaque de l'aile. Cette fente permet une communication et une accélération des particules d'air qui recollent à l'extrados (effet de Venturi).
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Profil lisse sans fente à forte incidence de vol |
Action du bec à fente de bord d'attaque, avec la même incidence |
L'incidence de décrochage peut ainsi être retardée jusqu'à un angle de 16 ou 20 degrés.
L'utilisation de cette fente est intéressante lors de vols aux grands angles, mais elle constitue un handicap à vitesse normale, en engendrant une traînée trop importante : certains dispositifs sont à déploiement automatique (les becs de bord d'attaque sont rentrés ou sortis automatiquement en fonction de l'incidence).
Les aérofreins permettent de diminuer la prise de vitesse lors d'une descente avec un angle fort.
Une fois les aérofreins déployés, l'air passe librement à travers les plaques, permettant ainsi de conserver un écoulement correct à l'extrados et à l'intrados. La portance est donc conservée. Par contre, l'air qui se heurte violemment à la partie pleine des aérofreins, forme une traînée à l'arrière.
En se heurtant à la partie pleine des aérofreins, l'air forme une traînée à l'arrière
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Vitesse |
Incidence |
| constante |
constante |
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| diminution |
augmentation |
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| augmentation |
diminution |
Relation entre vitesse et incidence (vol en palier, portance constante et égale au poids)
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Vitesse |
Variation d’assiette |
| diminution |
à cabrer |
|
| augmentation |
à piquer |
Relation entre vitesse et variation d'assiette (vol en montée ou en descente à pente constante)
| Pente de la trajectoire |
Vitesse |
| descente |
augmente |
| montée |
diminue |
Relation entre pente de la trajectoire et vitesse pour une même puissance
) est le rapport
de l'envergure d'une aile d'avion à sa profondeur. En augmentant
l'allongement d'une aile on améliore ses qualités
aérodynamiques à faible vitesse. Sur les meilleurs
planeurs, l'allongement dépasse 20. En revanche, on peut
se limiter à un allongement inférieur à 3
sur un appareil supersonique dont la maniabilité à
faible vitesse est de ce fait compromise.
