Pr

1
AÉRODYNAMIQUE et MÉCANIQUE du VOL
2
Module 2

• Dans ce module, vous
• - étudierez la variation des coefficients de
  portance et de traînée
• - découvrirez la couche limite et apprendrez ce
  quest une polaire
• - travaillerez sur la mécanique du vol et ses
  équations pour chaque phase de vol (montée,
  palier, descente, virage)
• - approfondirez vos connaissances sur les
  phénomènes qui perturbent lécoulement
  aérodynamique autour de lavion

Ce module a été conçu et réalisé par Bernard
GUYON, Cdb 777 à Air France et instructeur à
lAéro-club du Béarn, et Stéphane MAYJONADE,
instructeur BIA et CAEA.
3
Variation du coefficient de portance en fonction
de lincidence
A/ Cas dun profil dissymétrique Revoir
lanimation et mettre sur pause aux valeurs
dincidence pertinentes. On saperçoit que -
Cz et donc Fz est nul pour une

• une incidence négative
• à incidence nulle, Cz et donc Fz
  sont positifs
• Cz et donc Fz augmentent jusquà une valeur maxi
  à laquelle correspond une incidence appelée
  incidence maximale (i max).
• Si lincidence augmente au-delà de i max, Cz et
  donc Fz diminuent brusquement. Lavion
   décroche .

4
Selon le type davion, le décrochage se manifeste
par un piqué naturel facilement observable par le
pilote et qui permet à lappareil de revenir au
faibles angles d'incidence ou par une mise en
descente sans changement dassiette, moins
facilement détectable et de ce fait plus
dangereuse.
En utilisation normale, le pilote ne devra donc
pas approcher ces grandes incidences pour des
raisons de sécurité.
B/ Cas dun profil symétrique
Courbe de même type que précédemment, mais qui
passe cette fois-ci par lorigine à incidence
nulle, la portance est nulle. Cest pour cette
raison que ce type de profil est utilisé pour les
parties de lavion nétant pas censées contribuer
à la portance, comme lempennage horizontal par
exemple. À forte incidence, laile finira
également par décrocher.
5
LA COUCHE LIMITE
Pourquoi ce décrochage de l'aile ?
Pour comprendre, il faut étudier le comportement
des filets d'air autour du profil
Ecoulement de l'air aux faibles incidences
Il est laminaire
6
LA COUCHE LIMITE
Écoulement de l'air aux fortes incidences il
devient turbulent puis tourbillonnaire
Incidence forte 1
Incidence forte 2 gt Incidence forte 1
7
LA COUCHE LIMITE
Pour mieux étudier le phénomène, l'aérodynamicien
étudie la "couche limite".
Lorsque l'on se rapproche de la "peau" de
l'avion, la vitesse des filets d'air diminue pour
s'annuler au contact de celle-ci.
8
LA COUCHE LIMITE
Lorsque l'incidence augmente les phénomènes
ci-contre se produisent
La diminution puis la perte de la portance est
due au décollement de la couche limite après
qu'elle soit devenue turbulente. Observez la
vidéo suivante qui vous montrera le phénomène
filmé depuis lavion.
9
Variation du coefficient de traînée en fonction
de lincidence

• On constate que
• à incidence nulle, Cx et donc Fx est positif
• Cx et donc Fx est minimal à une incidence proche
  de 0
• Cx et donc Fx augmentent proportionnellement à
  laugmentation dincidence.

Bien noter que la traînée est toujours positive.
En associant les deux courbes Cx f(i) et Cz
f(i), on peut obtenir une seule courbe qui
regroupera lensemble des caractéristiques
aérodynamiques de laile ou de lavion. Cette
courbe sappelle la polaire. Elle vous est
présentée sur la page suivante.
10
LA POLAIRE

• Si pour chaque incidence, on porte
• en abscisse la valeur de la traînée et
• en ordonnée la valeur de la portance,
• on obtient la "POLAIRE" de l'aile (ou de l'avion
  si l'on a étudié l'avion en entier).

