Sur la formule Pou-du-Ciel : (J. Mottez, Aviasport)


Chapitre II Aviasport No.31 et 32


Comme les précédents, ce dernier chapitre de la série a été extrait d'une série d'articles publiés autrefois sous la signature de Jacques MOTTEZ dans la revue AVIASPORT, numéros 31 et 32 (?).
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AVIASPORT N° 31 (pp. 13 à 27)

CHAPITRE II
STABILITÉ ET PILOTAGE
par Jacques MOTTEZ


Ici encore, pour représenter les phénomènes, nous ferons appel aux références et aux courbes classiques.

Toutefois, étant donné qu’avant la guerre de 1939, on avait, en France, l’habitude de représenter les couples piqueurs par des ordonnées positives et les couples cabreurs par des ordonnées négatives, c’est cette représentation que nous conserverons, pour que nos lecteurs interprètent plus facilement les documents datant de cette époque. Actuellement, les signes sont inversés, ce qui nous semble algébriquement plus logique, mais cela ne modifierait pas les résultats que nous allons exposer.



COURBE DE STABILITÉ

On appelle courbe de stabilité la courbe qui représente les différentes valeurs des moments de tangage, auxquels est soumis l’appareil, articulé à son centre de gravité, lorsqu’on cale l’ensemble sous des angles d’attaque divers.

Il a été établi des multitudes de ces courbes, concernant les appareils Mignet, tant sur maquettes qu’en vraie grandeur, au tunnel de Chalais-Meudon.

La figure 7 représente l’une d’elles, établie au Laboratoire Eiffel, avec notre maquette figurant au 1/10e un appareil dont nous rappelons les caractéristiques principales :

- Surface de l’aile AV : 7,73 m²

- Surface de l’aile AR : 4,85 m²

- Profondeur du profil : 1400 mm

- Interplan horizontal : 500 mm ; Profil 23012

- Centrage : 58,6 %

- Calage de l’aile AR par rapport à l’aile AV : +3°

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Cette courbe indique que, dans ces conditions, l’appareil va voler normalement, sous l’angle d’équilibre A = 12°8, pour lequel il est stable.

En effet, s’il passe l’angle de 19°, il apparaît un couple piqueur, de valeur CD, qui le ramène à l’angle d’attaque primitif A, sans que le pilote ait à intervenir. Notons en passant – nous en parlerons plus loin – que l’angle en A de la tangente à la courbe mesure le degré de stabilité Cmi. De même si l’appareil vient à voler sous un angle d’attaque plus faible, de 0° par exemple, il apparaît un couple cabreur OF qui, par le circuit FEA, va le ramener à son angle d’attaque primitif de 12°8.

Pour ce calage d’aile AR de +3°, l’avion est donc stable dans une très large bande d’angles d’attaque.

Cependant, si nous supposons maintenant que l’appareil vole à un moment donné sous un angle d’attaque de –7°, le couple piqueur GI qui va apparaître augmente encore la valeur négative de cet angle d’attaque, ce qui, par le circuit IHB, amènera l’appareil en B, à –20°, c’est à dire en vol sur le dos. Or, en B comme en A, la position est stable et l’avion y restera indéfiniment, si le pilote n’intervient pas.

Avant la guerre de 1914-18, certains appareils de cette époque présentaient ce phénomène et on disait que l’avion était " engagé ".

Le dit phénomène, en tout cas, fut pour quelques appareils Mignet la cause indéniable de fins tragiques, ce qui provoquera de multiples études au tunnel, parmi lesquelles les plus convaincantes furent celles du passage à Chalais-Meudon de l’H.M. 19 en vraie grandeur, pilote à bord et moteur en marche (biplace de 45 CV).

Nous donnerons en temps voulu les conclusions intégrales du rapport qui en résulta et qui énoncent la sécurité complète de vol et de pilotage de cette machine. Cela en vaut la peine, car bien peu d’avions de tourisme ont fait l’objet de recherches aussi poussées.

Mais des résultats, si bons soient-ils, ne sont réellement intéressants que s’ils sont applicables à des machines analogues, ou extrapolables à des machines évoluées.

Pour apporter à l’appareil Mignet d’éventuelles modifications, si chères aux amateurs, il était nécessaire de créer des bases solides de discussion. Le S.A.L.S., avec un louable souci de prudence et le désir d’approfondir le problème, nous donna donc la possibilité de poursuivre nos investigations, en utilisant la soufflerie du laboratoire Eiffel.

De ces essais, qui portèrent principalement sur les courbes de stabilité de ceux effectués par Mignet à la soufflerie de Lille sur maquette de l’H.M. 210 et de bien d’autres encore, nous allons pouvoir tirer la conclusion que l’avion Mignet est bien un descendant darwinien, mais évolué dans le sens de la sécurité, de l’avion classique.

Examinons donc l’influence, sur son comportement, des différentes variables de la machine.



INFLUENCE DU CENTRAGE SUR LA STABILITÉ


Avec notre maquette et pour chacun des entreplans horizontaux, 100, 300 et 500 mm en grandeur, nous avons établi les courbes de stabilité pour deux centrages différents, 58,6 et 49,3 %, le même calage de +3° de l’aile AR par rapport à l’aile AV étant conservé.

Ce sont les courbes des figures 8a, 8b et 8c :

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Nous constatons tout de suite que l’avancement du centre de gravité, comme pour l’avion classique, améliore la courbe de stabilité, quelle que soit la valeur de l’interplan horizontal, puisqu’il y a diminution de la différence entre points hauts et bas des courbes, lorsqu’on passe d’un centrage à un autre, plus avancé.

Ceci est bien connu. L’avion Mignet, de ce point de vue, est un avion classique. N’insistons pas.



