Mécanique du vol


NOTIONS D'AÉRODYNAMIQUE
ET DE MÉCANIQUE DU VOL (B. CORBEAU)



 

Le présent article ne prétend en aucun cas être un cours magistral d’aérodynamique, lequel risquerait fort d’avoir un effet soporifique sur ceux d’entre nous qui ont quitté l’école depuis un certain temps, voire même depuis un temps certain et sans l’ombre d’un regret …
Son but est juste de regrouper un certain nombre de notions qui semblent indispensables pour comprendre " pourquoi et comment ça vole ". Le discours se veut accessible à chacun et s’attache à éviter les détails inutiles.
Le dictionnaire nous informe que l’aérodynamique est " la science qui étudie les phénomènes accompagnant tout mouvement entre un corps et l’air qui le baigne ".
Très bien. Considérons par exemple une plaque mince et plane placée dans un courant d’air rapide :

Sur le schéma, la plaque est horizontale : elle n’a pas tendance à monter ni à descendre, mais seulement à reculer. Si cette plaque était en mouvement dans l’air immobile au lieu d’être tenue immobile dans de l’air en mouvement, elle se verrait freinée par une force appelée traînée que l’on note conventionnellement Rx. Cette force est due ici à la viscosité de l’air qui "colle" à la plaque en passant sur et sous elle.
Ici, on a incliné la plaque vers le haut, on lui a donné une incidence Alpha, c’est à dire un angle par rapport à la direction initiale des filets d’air :

On observe alors que les filets d’air sont déviés autour de la plaque, laquelle a tendance à monter et à reculer plus fortement. La traînée a augmenté, et il est apparu une portance Rz, force qui la tire vers le haut. L’ensemble des deux forces, portance et traînée, se combine en une résultante aérodynamique R.

Remarque : les indices " x " et " z " affectés aux forces aérodynamiques proviennent d’un repère défini par convention autour d’un aéronef en vol :

G étant le centre de gravité de l’appareil, on distingue trois axes :
- l’axe Gx, ou axe de roulis ;
- l’axe Gy, ou axe de tangage ;
- l’axe Gz, ou axe de lacet
Quand l’appareil tourne sur l’axe Gx, Gy ou Gz, il prend respectivement du roulis, du tangage, ou du lacet.
Tant qu’on y est, un peu de terminologie illustrée. Si l'on considère une section d’aile, ou profil, on peut y définir quelques termes importants pour la suite :

Mais d’où viennent les efforts de portance et de traînée ?

LA PORTANCE
Le mouvement de l’air autour de l’aile crée, selon les profils et les incidences, une dépression faible ou une surpression sous l’aile, à l’intrados, et surtout une forte dépression au dessus à l’extrados. C’est l’importante différence de pression entre intrados et extrados qui crée la portance.

Mais à quoi est due cette forte dépression dorsale, cette succion énorme qui fait tenir en l’air un avion ?
L’aile avance, et elle est inclinée (incidence) : elle dévie l’air vers le bas, et le débit d’air envoyé vers le bas par le déplacement d’une aile est colossal !
Un avion qui vole envoie violemment vers le bas une grande quantité d’air : le " Jet " ci-dessous laboure carrément les nuages sur son passage !

Photo d’après Scott Eberhardt :
http://www.aa.washington.edu/faculty/eberhardt/lift.htm

L’air violemment dévié vers le bas crée un manque au dessus, sur l’extrados de l’aile, laquelle se trouve ainsi " aspirée " vers le haut.
L’air est un fluide qui possède une certaine viscosité. Cette propriété est souvent négligée par les théoriciens qui travaillent sur des modèles mathématiques certainement fort intéressants et complexes, mais assez éloignés de la réalité.
Cette viscosité lui impose de suivre le profil : la masse d’air " souhaite " rester cohérente et elle suit, jusqu’à une certaine limite d’incidence, les courbes qu’on lui présente. Ainsi les filets d’air sont séparés par l’aile, mais ils se retrouvent après le bord de fuite.
Au passage de l’aile, l’air est donc partagé en deux : au dessus et au dessous.
Il est logique que l’air " du dessous " soit dévié vers le bas, canalisé qu’il est par l’intrados incliné. Mais, du fait de la viscosité de l’air, les filets " du dessus " suivent eux aussi le profil : ils collent à l’extrados, exactement de la même manière qu’un filet d’eau suit le contour circulaire d’une bouteille placée sous un robinet :

