1.  Le vol en palier à vitesse constante

Les quatre forces qui s'appliquent à l'avion

Lors d'un vol en palier (contrairement à la montée ou à la descente), la portance, perpendiculaire au vent relatif, est verticale, égale et opposée au poids.

Si l’avion effectue un vol rectiligne uniforme (sa trajectoire est une droite et sa vitesse est constante), il faut que la somme des forces appliquées au centre de gravité soit nulle. Les quatre forces vont donc s'équilibrer deux à deux :

- pour que l'avion vole selon une trajectoire horizontale, la portance doit équilibrer le poids : Portance = poids; R_Z = mg
- pour que l'avion vole à vitesse constante, la traction de l'hélice (ou la poussée du réacteur) doit équilibrer la traînée : Traction = traînée; R_X = T

Poids = Portance
Traction = Traînée

Rappel : Résistance de l’air :  R = r.V2.S.K

avec :
R  résistance de l’air exprimée en Newton
r  masse volumique de l’air exprimée en kg/m3
V  vitesse de l’avion exprimée en m/s             
K  coefficient qui tient compte de la forme du corps et de son état de surface
S  surface de la voilure exprimée en m2

Portance et traînée varient comme le carré de la vitesse du vent relatif. Si la vitesse du vent relatif triple (x3), la portance et la traînée sont multipliées par neuf (3² = 9).
 

Contrôle du palier

Il s'effectue en affichant une assiette, à l'aide des références extérieures ou de l'horizon artificiel.  Après la stabilisation de l'assiette, le variomètre permet de vérifier que l'assiette affichée est bonne : altitude constante et vario 0. Attention cependant, l'indication du variomètre n'est pas instantanée et donc ne peut pas constituer un mode de pilotage du palier.

2.  Le vol en montée

En montée à vitesse et trajectoire constantes, l’équilibre des forces est un peu plus complexe, car la portance et le poids ne sont plus directement opposés, le poids restant vertical, la portance est perpendiculaire à la trajectoire donc inclinée par rapport à la verticale.

- Une composante du poids s’oppose à la portance et ainsi l’équilibre
- A la traînée qui s'oppose à la traction vient s’ajouter une composante du poids qu’on pourrait comparer à une force qui a tendance à faire reculer l’avion. La traction (donc la puissance) devra être plus grande en montée qu’en vol horizontal afin de s’opposer à ces forces et créer l’équilibre

Poids apparent = Portance
Traction = Trainée + composante de poids
 
Le poids apparent est inférieur au poids réel de l’avion

Contrôle de la montée

En montée, le paramètre qui doit être maintenu constant est la vitesse, pour des raisons de performance.  La vitesse recherchée sera obtenue par affichage de l'assiette adéquate. On déterminera ainsi une vitesse optimal de montée.  Cette vitesse se trouve dans le manuel de vol.
 

3.  Le vol en descente

De même qu'en montée, le poids n'est plus perpendiculaire au vent relatif. Il admet de la même manière une composante sur l'axe du vent relatif.  Mais, cette fois, la composante vient s'ajouter à la traction et devient motrice.

Si la traction reste constante, l'avion va accélérer sous l'action de la composante motrice du poids.  Le pilote a alors le choix entre maintenir la vitesse constante en réduisant la puissance ou laisser accélérer l'avion jusqu'à la vitesse à laquelle la somme de la traction et de la composante motrice du poids équilibre la traînée.

 

Poids apparent = Portance
Traction + composante de poids = Trainée
Le poids apparent est inférieur au poids réel de l’avion

3.1  Contrôle de la descente

Il se fait par l'intermédiaire de l'assiette qui pilote le variomètre (en général 500 ft/minute est une bonne valeur) et de la puissance qui pilote la vitesse, le choix du couple vario/vitesse déterminant une pente de descente.

La vitesse de descente sera néanmoins limitée : il ne faut pas dépasser la "vitesse maximale de croisière" (V_NO, Velocity Normal Operating) si l'air est turbulent, et ne dépasser en aucun cas la "vitesse à ne jamais dépasser" (V_NE, Velocity Never Exceed).  Ces deux vitesses figurent dans le manuel de vol.

3.2  Gestion du moteur en descente

Lors d'une descente prolongée ou avec un fort taux de descente, le moteur se refroidit sous l'action de la réduction des gaz et de l'augmentation du vent relatif.  Si la température chute trop ou trop vite, les parties externes des cylindres se refroidissent donc se contractent plus vite que les parties internes et les pistons : le jeu permettant au piston d'aller et venir librement dans le cylindre s'annule et le piston cesse son déplacement : c'est le "serrage" du moteur. 

Pour éviter cette situation, il faut éviter de réduire complètement les gaz pendant une longue durée et il faut remettre un peu de gaz périodiquement, de manière à maintenir la température du moteur dans les limites préconisées par le constructeur.

4.  Le cas du vol plané moteur réduit ou arrêté

Les planeurs ou les oiseaux dans certaines situations volent sans pour autant disposer de la force de traction d'un moteur : ils planent. Cette situation peut arriver en vol lors de la réduction des gaz ou d'un changement de trajectoire (par exemple si l'avion est en palier et se met en descente). La résultante aérodynamique R_A s'oppose alors exactement au poids P : c'est le vol plané rectiligne uniforme.

En vol plané, la résultante aérodynamique compense le poids

Un avion sans moyen de propulsion est tout à fait apte au vol plané et si sa hauteur est suffisamment haute, le pilote pourra rejoindre un zone dégagée et atterrir dans de bonnes conditions. Dans le cas contraire, il lui faudra penser à contourner les forêts... A titre d'exemple, voici le temps de vol approximatif et al distance parcourue avant impact en cas d'arrêt du moteur en fonction de la hauteur, pour un avion léger courant :