NOTION D’" ANGLE-FOYER "

Une chose particulière attire cependant l’attention : c’est l’existence, pour les trois positions d’aile AR, d’un même point I, correspondant à l’angle d’attaque i de –2°5.

Cet angle est celui pour lequel un changement de centrage n’apporte aucune modification du moment de tangage, puisque pour les divers centrages et pour l’angle i = -2°5, le moment de tangage est le même : Cm = -0,008.

Or, lorsqu’on étudie l’influence du centrage sur un avion classique, on retrouve à ce même point, à quelque 0°5 à 1° près, la valeur de cet angle correspondant à Cz = 0, ce qui est normal.

Pour notre appareil, on voit, sur la polaire de la figure 5 (cf. Aviasport n° 30, page 41), que l’on a Cz = 0 pour i = -2°, valeur voisine de i = -2°5, pour l’angle en question.

Cela nous confirme de façon absolue l’identité aérodynamique complète de l’avion Mignet et de l’avion classique.

Le point I est parfois utilisé en bureau d’études pour calculer les centrages limites, en effectuant des interpolations entre les courbes obtenues à divers centrages. Pour l’appareil Mignet, il peut rendre le service d’éviter bien des " coups de vent " au tunnel ; aussi lui avons-nous donné un nom, l’" angle-foyer ", avec comme définition : l’angle pour lequel une modification du centrage n’apporte aucune modification du moment de tangage.

Les spécialistes de la notion de " foyer avion " ou de " foyer d’avion complet " reconnaîtront l’analogie que nous avons voulu souligner avec la notion de foyer, couramment employée en bureau d’études.

Rappelons, en effet, que l’on appelle " foyer d’avion " : le centrage pour lequel une modification d’angle n’apporte aucune modification au moment de tangage.

Pour passer de la notion de foyer à celle de l’autre, il suffit, dans la définition, d’intervertir les mots " centrage " et " angle ".



INFLUENCE DE LA SURFACE DE L’AILE AR

Pour évaluer l’influence de la surface de l’aile AR sur la stabilité, nous avons mesuré cette dernière avec une aile AR nettement réduite en envergure, ce qui ramenait sa surface à 2,75 m² au lieu de 4,85 m².

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La figure 9 permet de comparer les courbes établies avec ailes normale et réduite, sur notre maquette à fuselage-planche et de constater qu’il y a très nette diminution de stabilité avec l’aile réduite, ce à quoi il fallait d’ailleurs s’attendre .

Notons en passant la valeur de l’angle-foyer, qui est ici de 2°.



INFLUENCE DE L’INTERACTION DU FUSELAGE

Pour évaluer cette influence, nous avons soufflé notre maquette, avec ailes normales, interplan horizontal de 500 mm, calage d’aile AR de +3°, munie d’un fuselage planche. Les résultats apparaissent sur la figure 9 également.

Par comparaison avec les courbes de la figure 8c, nous noterons l’influence très notable du fuselage dans le sens de l’instabilité, la figure 8c étant relative au fuselage normal du biplace côte à côte.

Nous y reviendrons plus loin, concernant les possibilités de calcul qui en découlent.



INFLUENCE DE L’INTERPLAN VERTICAL

Nos investigations n’ont pas porté sur ce sujet, étudié déjà à Chalais-Meudon, sur appareil H.M. 14 en vraie grandeur (essais du 2 au 26 juillet 1936, n° 8.218), les interplans étudiés étant de 700, 500 et 300 mm.

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Les conclusions sont formelles, quant à la variation pratiquement négligeable de la stabilité et de la manœuvrabilité, due à celle de l’écart en hauteur des ailes.

Les caractéristiques essentielles à mesurer à ce sujet sont en effet :

- l’angle d’attaque + i1 (fig. 1), pour lequel l’avion est stable sur le dos – point B de la fig. 7 ;

- l’angle que doit prendre l’aile AR par rapport à l’aile AV – (i3 – i1) de la fig. 1 – dans le pilotage par l’aile AR ou vice-versa ;

- l’angle que doit prendre l’aile AV par rapport à l’aile AR, dans le pilotage par l’aile AV, pour pouvoir revenir au vol normal.

On a trouvé, pour les divers entreplans :

- Interplan vertical (mm) : 700 500 300
- Angle d’attaque i : - 17° - 21° - 21°
- Pilotage par l’aile AV,

donnant l’angle i1 – i3 : 8° 7 à 8° 8 à 9°

D’après ces résultats, on peut donc dire que pour cette gamme d’interplans verticaux, la valeur de celui-ci est sans importance, bien que le rapport précise que dans le cas de l’interplan minimum, le braquage de 9° de l’aile AV amenait son bord de fuite à s’appliquer sur l’extrados de l’aile AR.

Nos lecteurs admettront volontiers que nous n’avons pas jugé nécessaire de renouveler cette expérimentation, déjà traitée méthodiquement sur l’avion en vraie grandeur, pilote à bord et moteur en marche.



INFLUENCE DU CALAGE DE L’AILE AR ET INFLUENCE DU BRAQUAGE D’UN VOLET AR

A ce sujet non plus, nous n’avons pas jugé utile de reprendre l’expérimentation méthodique et très complète, faite à Lille, sur maquette au 1/5e de l’avion Mignet H.M. 210 (essais du 8 au 15 février 1937 – rapport L-16). Nous rappelons que l’H.M. 210 comportait un volet au bord de fuite de l’aile AR, se relevant par action du manche en fin de course. Sur la maquette, au fins d’expérimentation, le volet pouvait prendre des braquages positifs et négatifs.