L’aile peut finalement être considérée comme un grande " écope " qui capte l’air en amont et le rejette en arrière après l’avoir dévié vers le bas et accéléré :

Figure d’après Scott Eberhardt :
http://www.aa.washington.edu/faculty/eberhardt/lift.htm

Et peut-être que les ailes en tandem du Pou-du-Ciel constituent une écope dont le rendement est sensiblement augmenté. Pourquoi ? Parce que l’aile AR constitue en quelque sorte un deuxième étage de déflexion de l’air, et aussi parce que la dépression dorsale de l’aile arrière que l’on voit sur cette figure d’Henri Mignet  a pour effet
d’accélérer et de " recoller " les filets d’air issus de l’aile avant :

Les tourbillons représentés dans cette figure ne peuvent que difficilement se produire, aspirés et lissés qu’ils sont par la dépression dorsale de l’aile arrière.
Nous avons vu que la portance est due à l’intense déflexion de l’air vers le bas et à la viscosité de l’air. Un autre phénomène contribue à créer la dépression dorsale de l’aile : le principe de Bernouilli, qui dit que de l’air accéléré induit une chute de pression (une dépression). C’est ce qui se passe à l’extrados où les filets d’air sont accélérés car ils essaient de parcourir un chemin plus long (par rapport à l’intrados) dans le même temps. On a souvent présenté le phénomène de Bernouilli comme étant LA cause de la portance : c’est faux, il serait insuffisant, mais il y contribue.

LA TRAÎNÉE
D’où vient la traînée, cet effort qui freine le mouvement de l’avion dans l’air ?
D’abord de la viscosité, encore elle. L’air " colle " aux surfaces et ce frottement produit un freinage important. La vitesse de l’air est nulle sur la " peau " de l’avion, et elle augmente rapidement dès qu’on s’écarte de la surface. La couche d’air proche de la surface du profil, ou l’air est ralenti, porte le nom de couche limite. Si les ailes de votre appareil sont couvertes de fine poussière (honte à vous ! !), ne comptez pas sur votre prochain vol pour la chasser ! Dans la couche limite, il n’y a pas assez de vent !
La forme d’un objet qui se déplace dans l’air a une énorme influence sur la traînée induite. Tout ce qui est lisse et fuselé traîne peu, car l’air peut contourner l’obstacle en souplesse, sans effort. Tout ce qui brutalise l’air et génère des tourbillons est mauvais et augmente la traînée.
L’aile est, hélas, un beau générateur de tourbillon. Pourquoi ?
On a vu plus haut que la pression à l’intrados est beaucoup plus importante qu’à l’extrados. En conséquence l’air n’a qu’une envie : passer de l’intrados à l’extrados, pour combler le vide (la nature a horreur du vide, c’est bien connu). Et à quels endroits l’air peut-il parvenir à ses fins : aux extrémités et naturellement au bord de fuite.
Au niveau des bouts d’ailes, on observe des tourbillons marginaux, qui ont un peu cette forme-ci :

Le passage de l’air du dessous vers le dessus de l’aile crée une déviation des filets d’air, vers l’extérieur d’aile pour l’intrados, et vers l’intérieur pour l’extrados :