?
11
LA POLAIRE
Cette courbe élaborée par le constructeur lui
permet de retrouver les caractéristiques de
l'appareil et de déterminer les incidences donc
les vitesses d'utilisation.
Ainsi
Incidence de portance maximum (atterrissage)
Permet de déterminer la finesse maximum de
l'avion ? vitesse à adopter si panne
Incidence de traînée minimum (vol rapide)
12
PORTANCE / TRAINEE AVION
Si l'on considère l'avion dans son ensemble (aile
fuselage), on retrouve également - une portance
perpendiculaire au sens des filets d'air - une
traînée parallèle au sens des filets d'air
Pour que l'avion puisse rester en vol, il faut
- que son poids soit compensé par la
portance - que sa traînée soit compensée par
la traction de l'hélice
13
MÉCANIQUE DU VOL
14
VOL EN PALIER
Equations du vol en palier
Portance
Traction hélice
Traînée avion
Poids
15
Conséquence du braquage d'une commande de vol

• Aucun braquage
• incidence initiale i1
• portance initiale Fz1

• Braquage gouverne
• nouvelle incidence i2 gt i1
• nouvelle portance Fz2 gt Fz1

L'ensemble gouverne et son support sont attirés
vers le haut
16
Action sur le manche vers la droite
Exemple inclinaison du manche vers la droite
L'aileron droit se lève, l'incidence diminue, la
résultante aérodynamique diminue, donc la
portance diminue
L'aile droite s'abaisse
L'aileron gauche s'abaisse, l'incidence augmente,
la résultante aérodynamique augmente, donc la
portance augmente
L'aile gauche se lève
17
Action sur le manche vers la droite
Suite à l'inclinaison de l'avion vers la droite .
. . .
La portance s'incline
Création d'une force Fc dirigée vers l'aile
inclinée
La trajectoire de l'avion est déviée vers la
droite
En avion Inclinaison virage
18
Effets secondaires des commandes de vol
Nous venons de voir l'effet primaire des
commandes de vol, cependant dans certains cas,
des effets secondaires apparaissent.
Dans tous les cas l'effet secondaire agit sur un
autre axe que celui de l'effet primaire.

• Nous allons voir
• le lacet inverse qui apparaît lors du braquage
  des ailerons
• le roulis induit qui naît lors du braquage de la
  direction

Lors des évolutions en vol, tous ces effets se
conjuguent, et le pilote adaptera son pilotage en
fonction de ce qu'il détecte visuellement. (ex
cas du virage) Il n'est pas question en vol de
réfléchir à tous ces effets dus aux braquage des
gouvernes, mais il faut comprendre pourquoi
l'avion réagit ainsi.
19
LE LACET INVERSE
Lors d'une mise en virage vers la droite (manche
incliné vers la droite)
L'aileron droit se lève, l'incidence aile
diminue, la portance diminue, l'aile s'abaisse
L'aileron gauche s'abaisse, l'incidence augmente,
la portance augmente, l'aile se lève
La traînée de l'aile droite diminue
La traînée de l'aile gauche augmente
Portance et traînée variant dans le même sens, en
conséquences
20
LE LACET INVERSE
Lors d'une mise en virage vers la droite (manche
incliné vers la droite)
Au lieu de virer normalement vers la droite, le
lacet inverse tend à faire ressortir l'avion du
virage (le lacet inverse est toutefois inférieur
au lacet créé par la mise en virage) le vol
n'est plus symétrique.
21
LE LACET INVERSE
Symétrie du vol
Mise en virage
Remède Braquage de la direction pour rétablir
la symétrie du vol
22
LE LACET INVERSE
Lorsque l'inclinaison voulue est atteinte, le
pilote ramène les ailerons dans le plan des
ailes les ailerons ne sont plus braqués
Durant le virage
Cependant durant le virage la vitesse de l'aile
extérieure est supérieure à celle de l'aile
intérieure d'ou des traînées différentes. L'avion
tend à nouveau à sortir du virage (vol non
symétrique)
Remède Maintenir le braquage de la direction
23
LE ROULIS INDUIT
Lors d'un braquage de la direction (ex appui
sur palonnier droit entraînant un braquage
direction à droite)
Par réaction autour de l'axe de lacet, le nez de
l'avion se déplace vers la droite, provoquant une
accélération de l'aile gauche . . . .
24
LE ROULIS INDUIT