Caractéristiques :

- Surface de l’aile AV : 8,96 m²

- Surface de l’aile AR : 5,88 m²

- Profil : 23012

- Profondeur du profil : 1400 mm

- Profondeur relative du volet AR : 33 %

- Centrages : 48 et 57 %

- Calages de l’aile AR, rapportés à l’aile AV supposée fixe : + 3°05’ + 0°10’ - 2°50’

- Braquage du volet AR : + 5° 0° - 5° -10° - 15° - 20°



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Les figures 10 et 11 illustrent les courbes de stabilité obtenues, qui permettent les constatations suivantes :

1 - L’angle-foyer est toujours situé aux environs de 2° à 2° 1/2, pour les différents calages respectifs des deux ailes.

2 - Il en est de même, sous l’influence du braquage du volet.

3 - En comparant entre eux les moments de tangage, apparaissant sous l’influence d’une variation Alpha du braquage de l’aile AR ou Bêta du volet, nous mesurons la valeur du degré de manœuvrabilité dont on disposera pour le pilotage de la machine.

Il nous a été facile ainsi de contrôler que la manœuvrabilité dont on dispose peut être déduite par le calcul, à partir de l’une quelconque des courbes de stabilité.

C’est une preuve supplémentaire de la continuité qui régit l’évolution des phénomènes entre cette machine et l’avion classique.



INFLUENCE DU SOUFFLE DE L’HÉLICE

Cette influence est très notable. Elle a été constatée au tunnel à Chalais-Meudon, lors des essais de l’appareil H.M. 19, biplace côte à côte, 45 CV Salmson, pilote à bord et moteur en marche. Le premier alinéa des conclusions du rapport d’essais, que nous reproduisons au paragraphe suivant, en fait foi.

Au cours de nos propres essais, sur H.M. 14 reconstitué, en 1947-48, nous avons remarqué l’importance et communiqué le résultat de nos observations dans " Les Ailes " N° 1.158, 1.159 et 1.160.

Cependant, si Chalais-Meudon fait bien état de l’influence notable du souffle de l’hélice, ce n’est pas vis-à-vis de la stabilité mais de la sustentation et il faut bien reconnaître qu’aucune investigation méthodique et complète n’a encore été menée à ce sujet, non seulement en ce qui concerne les appareils de la formule Mignet, mais aussi les avions classiques. Dans cette seconde catégorie, en effet, on observe parfois qu’un prototype réussi, moteur en marche, s’enfonce brutalement dès que l’on réduit les gaz un peu brutalement.



EN MANIÈRE DE CONCLUSION PARTIELLE


Nous venons de passer en revue les différentes variables dont l’influence conditionne la stabilité longitudinale des appareils du type Mignet : centrage, surface de l’aile AR, interaction du fuselage, interplan vertical, calage de l’aile AR, braquage d’un volet d’aile AR, souffle de l’hélice.

Nous ne saurions mieux terminer ce paragraphe de notre étude qu’en reproduisant in-extenso les conclusions des rapports d’essais de Chalais-Meudon et de Lille, concernant respectivement les avions H.M. 19 et H.M. 210.

Le lecteur sera ainsi bien convaincu qu’il ne subsiste aucune inconnue dans le comportement des machines Mignet, en égard à la valeur incontestée des ingénieurs et techniciens qui en ont étudié le fonctionnement aérodynamique.



A) SOUFFLERIE DE CHALAIS-MEUDON. ESSAIS DE L’H.M. 19, EN VRAIE GRANDEUR. CONCLUSIONS.

1 - Sur cet appareil, le souffle de l’hélice augmente notablement la portance et particulièrement la portance maximum. Cette propriété est constatée pour tous les régimes du moteur.

2 - Aux centres Cy1 = 48,2 % et Cy2 = 52,5 % considérés :

a - l’appareil est instable, avec et sans hélice en fonctionnement, manche bloqué, pour des incidences inférieures à 4° ;

b - l’appareil étant instable, s’engage en piqué et passe sur le dos.

En ramenant le manche à fond en arrière, il est toujours possible de lui faire reprendre un angle de vol normal. La manœuvrabilité de l’avion est donc suffisante.

D’autre part, on a constaté qu’en surveillant la ligne de vol, on peut toujours empêcher les engagements en piqué.

3 - L’avion est stable, manche libre, dans certaines conditions.

Signé : A. Guérin, P. Rebuffet



B) Soufflerie de Lille. Essais sur maquette aU 1/5e de l’H.M. 210, biplace côte à côte de 70 CV. Centrages 48 et 57 %. Conclusions :

Ces essais ont d’abord montré que, pour le nouvel appareil comme pour le précédent, la portance croît jusqu’à de très grands angles d’incidence, ce qui contribue à l’amortissement du roulis, même à ces très grands angles.

Du point de vue de la stabilité longitudinale, le centrage avant, le plus stable, permet de voler à faible incidence, donc à grande vitesse, mais donne des Cz maximum peu élevés, tels que le décollage peut être difficile. Au contraire, le centrage arrière permet le vol aux grandes incidences. De ce point de vue, la formule apporte peu de changements.

Par contre, du point de vue de la sécurité aux petites incidences, les résultats obtenus sont nouveaux et très importants :

d’une part, pour un braquage suffisant de l’aileron (le volet AR), supposé bloqué, l’appareil ne peut se mettre sur le dos ;

d’autre part, si dans le vol avec un braquage suffisant de l’aileron, l’appareil est engagé et est passé sur le dos, il peut être redressé par une manœuvre convenable de l’aileron.

La confiance que l’on accorde aux essais en soufflerie s’est trouvée ici justifiée une fois de plus ; plusieurs des mesures faites en soufflerie ont été contrôlées par des essais en vol ; les résultats ont été concordants.

Signé : Kempet de Ferrie, A. Martinot-Lagarde, P. Quienne



SYNTHÈSE DES DIVERSES COURBES EXPÉRIMENTALES


Après avoir procédé au tunnel à l’analyse des caractéristiques de la machine, en fonction des variations des divers paramètres, pris séparément, il nous reste maintenant à faire la synthèse, par une utilisation simultanée des résultats, du fonctionnement de l’appareil, c’est à dire son réglage, sa réponse dans l’instabilité, à quoi s’ajoutent les actions de pilotage.