Les filets d’air qui se croisent au bord de fuite créent aussi des tourbillons : encore du freinage, de l’énergie perdue !
C’est pour limiter les tourbillons marginaux que les bouts d’aile sont généralement affinés. Ainsi le passage de l’air du bas vers le haut se fait moins brutalement. Certains appareils sont munis de " flettners ", sortes de plans verticaux qui diminuent les pertes marginales, et simulent ainsi une aile plus longue (car sur une aile de grand allongement les pertes marginales ont une influence relative moindre).
Les tourbillons marginaux, non contents d’augmenter la traînée, font en plus chuter la portance ! !
Voici comment : il se crée un " tube de courant ", c’est à dire une circulation d’air qui remonte de l’intrados vers l’extrados et qui redescend vers l’aile. Cet air descendant est animé d’une " vitesse induite " qui est maximale en bout d’aile et qui diminue à mesure que l’on se rapproche du centre de l’aile.
Cette vitesse induite Vi a pour effet de réduire l’incidence effective de l’aile vers les extrémités des ailes, ce qui réduit dramatiquement la portance !

Cela donne finalement une répartition de la portance sur l’envergure en forme de demi-ellipse : l’appareil porte beaucoup au centre, et de moins en moins à mesure que l’on s’approche des bouts d’ailes.

On est ici bien loin du concept " d’aile d’envergure infinie " cher aux théories aérodynamiques, où la portance est constante sur toute l’envergure.


ÉQUILIBRE EN VOL HORIZONTAL
La traction de l’hélice s’oppose à la traînée, de la même manière que la portance s’oppose au poids de l’appareil. En vol horizontal, on a donc la situation d’équilibre suivante :

On peut noter que la portance est donnée seulement par l’aile, mais qu’en revanche la traînée est induite par l’aile elle-même (un peu) et par tout le reste (beaucoup plus !) !

D’où l’intérêt, dans le dessin et la construction d’un aéronef, de limiter autant que possible l’importance relative de tout ce qui ne porte pas. Faire des ailes très longues et un fuselage très mince et lisse augmente l’importance de la portance vis-à-vis de la traînée. Mais, comme le rappelait Henri Mignet au sujet du HM14, il ne faut pas que cela se fasse au détriment des aspects pratiques d’un appareil, surtout de construction amateur : l’accessibilité et la visibilité ne doivent pas être sacrifiés sur l’autel du rendement aérodynamique !
On arrive ici à la notion de finesse : c’est le rapport portance/traînée (ou Rz/Rx). C’est aussi la distance horizontale maximum que peut parcourir un avion lâché depuis une altitude donnée, divisée par cette même altitude : si votre appareil peut franchir une distance de 8000 m quand vous calez l’hélice à 1000 m d’altitude par temps calme, alors il possède une finesse de 8000 / 1000 = 8. Et cela signifie que la portance de cet aéronef est 8 fois supérieure à sa traînée.

COEFFICIENTS AÉRODYNAMIQUES
Que valent portance et traînée ? Allez, courage, quelques formules, juste pour fixer les ordres de grandeurs.

La portance est de la forme : Rz = ½ .rho.V².S.Cz

formule dans laquelle :
rho est la masse volumique de l’air = 1,2 kg/m3 (variable avec l’altitude)
V est la vitesse de l’avion en m/s
S est la surface de l’aile en m²
Cz est le coefficient aérodynamique de portance, dont la valeur varie en fonction de l’incidence. Pour chaque profil répertorié, on trouve les valeurs de Cz à toutes les incidences de vol. Ces valeurs sont regroupées dans des tableaux ou des courbes. La courbe “Cz en fonction de Cx” s'appelle une polaire.

De la même manière on a pour la traînée : Rx = ½ .rho.V².S.Cx

et Cx, le coefficient aérodynamique de traînée est disponible de la même manière, sur les courbes spécifiques à chaque profil.
On remarque que le seul terme qui différencie la portance de la traînée est le coefficient aérodynamique (Cx ou Cz). Donc la finesse Rz/Rx est égale à Cz/Cx.
Exemple chiffré :
Un avion possède une aile de 12 m². Il vole à 30 m/s (soit 108 km/h).