• Ceci entraîne une différence de portance des
  ailes
• la portance de l'aile gauche augmente
• la portance de l'aile droite diminue

Le résultat est une mise en inclinaison de
l'avion vers la droite, par roulis induit du fait
du braquage de la direction
Les 2 effets que nous venons de voir apparaissent
lors des virages (surtout avec des appareils à
grand allongement type planeurs)
25
Conséquence du braquage des volets

• Augmentation de l'incidence aile
• Augmentation de la surface de l'aile

• Ceci entraîne
• augmentation de la portance
• augmentation de la traînée
• augmentation de l'incidence de décrochage
• soit en résumé une diminution des vitesses de
  décollage et datterrissage.

• Avant
• décollage sortie des volets en position
  décollage
• (position moyenne afin de ne pas trop augmenter
  la traînée)
• atterrissage sortie des volets en position
  atterrissage
• (position maximum afin de privilégier la
  portance)

26
Braquage des volets
Commande électrique ou manuelle sur les avions de
faible tonnage, hydraulique pour les gros
porteurs.
Un indicateur permet de vérifier la quantité de
volets braqués
27
LE COMPENSATEUR OU TRIM
But diminuer les efforts du pilote sur
certaines commandes de vol lors des phases de vol
stabilisées On dit souvent que l'on "trimme"
l'avion
Il existe des compensateurs sur les 3 axes,
cependant sur les avions légers ne sont présents
que ceux sur la profondeur et parfois sur la
direction
28
LES COMPENSATEURS
Quelques compensateurs existants
29
LE COMPENSATEUR
Principe
Par braquage dune partie de la gouverne dans le
sens contraire de celle-ci, se crée une force qui
participe à maintenir cette gouverne dans le sens
souhaité
Braquage gouverne Force dirigée vers le haut
Braquage compensateur Force dirigée vers le bas
qui annule leffort nécessaire au braquage
initial de la gouverne
30
LE COMPENSATEUR
Réalisation pratique
31
LE COMPENSATEUR
Compensateur automatique
32
LE COMPENSATEUR
Compensateur dit "anti-tab"
33
LE COMPENSATEUR DE PROFONDEUR
Type de compensateur actionné par le pilote
34
LE COMPENSATEUR
Type de compensateur fixe (réglé pour la
croisière)
Compensateur daileron
35
LE COMPENSATEUR
Type de compensateur fixe (réglé pour la
croisière)
Compensateur de direction fixe
36
Influence de l'allongement traînée induite
La surpression de l'intrados tend à venir combler
la dépression de l'extrados en contournant
l'extrémité de la voilure.
Comme l'avion se déplace, à chaque extrémité
d'aile se crée un tourbillon marginal ou "vortex"
Ce vortex est directement proportionnel à la
portance et inversement proportionnel à
l'allongement de l'aile
La traînée induite est cette traînée
supplémentaire qui s'oppose au déplacement
37
Influence de l'allongement traînée induite
Ces tourbillons marginaux représentent un danger
pour l'appareil pouvant les rencontrer ? ne pas
suivre de trop près les avions générant
d'importants vortex (avions lourds à faible
allongement). Voir une vidéo au format Quicktime
sur le sujet
Pour diminuer cette traînée supplémentaire, on
ajoute sur les avions modernes et rapides des
cloisons en extrémité de voilure appelées
"winglets".
38
FIN DU MODULE
QUITTER