PRÉDÉTERMINATION DE CES COURBES PAR LE CALCUL

En ce qui concerne la sustentation, nous avons vu qu’il était très aisé de trouver, uniquement par le calcul et à l’aide de formules très simples, ce que sont les polaires de l’avion complet.

Disons tout de suite qu’au sujet des courbes de stabilité, l’accord est satisfaisant entre calcul et tunnel pour les grands angles d’attaque, la précision n’est plus suffisante pour les petits.

Lorsque les angles sont petits, la sustentation et la traînée de voilure sont faibles, de telle sorte que les petites modifications qui peuvent survenir dans l’écoulement suffisent à modifier les courbes que donne le calcul pur. L’allure générale en S de cette courbe subsiste bien cependant : nous l’avons vérifié avec la maquette à fuselage-planche.

Quoiqu’il en soit, l’évolution très progressive de ces courbes, sous l’effet de la modification d’une seule variable, permet de passer par le calcul et avec une bonne précision, d’une position de voilure ou de centrage à une autre, si l’on a au moins une courbe de stabilité au tunnel.

Pour le cas de la modification de centrage, qui est le plus complexe, le processus est le suivant :

L’angle-foyer étant pris pour origine, les variations des moments de tangage, résultant de la modification du centrage, seront comptés pour des écarts angulaires, ayant pour zéro la valeur de cet angle. Quand on ne possède qu’une seule courbe, on situera l’angle-foyer avec une grande approximation à la valeur de l’angle qui donne Cz = 0 pour le profil considéré (cela est également vrai pour l’avion classique).

Nous avons fait application de cette méthode pour passer de la courbe obtenue au tunnel avec centrage de 49,3 % (fig. 8c), à celle du centrage de 58,6 %, prise comme inconnue.

Pour des angles réels de i : - 16°, - 10°, - 6°, + 2°, + 6°, + 10°, + 15°

la figure 8c donne le résultat du calcul des moments pour les points correspondants.

Les deux courbes (celle obtenue par le précédent calcul et celle, au même centrage de 58,6 %, obtenue au tunnel), étant presque superposables, le lecteur appréciera la valeur de cette méthode d’extrapolation.

Ainsi ont été calculées et tracées les courbes correspondant au centrage de 40 %, pour les trois interplans horizontaux de 500, 300 et 100 mm, de façon que le lecteur puisse également mieux apprécier l’évolution de la stabilité, sous l’influence de la variation de l’interplan horizontal et du centrage.

Remarquons que tout cela reste darwinien. Il n’y a pas de " saut ".



RELATION ENTRE CENTRAGE ET INTERPLAN HORIZONTAL

Nous avons noté précédemment que le recul de l’aile AR, c’est à dire l’augmentation de l’interplan horizontal, améliorait la stabilité.

Cependant, ce recul diminue la charge portée par l’aile AR, ce qui peut diminuer aussi le rendement aérodynamique de l’ensemble du point de vue sustentation.

En effet, dans le cas d’un petit interplan c (fig. 12), nous avons :   F1 = P b / (a + b) et F2 = P a (a + b)

et, dans le cas d’un grand interplan C :  F’1 = P B / (a + B) et F’2 = P a / (a + B)

On a donc :  F’2 < F2 et F’1 < F1

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Étant donné que cette différence dans les répartitions de charge peut modifier les caractéristiques de la polaire d’utilisation, nous avons recherché comment varie la sustentation si, en même temps que l’on modifie l’interplan horizontal, on fait varier le centrage pour conserver la même répartition de charge, c’est à dire les mêmes qualités aérodynamiques de sustentation.

En partant des courbes relatives à chaque interplan, pour lesquelles la répartition de la charge est différente, nous avons établi par le calcul celles pour lesquelles cette répartition serait identique, à savoir : 76 % pour l’aile AV et 24 % pour l’aile AR.

Les courbes obtenues de cette manière (fig. 13 ci-dessous) montrent que, pour des dimensions respectives des ailes AV et AR données, la stabilité reste inchangée lorsque varie l’interplan, à condition que l’on prenne soin de modifier le centrage, pour que soit conservée la même répartition de charge.

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Cet important résultat explique pourquoi les centrages donnés par Mignet ont semblé si différents entre eux. En fait, reprenant l’expérimentation en vol, pour chaque nouvel entreplan, Mignet, pour fixer son centrage, retombait sur la même courbe de stabilité qu’il " sentait " au manche et, aussi, sur la même répartition de charge, donnant des qualités de polaire en vol analogues.

On a fait, de ces réglages divers, un mystère ou bien on a taxé Mignet de fantaisiste. Mais aujourd’hui, c’est Darwin – dont il fut et reste sans doute le disciple – qui justifie ces apparentes contradictions et nous dit : " Non, Mignet avait raison dans tous les cas ! "



INFLUENCE DE L’INTERPLAN HORIZONTAL SUR LA MANŒUVRABILITÉ


Nous venons de voir que, pour un rapport donné des surfaces AV et AR, les centrages correspondant à une même répartition de charge, aboutissent, pour des interplans même très différents, à une même courbe de stabilité.

Cependant – et cela est facilement compréhensible – le grand entreplan éloigne du centre de gravité le centre de poussée de l’aile AR, comme aussi d’ailleurs celui de l’aile AV, de telle sorte que, dans l’action du pilotage, les variations angulaires des voilures qui en résultent seront d’une efficacité accrue.

A ce sujet, nous avons fait souffler notre maquette, munie d’un volet AR, à l’entreplan maximum de 500 mm (fig. 11 bis).