La polaire de son profil d’aile à l’incidence de vol considérée nous donne :
Cx=0,01 et Cz=0,3. La finesse de l’aile seule est de 0,3 / 0,01 = 30.

L’aile porte donc : Rz = 0,5 x 1,2 x 30² x 12 x 0,3 = 1944 N (Newton) soit environ 194 kg.

La traînée de l’aile est Rx = 0,5 x 1,2 x 30² x 12 x 0,01 = 648 N (Newton) soit environ 6,5 kg. La traînée de l’aéronef entier est, bien sûr, très supérieure à celle de l’aile seule.

NOMBRE DE REYNOLDS
Les tableaux de valeurs et polaires d’un profil ont été établis pour une vitesse donnée de l’écoulement d’air. Cette vitesse de l’air, et sa viscosité – paramètre fondamental en aérodynamique - sont caractérisées par le nombre de Reynolds R :

R = (vitesse de l’air x corde du profil ) / (viscosité cinématique de l’air)

Avec une viscosité de 0,0000144 au niveau du sol, une vitesse de 30 m/s, et une corde de profil de 1,3 m, on a un nombre de Reynolds de 2.700.000 (ordre de grandeur).
Les performances aérodynamiques d’une aile – représentées par la polaire - varient en fonction de son allongement (rapport envergure / corde) et du nombre de Reynolds, lequel est lié aussi aux dimensions de l’aile (par la corde, voir formule ci-dessus).

MOMENTS AÉRODYNAMIQUES
Un effort F qui s’exerce au niveau du centre de gravité d’un corps solide quelconque ne fait pas tourner ce corps. Si le point d’application est écarté d’une distance d, l’effort précité produit un effet qui aura tendance à mettre le corps en rotation : on dit qu’il s’applique un moment F x d sur le solide en question.

Pour évoluer dans les trois dimensions, pour se diriger, l’aéronef subit des moments de roulis, de tangage et de lacet qui le mettent en rotation autour des axes définis plus haut et qui passent par son centre de gravité.

On a vu qu’il existe des coefficients aérodynamiques qui s’appliquent aux forces de portance et de traînée. De même il existe des coefficients de moment qui s’appliquent aux moments aérodynamiques.

Les gouvernes d’un aéronef génèrent des moments de roulis (ailerons d’un avion), de tangage (aile avant d’un Pou-du-Ciel, ou plan horizontal arrière d’un avion) ou de lacet (gouvernail).

Les essais en soufflerie permettent de quantifier les forces et les moments appliqués à un profil d’aile ou à un avion complet. Le Pou-du-Ciel possède deux ailes qui travaillent à des incidences différentes ; chaque aile possède sa portance, sa traînée, son moment de tangage propres ; et l’appareil complet subit les efforts résultants de ceux appliqués à chaque aile ainsi qu’au fuselage, à l’empennage, etc..

Le moment aérodynamique le plus intéressant est le moment de tangage (dont le coefficient de moment est noté Cm), car c’est lui qui conditionne l’équilibre longitudinal.

Les problèmes de jeunesse du HM14 furent justement une instabilité longitudinale obtenue, avec le profil particulier de l’époque, à haute vitesse, incidence réduite, et avec des centrages reculés.

Pour un profil donné on détermine en particulier le coefficient de moment à portance nulle (à une certaine incidence, l’aile ne porte plus). Ce coefficient Cm0 est négatif (couple piqueur) pour les profils classiques type NACA 2.30.XX à simple courbure.

Pour le Pou-du-Ciel, les profils les plus intéressants possèdent un squelette à double courbure : la queue de nervure est relevée. Ils sont dits auto-stables, mais on devrait plutôt dire auto-équilibrés. Ils possèdent un moment de tangage positif (couple cabreur) mais très faible aux angles usuels de vol, ce qui est bien utile avec une aile " vivante " : il y a ainsi très peu d’efforts au manche. Nous y reviendrons plus loin.