Par comparaison avec les mêmes courbes, faites à Lille sur maquette avec entreplan de 100 mm, nous avons obtenu confirmation de ce qui est énoncé ci-dessus et vérifié également que tout ceci peut être prédéterminé avec une grande exactitude, à l’aide des calculs classiques.

Nous dirons donc, pour résumer les deux paragraphes précédents, que pour un même ensemble de voilures, les centrages qui donnent la même répartition de charge pour des interplans différents, conduisent à des courbes de stabilité identiques. Néanmoins, un grand entreplan donnera une manœuvrabilité plus grande ; les déplacement nécessaires de gouverne (aile AV, aile AR ou volet d’aile AR), seront moins importants, ce qui constitue une meilleure défense contre le risque de passage sur le dos. Enfin, l’influence de l’interplan horizontal sur la manœuvrabilité peut être calculée en appliquant les formules classiques.

J. MOTTEZ



AVIASPORT N° 32 (pp. 29 à 41)

CHAPITRE II
(suite)


ABAQUE DU PILOTAGE ET DE LA STABILITÉ

Nous reprenons ici la courbe de la figure 7 (cf. Aviasport n° 31 page 13), centrage de notre maquette à 58,6 %, interplan horizontal de 500 mm :

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Compte tenu des résultats d’essai de Lille, qui permettent d’envisager la détermination par le calcul de l’effet du braquage de la voilure AR et non de la voilure AV, pour que l’angle d’attaque conserve la même signification que pour l’avion classique – nous donnons (figure 14) l’abaque de stabilité et de pilotage qui en résulte.

Les points tels que A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, sont les points d’équilibre du vol, pour les divers braquages de l’aile AR. Ce sont ces points qui nous ont permis, au premier chapitre, de trouver sur les polaires calculées, les valeurs de Cz et de Cx, correspondant aux divers braquages de l’aile AR et de tracer ainsi la polaire d’utilisation, ou polaire en vol, de la figure 5.

En retour, ce sont les Cz correspondant à ces angles A, B, C, etc. sur la polaire d’utilisation, qui nous ont permis de dresser le tableau de fonctionnement de l’appareil (fig. 15).


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Disons tout de suite que cet abaque n’a pas été établi pour représenter ce que nous pourrions penser être le fin du fin en matière de réglage de ces appareils, mais simplement pour avoir un exemple de l’ensemble des résultats, bons ou mauvais, donnés par cette formule d’avion, afin de les mieux présenter au lecteur. A notre avis, cependant, la stabilité gagnerait à ce que le centrage soit un peu plus avancé, pour rapprocher de l = 0 le point B de l’instabilité (fig. 7), comme cela apparaît sur la figure 8c, quand on passe du centrage de 58,6 % à celui de 49,3 %.



PILOTAGE

C’est l’opération qui permet de voler à divers angles d’attaque, par la manœuvre adéquate de la gouverne de profondeur.

Si donc, étant au point C (fig. 14), où l’avion est stable, aile AR à 4°18, vitesse de 133 km/h, le pilote désire voler plus lentement, il tire sur le manche jusqu’à amener la voilure AR à la position de + 3°, soit Delta-alpha = 3° - 4°18 = - 1°18, comme s’il s’agissait d’un volet d’empennage que l’on relève en tirant. Il apparaît un couple cabreur CC1, qui amène l’appareil à l’angle d’équilibre de 12°8, au point F.

Si le pilote continue à tirer sur son manche, la voilure AR passe successivement par les positions 2°, 1°, 0° et, à ce moment, le manche est supposé à fond en arrière.

L’avion qui est passé dans le même temps par les angles i de 15°5 et de 16°8, se stabilise alors au point I, à 17°8.

Le manche, disons-nous, est à fond en arrière et l’appareil n’a pas décroché. Et il ne décrochera pas, non seulement parce que le manche ne peut pas aller plus loin et que l’avion n’atteindra pas l’angle du Cz maximum sur la polaire d’utilisation, qui est de 19°2, mais aussi – et c’est là, à notre avis, le secret de la sécurité de l’avion Mignet – parce que, d’une part la polaire, au lieu d’accuser un net décrochage après le Cz maximum, ne s’infléchit que très doucement après l’avoir dépassé et que, d’autre part, en I, la pente de la courbe de stabilité est considérable. C’est, en effet, cette pente qui mesure le coefficient de stabilité, autrement dit le rappel en tangage Cmi.

On a ici Cmi = 0,035, c’est à dire environ trois fois plus que pour un avion de tourisme classique.

De la sorte, si l’angle I est dépassé, soit que le pilote ait amené un peu vite le manche en arrière et qu’il attende, soit qu’ayant donné du pied pour virer, l’avion commence à déraper et s’enfonce, avant de prendre l’inclinaison voulue sous l’influence de son Clj, soit encore que l’avion s’enfonce, parce que la pesanteur apparente augmente dans le virage correct qui s’ensuit, soit enfin que pour quelque autre raison, il y ait dépassement de l’angle maximum possible I, l’appareil est immédiatement et très énergiquement ramené à l’angle primitif = 17°8.

C’est donc, répétons le, principalement à la valeur très considérable du coefficient de stabilité Cmi que cet avion doit de n’avoir jamais décroché, même au cabré maximum et en virage dérapé.

Mais que se passe-t-il aux petits angles, à l’autre bout de l’abaque de stabilité ?

Repartant du point C, poussant très peu sur le manche, le pilote donne de l’incidence positive à l’aile AR, d’où moment de tangage piqueur. L’angle d’attaque décroît et l’appareil peut venir s’établir au point B, qui est la limite de l’autostabilité. Si le manche est poussé davantage, l’avion s’engage dans la zone d’instabilité, située à gauche de B, sur la figure 14. Il passe par des angles d’attaque de plus en plus petits, tandis que la vitesse augmente. Si le pilote désire arrêter cet engagement, alors qu’il est en A, par exemple, il devra tirer sur le manche, mais plus en arrière que ce qui est nécessaire pour voler en B, ce qui est d’ailleurs instinctif. Arrêté en A, l’appareil est instable et le pilote doit continuellement le rappeler, dans un sens ou dans l’autre, par action sur le manche, sans qu’il y ait cependant, en aucun cas, inversion de commande.

Le pilote reste donc celui d’un avion classique, instable aux petits angles, certes, mais avec des gouvernes agissant toujours dans le bon sens.

Si enfin le pilote se laisse, volontairement ou non, déborder par cette instabilité, il se retrouvera en position aérodynamique stable de vol sur le dos, en un point tel que K. A ce moment, l’angle d’attaque est négatif : - 20°. Notons qu’il en résulte une traînée " du tonnerre " (voir fig. 2, cf. " Aviasport " n° 30 page 37), ce qui l’empêchera, même en piqué, de prendre une vitesse excessive et de casser en l’air.

Pour que cet angle d’attaque, très négatif, redevienne positif, il faut tirer suffisamment sur le manche pour que, tout entière, la courbe de stabilité, correspondant au cabrage d’aile AR, soit en dessous de l’axe des i, autrement dit que le couple de tangage, qui est KK1, à l’origine de l’action sur le manche, reste cabreur, jusqu’au moment où l’avion retrouvant l’angle d’attaque i = 17°8, se stabilisera à nouveau sur cette position normale de vol. C’est ce qui a été précisé par les conclusions des rapports de soufflerie, rappelées plus haut.

Précisons cependant encore que, contrairement au décrochage classique qui peut se manifester en l’espace d’une fraction de seconde, l’engagement de l’appareil sera, au début, toujours assez progressif, pour que le pilote le perçoive. De plus, même s’il se trouve stabilisé à un angle d’attaque très négatif, l’avion ne se trouvera pas, pour autant, sur le dos par rapport au sol, mais, pendant plusieurs secondes encore, dans une position suffisamment correcte, par rapport à celui-ci, pour que le pilote, retenu par ses bretelles comme au cours d’un looping inversé, ait le temps de comprendre et d’agir en connaissance de cause.

Le lecteur aura remarqué que, dans cette étude, nous avons substitué à la notion classique de courbe de stabilité, celle d’abaque de stabilité et de pilotage qui, avec la polaire en vol, permet, seule, une appréciation juste et complète de la sécurité de conduite des avions.

Que l’on compare ce courbes avec celles de l’un quelconque de nos avions de tourisme actuels et on comprendra que l’avion Mignet est bien l’avion de la plus grande sécurité qui ait été produit jusqu’ici.



COURBE DE DÉPLACEMENT DU MANCHE


Parmi les très bons articles qu’il a écrits sur la mise au point de l’avion d’amateur, M. Bonneau, dans le n° 8 d’" Aviasport ", nous présente la courbe des positions du manche en fonction de l’angle d’attaque. Cette courbe doit être constamment ascendante de la gauche vers la droite, ou descendante, suivant les références adoptées, pour que l’avion puisse être considéré comme stable.

A l’aide de l’abaque des courbes de la figure 14, nous pouvons tracer une courbe analogue, en représentant la position du manche par celle, qui lui est liée, de la valeur du braquage de l’aile AR.

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Cette courbe (figure 16), montre que :

1 - L’instabilité de l’avion, en B de la figure 14, est accusée par les déplacements du manche, comme le signale Pierre Bonneau. Du point de vue de l’appréciation de la stabilité par la courbe des déplacements du manche, l’avion Mignet est, une fois de plus, semblable aux avions classiques.

2 - La courbure BCDEFGHI n’a qu’une faible pente aux petits angles d’attaque, c’est à dire aux grandes vitesses.

Cela veut dire que, dans ce cas, le pilotage sera fin, l’avion étant très sensible au manche. Au contraire, aux grands angles, vitesse faible, la réponse sera plus molle ; dans cette partie de la polaire, elle sera sensiblement, comme pour l’avion classique, de 1° d’angle d’attaque pour 1° de gouverne.

Mais rappelons encore qu’en I, l’autostabilité de forme de l’appareil est alors le double ou le triple de ce qu’elle est pour l’avion classique, raison parmi d’autres de la sauvegarde qu’il présente contre le décrochage.



PILOTAGE PAR VOLET AR


N’est autre que le pilotage classique.

A partir des courbes de la figure 11 (cf. " Aviasport " n° 31 page 21), servant de base, il serait possible de tracer par le calcul un abaque de fonctionnement de l’avion, qui serait tout à fait analogue à celui de la figure 11. Nous y retrouverions un même point de limite de stabilité, l’angle maximum pour manche à fond en arrière, la même valeur du coefficient Cmi du moment de rappel, le passage au vol aérodynamique inversé, la possibilité de ramener l’appareil à des angles normaux, etc.

Inutile donc de nous étendre davantage sur ce point, qui ne nous apprendrait rien de nouveau sur la machine. Le pilotage par volet AR est dans les normes de l’avion classique ; il est aussi dans celles de l’aéronef Mignet.



PILOTAGE PAR L’AILE AV

Inconvénient :

Il est assez relatif, étant seulement le résultat d’une impression visuelle. Il est cependant nécessaire d’en parler, du fait qu’il a donné naissance à des interprétations erronées.

Nous avons vu que la seule chose qui compte dans le fonctionnement aérodynamique de cette machine, comme de tous les avions, est la position respective, en valeur d’incidence, d’une aile par rapport à l’autre. Peu importe donc que l’on pilote par l’aile AV ou l’aile AR. C’est l’angle d’attaque de l’aile AV qui constitue la référence à laquelle se rapporte toute l’aérodynamique de la cellule. Cette aile AV porte d’ailleurs, en général, les trois quarts au moins du poids total et c’est la raison pour laquelle, la prenant pour référence, nous avons piloté par l’aile AR.