CENTRE DE POUSSÉE
Le centre de poussée d’un profil d’aile est le point d’application de la portance. Sa position varie (plus ou moins selon le type de profil) en fonction de l’incidence. Les profils NACA 2.30.XX, par exemple, ont un centre de poussée pratiquement fixe à 26 % de la corde pour les incidences usuelles.

Exemples :
Un NACA 2.30.12 (HM290, Croses divers) possède un centre de poussée pratiquement stable à 26 % de la corde aux incidences de vol courantes, mais ce point d’application recule aux petites incidences (hautes vitesses) et la tendance à piquer augmente… Le manche de votre Pou-du-Ciel équipé d’un tel profil va tirer dans la main !

Et l’aile arrière va présenter la même tendance à faire piquer l’appareil. Pas très sain, tout ça ! C’est pourquoi les concepteurs de Pou-du-Ciel qui ont utilisé ce profil (Mignet, Croses, Cosandey) l’ont muni de bords de fuite relevés ou même de volets à l’aile arrière).

Un NACA 2.31.12 (Landray, HM 293 "Grünberg") possède lui aussi un centre de poussée peu mobile aux angles usuels (autour de 22 % de la corde), mais celui-ci avance aux très petites incidences, ce qui a donne une tendance à redresser l’appareil.

Quel que soit le profil adopté, c'est le centrage de l'appareil qui conditionne la stabilité longitudinale. Nous allons y revenir avec la notion de foyer aérodynamique.

FOYER AÉRODYNAMIQUE
Le foyer aérodynamique, qu’il ne faut pas confondre avec le centre de poussée, est le point où le moment longitudinal est constant. C’est aussi le point où s’appliquent les variations de portance (et non la portance elle-même).

CENTRAGE ET STABILITÉ
Centrer un aéronef signifie placer son centre de gravité (CDG) à une certaine distance du foyer.


La règle absolue de stabilité est : le CDG en avant du foyer. Pourquoi ?

Voici une chronologie simplifiée du phénomène de stabilisation longitudinale :
1- l’appareil vole horizontalement et en ligne droite ;
2- une turbulence survient ; elle fait augmenter l’incidence de l’appareil ;
3- l’incidence augmente, donc la portance augmente ;
4- l’augmentation de portance (qu’on appellera DFz, un bien joli nom) s’exerce au niveau du foyer qui est - je le rappelle - en arrière du CDG (car l’avion est bien centré) ;
5- cet effort supplémentaire DFz crée un moment piqueur, qui a tendance à faire diminuer l’incidence ;
6- retour à la situation de départ ;
7- elle est pas belle, la vie ?


Et inversement pour une rafale qui ferait diminuer l’incidence.

Notons au passage qu’il existe des aéronefs conçus pour être naturellement instables : c’est le cas des avions de chasse modernes. Le Dassault Mirage 2000 par exemple a été défini ainsi, ce qui le rend extrêmement manœuvrant. Ces appareils sont dotés d’un système de stabilisation artificielle par commandes de vol électriques dirigées par un calculateur électronique. Sans cela, ils seraient très éprouvants, voire impossibles à piloter !

Et pour centrer un Pou-du-Ciel, me direz-vous ?

Hé bien c’est comme pour un autre avion : CDG en avant du foyer, sauf qu'ici chaque aile ayant son propre foyer, c’est le foyer global de l’appareil qu’il faut considérer.
Le CDG doit se trouver en avant du foyer global de l’appareil, dont la position dépend de la proportion des surfaces AV / AR et de la portance effective sur chaque aile.

Pourquoi " portance effective " ? Parce que les ailes AV et AR n'ont pas la même capacité de charge ; elles ne portent pas autant l’une que l’autre : l’aile AV est plus chargée au m² de surface. C’est dû à la déflexion que produit l’aile AV : celle-ci envoie à l’aile AR de l’air dévié vers le bas, ce qui réduit l’angle d’attaque de l’aile AR, qui de ce fait porte moins.