Dans l’avion classique, le pilote est en mesure d’évaluer, quand il le peut, les modifications de l’angle d’attaque de l’aile AV, solidaire du fuselage, puisque l’équilibre du vol se traduit par des changements d’assiette, vis-à-vis d’un repère fixe, comme l’horizon.

Dans l’avion Mignet, c’est l’aile AV que l’on manœuvre. Supposons que, pour rétablir l’équilibre de la machine, perturbé pour une raison quelconque, les courbes de stabilité indiquent qu’il faille cabrer l’aile de + 3°. Pour compenser cette exagération, le fuselage s’inclinera vers l’avant de – 1°, ce qui donnera au pilote l’impression visuelle qu’il a piqué de la différence et lui fera déclarer, à l’atterrissage : " aux basses vitesses, il y a inversion de commande ! " (c’est en effet aux grands angles et aux faibles vitesses que le phénomène s’observe le mieux).

En fait, en tirant sur le manche, il y a toujours augmentation de l’angle d’attaque moyen de la cellule et inversement, diminution en poussant. Jamais il n’y a inversion de commande.

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La figure 17 montre ce que deviennent les courbes de la figure 10 (cf. " Aviasport " n° 31 page 20), obtenues au tunnel de Lille pour le centrage de 57%, lorsqu’on les rapporte, non plus à l’aile AV, devenue mobile, mais à l’aile AR, devenue fixe. Nous y remarquons un chevauchement des courbes – 0°10 et + 2°50, au voisinage des grands angles, alors que rien de semblable n’apparaît sur les courbes de la figure 10, où l’aile AV est prise comme référence. Ce n’est pas autre chose que la manifestation du phénomène visuel, observé par le pilote et qui n’est aucunement l’expression d’une réalité aérodynamique d’inversion de commande. Ce phénomène visuel est analogue, mais inverse, de celui qu’éprouve le jeune pilote lorsque, au décollage et croyant monter plus vite, il tire de plus en plus sur son manche, ayant l’impression visuelle d’un cabrage de plus en plus accentué de son avion, ce qui est bien exact, mais il ne se rend pas compte au contraire que sa trajectoire devient d’autant plus descendante qu’il cabre davantage.

Avantage :

Nous touchons ici au domaine de la dynamique du vol.

Le pilotage par l’aile AV, est donné par H. Mignet comme facilitant la conduite de la machine, à cause de la rapidité de réponse qu’il crée.

Nous avons voulu en avoir le cœur net et avons mis en œuvre les trois fameuses équations de la mécanique du vol en profondeur avec leur développement, par le moyen, devenu classique, du vol opérationnel. Pour la même machine, nous avons appliqué ces méthodes d’investigation dans le cas du pilotage par l’aile AR, puis dans le cas du pilotage par l’aile AV.

Le résultat est indéniable : le pilotage par l’aile AV procure une réponse en courbure de la trajectoire qui est de une demi-seconde environ en avance sur celles que donne le pilotage par l’aile AR. Au bout d’une seconde, les allures des deux trajectoires sont devenues équivalentes, celles obtenues par l’aile AR, décalée en arrière de celle donnée par l’aile AV.

En plein vol, cette avance d’une demi-seconde peut être considérée comme négligeable, mais au voisinage du sol, au décollage comme à l’atterrissage, lorsque l’avion peut être soumis à des réactions inattendues de la part du terrain, ce gain de temps d’une demi-seconde prend un intérêt considérable, car il permet d’éviter un pylône ou un capotage et il harmonise mieux le pilotage avec les réflexes.

Tous ceux qui ont approché les problèmes de l’équilibre dynamique des systèmes, savent combien l’avance de phase, que donne ici le pilotage par l’aile AV, est un avantage inappréciable.



RÉSUMÉ ET CONCLUSIONS DU CHAPITRE II

Par le développement de ce chapitre, plus encore que par celui relatif à la sustentation et à la traînée, nous espérons que le lecteur aura acquis la certitude que cette machine peut être considérée comme une héritière de l’avion classique et qu’elle peut aussi, de ce fait, être étudiée et précalculée de la même manière.

Il y a lieu de retenir particulièrement que :

1 - l’appareil a été analysé au tunnel en vraie grandeur (pour la profondeur tout au moins) et sur maquette, par des ingénieurs au talent indéniable, dont il y a lieu de retenir le jugement, concernant les caractéristiques de sécurité de la machine ;

2 - pour cet appareil, comme pour l’avion classique, il existe un angle, que nous avons appelé " angle-foyer ", pour lequel une modification de centrage est sans influence sur le moment de tangage ; cet angle peut rendre service, en déterminant le zéro dans les interpolations ou extrapolations que l’on peut avoir à faire dans des calculs de prédétermination ;

3 - l’évolution en forme et en position des courbes de stabilité est rigoureusement conforme aux prévisions de l’aérodynamique classique, ce qui peut permettre, à partir d’une seule courbe de stabilité au tunnel, de prédéterminer le comportement de la machine, même fortement évoluée ;

4 - pour un rapport constant des surfaces d’ailes AV et AR, on retrouve très sensiblement les mêmes courbes de stabilité, pour des interplans horizontaux différents, à condition que pour chacun d’eux, la répartition de charge soit la même, entre les deux ailes. A cela, il faut ajouter cependant que le grand interplan, à égalité de répartition de charge, donc à égalité de courbes de stabilité, donne pour les mêmes braquages de gouverne (aile AV, aile AR ou volet) une manoeuvrabilité plus grande, c’est-à-dire une défense plus grande contre le risque de passage sur le dos ;

5 - le pilotage peut s’effectuer indifféremment par un volet arrière, par l’aile arrière tout entière ou, comme l’a fait Mignet, par l’aile avant. Le pilotage par l’aile avant donne incontestablement une rapidité de réponse en courbure désirée de la trajectoire plus grande que le pilotage par l’aile ou le volet arrières. Bien qu’il ne s’agisse que d’une différence de temps de l’ordre de la 1/2 seconde, l’avantage n’est pas négligeable, notamment au décollage et à l’atterrissage. Par contre, le pilotage par l’aile AV peut donner une impression visuelle d’inversion de commande, notamment aux faibles vitesses et aux grands angles. Aucune des nombreuses courbes que nous avons eues entre les mains ne laisse soupçonner ou ne fait apparaître une telle inversion. La réponse en angle d’attaque général de la machine est toujours dans le sens voulu, liée au mouvement classique du manche, en dépit d’une impression visuelle contradictoire. A titre documentaire, signalons que nous avons fait voler nous-mêmes, il y a quelques années, un authentique H.M. 14 reconstitué, dont le pilotage se faisait exclusivement par l’aile arrière. Deux pilotes militaires, expérimentateurs de la machine, n’ont jamais fait que des décollages et des atterrissages impeccables. Impression générale de ces pilotes ; appareil sensible, répondant bien en profondeur, sensation de très grande sécurité en virage et de possibilité de défense en roulis par la direction, que nous avions équipée d’une commande par pédales, pour ne pas modifier les réflexes des pilotes " classiques " ;

6 - le graphique, d'ailleurs classique, que nous avons appelé "abaque de stabilité", joint à la polaire en vol rend parfaitement et complètement compte des conditions de stabilité de vol et de pilotage de la machine, stabilité et réponse au pilotage étant indispensables pour apprécier un avion. La première n’est d’ailleurs pas aussi indispensable que la seconde : pour l’avion classique, en latéral par exemple, les normes officielles acceptent l’instabilité mais ne tolèrent pas une mauvaise réponse au pilotage. Cet abaque est en fait l’expression de ce que rapporterait d’un vol un pilote d’essai, doué de sens particuliers, qui manquent à l’homme et qui permettraient d’apprécier instantanément et sans erreur les fameux angles du vol, à savoir :
- pente de la trajectoire,
- angle d’attaque i,
- angle par rapport au sol, somme des deux premiers.

Ce phœnix n’existant pas, il faut passer par la polaire et l’abaque, dont nous ne saurions trop recommander le tracé aux amateurs :

7 - pour les études et discussions relatives à cette machine, il nous paraît très utile de standardiser les références, quelles qu’elles soient, ce qui permet de profitables comparaisons, notamment avec l’avion classique et nous incite à considérer comme les meilleures les références auxquelles ce dernier nous a habitués.

Ne pas omettre, en outre, de toujours préciser le rapport des surfaces des ailes AV et AR, ainsi que la valeur de l’interplan horizontal.



CONCLUSIONS GÉNÉRALES

Quelques années après la dernière guerre, c’est le S.A.L.S., averti par l’un de ses ingénieurs, M. Georges Briffaud, de l’intérêt que pouvait présenter une mise au point des caractéristiques et du comportement des avions de la formule Mignet, qui nous permit, par autorisation de la D.T.I., de bénéficier de quelques heures du vent de la Soufflerie Eiffel.

Nous avons pu, grâce à cette initiative, compléter les expériences, antérieures à 1939 et vérifier expérimentalement les résultats de nos calculs.

Nous en remercions les organismes précités et souhaitons que cette note, résumé sommaire de nos réflexions sur cet intéressant sujet, ait atteint l’objectif fixé.

Merci aussi à Aviasport, dont la diffusion permettra aux très nombreux adeptes de Mignet de mieux éclairer, sans doute, leur " religion ".

Lorsque, au cours du traditionnel " bonjour-bonjour ", l’avion classique décroche intempestivement et tue son équipage, est-ce le pilote qui est responsable ou celui qui construit et vend la machine ?

Le phénomène meurtrier, qui s’appelle décrochage, doit être combattu, comme Rome combattit Carthage : « Delenda Carthago ! ».

Mignet s’y est accroché avec fougue. Il a réussi et, comme la chance favorise toujours ceux qui savent oser, elle lui a fait, en plus, un joli cadeau : celui de pouvoir se passer d’ailerons, bien qu’avec un dièdre quasiment nul, résultat inattendu sans doute, lors des premiers vols du " Bois des Bouleaux ".

Mais est-ce bien un cadeau de la chance ou plutôt, pour revenir à notre préambule, n’est-ce pas la conséquence du darwinisme intégral qui a régi toute cette œuvre ?

A la suite des multiples évolutions que la nature a fait subir aux espèces, les bonnes ont subsisté et progressé, les mauvaises se sont amenuisées et ont disparu. Mignet, tendu vers le progrès, n’avança que par tentatives rigoureuses, mais successives et sans discontinuité.

Relisons son fameux " bouquin " de 1934. Sa philosophie est spécifiquement darwinienne et, sans nul doute, préside-t-elle encore à ses travaux actuels, en constante évolution, mais qui peuvent se prévaloir d’une réussite formellement acquise.

Pour le pilote de tourisme informé, l’hydre du décrochage est morte !

Pour cela, pour les efforts soutenus par Henri Mignet, pour les risques qu’il a encourus, simplement, sincèrement, nous disons… « Chapeau ! ».

J. MOTTEZ


Origine de l’article : Revue AVIASPORT, fichiers images fournis par Jean-Marie BALLAND
Auteur : Jacques MOTTEZ
Saisie (manuelle et laborieuse) : Bruno CORBEAU (nov. 2001)
Compo,mise en ligne(original) : J.-Pierre LALEVÉE (nov. 2001)
Mise en ligne : Charlie CRAWLEY

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