Vous me direz : " il n’y a qu’à caler l’aile AR avec une incidence supérieure ".

Oui mais non ! Si l'on exagère l’incidence de l’aile arrière, elle pourra sans doute porter plus, d’accord, mais elle " traînera " aussi bien plus !! La résultante aérodynamique (voir plus haut) sera plus inclinée vers l’arrière, et le Pou-du-Ciel sera nettement freiné.

Il y a eu, c’est vrai, des Pou(x)-du-Ciel avec une incidence AR assez élevée : le HM 290 par exemple avait son aile AR calée à 9°. Mais en général les valeur de calage " qui marchent " se situent entre 4° (Landray) et 6° (HM14, 360, 293 Grünberg …) selon les appareils. Fiez vous aux valeurs données par le concepteur du plan, car elles sont le fruit d’une mise au point minutieuse et, de ce fait, s’adaptent à tous les cas de vol de l’appareil. Elles donneront en principe le meilleur rendement aérodynamique.

On peut dire que pour un appareil donné, il n'y a qu'UNE SEULE combinaison optimale entre les différents paramètres : position du CDG / calage aile AR / interinclinaison (angle entre les cordes des deux ailes) des ailes en vol de croisière.

Plusieurs cas peuvent de présenter :
1 - Le CDG est trop avancé : c’est une source de stabilité, mais… l’aile AV est trop chargée. Elle doit voler avec une incidence excessive, ce qui augmente la traînée. Elle produit une déflexion trop importante de l’air sur l’aile AR, qui ne porte presque rien et donc traîne inutilement. Pas bon !
2 - Le CDG est trop reculé : risque d’instabilité si l'on s’approche du foyer ! Le Pou va exagérer ses tendances à cabrer ou à piquer. L’aile AR est trop chargée, elle s’enfonce. L’aile AV, trop peu chargée, vole avec une incidence nulle voire légèrement négative. Pas bon non plus !
3 - le CDG est à SA place : l’appareil est stable, chaque aile porte sa charge optimale, la finesse est maximum ; il fait beau ; les oiseaux brillent et le soleil chante, tout va bien !

Une dernière remarque au sujet de l’inégalité de charge entre aile AV et AR : on sait que, grosso modo, le premier quart de la corde d’une aile porte autant que les trois-quarts arrières. Si on considère que les deux ailes du Pou n’en font qu’une, quoi de plus normal que l’aile AV porte 2 à 3 fois plus que l’aile AR ?

STABILITÉ LATÉRALE
L’appareil doit posséder une certaine stabilité en roulis. Sur un avion, les ailerons permettent de rétablir une assiette horizontale. Mais il est bon que l’appareil possède, indépendamment de toute action du pilote, une stabilité naturelle qui se traduit par la capacité à revenir automatiquement à une position d’équilibre. Cette propriété est produite par le dièdre de l’aile, c’est à dire l’angle que font les ailes avec l’horizontale, et éventuellement par la position haute de l’aile (CDG en dessous de la surface portante).

Le dièdre peut être positif (aile orientée vers le haut), nul (aile horizontale), ou négatif (aile dirigée vers le bas).
Un dièdre positif est source de stabilité en roulis, un dièdre nul est neutre, et un dièdre négatif est instable (avions de chasse, où la maniabilité maximale est recherchée).
Avec un avion à dièdre positif, si une aile s'abaisse, elle s’approche de l’horizontale et sa portance combinée avec le poids de l’appareil crée un couple de redressement supérieur au couple qui est généré par la portance de l’autre aile.
Un avion léger doit avoir un dièdre d’autant plus prononcé (et positif) que son aile est basse.
Pourquoi ? Parce qu’avec une aile haute (ou mieux : deux…) le CDG est sous la (les) surfaces(s) portantes(s) et que l’ensemble se comporte un peu comme un parachute, naturellement stable.
Nous sommes d’ailleurs quelques-uns à penser que le dièdre n’est pas indispensable pour un Pou-du-Ciel, car c’est un appareil dont toute la masse est surmontée de surfaces portantes. De plus le dièdre n’a pas une importance majeure dans la mise en roulis de l’appareil. Mais ceci est une autre histoire …
Bon, notre avion a une portance, une traînée, un centre de poussée, un foyer, un centrage, de la stabilité longitudinale et latérale. Et si on le faisait virer un peu, maintenant ?

VIRAGE - ROULIS
La gouverne de direction est le gouvernail : quand on donne du pied sur un avion ou du manche sur un Pou-du-Ciel, que se passe-t-il ? Comment prendre du roulis ?
Sur un avion classique, surtout en dessous d’une certaine vitesse, il est courant de devoir accompagner le coup de gouvernail d’une action sur les ailerons pour mettre l’appareil en roulis (quand la vitesse augmente, l’action du manche sur les ailerons peut suffire).

Cependant l’action sur le gouvernail peut s’accompagner de roulis induit :
1 - l’appareil amorce un changement de direction à plat ;
2 - l’aile extérieure au virage voit sa vitesse augmenter, donc sa portance augmente aussi (voir formule de la portance plus haut : elle varie selon le carré de la vitesse) ;
3 - simultanément l’aile intérieure voit sa vitesse diminuer, et donc sa portance diminue ;
4 - l’appareil se met en roulis.

Sur un Pou-du-Ciel c’est bien simple, et aux origines de la formule un des buts d’Henri Mignet était justement de se passer des ailerons, qui constituent une complication pour la construction et pour le pilotage, et qui peuvent provoquer la vrille de l’avion dans les phases de vol à faible vitesse et grande incidence.
La mise en roulis d’un Pou-du-Ciel doit sans doute quelque chose au roulis induit, mais une raison du virage toujours correct d’un appareil de la formule Mignet est ce que Rob Germon définit par " un déplacement du CDG " (" weight shift aircraft "). On peut parler aussi d’effet pendulaire.

Séquence :
1 - coup de manche à droite (par exemple) ;
2 - l’appareil amorce un changement imperceptible de direction à plat ;
3 - création d’une force centrifuge qui s’applique au CDG ;
4 - cette force crée un moment de roulis, d’autant plus important que
l’appareil subit un facteur de charge important (voir explication plus bas).

C’est pourquoi il faut tirer sur le manche si l'on veut serrer un virage.
C’est aussi pourquoi un Pou-du-Ciel qui se trouve en facteur de charge très faible, nul, voire négatif (désagréable !) ne tourne pas bien !!
Sur le Pou-du-Ciel, la mise en roulis est quasi immédiate car, je le répète, il est surmonté sur toute sa longueur de surfaces portantes, ce qui fait que le " basculement " dû à la force centrifuge est particulièrement efficace.
Mais la mise en roulis du Pou est aussi largement causée par les variations de la déflexion de l’air sur l’aile AR. Cet effet puissant a été découvert par M. Mottez, grand expérimentateur d’appareils de formule Mignet.
Voici ce qui se passe : la portance est très forte au centre de l’aile AV, c’est donc une zone qui défléchit très fortement l’air sur l’aile AR. La portance de la partie centrale de l’aile AR est en conséquence fortement diminuée, car la déflexion importante réduit l’incidence effective de l’aile AR.
Lors d’un coup de gouvernail, le Pou tourne un peu par rapport au vent relatif : la zone fortement défléchie se décale latéralement, ce qui a pour effet de diminuer la portance d’un côté de l’aile AR, et de l’augmenter de l’autre côté : voici un puissant moment de roulis supplémentaire ! Au feu, les ailerons !
Un petit dessin valant toujours mieux qu’un long discours :

FACTEUR DE CHARGE
Notion de facteur de charge : on peut le définir par le poids apparent de l’avion divisé par le poids réel. Dans une trajectoire courbe (virage, ressource) l’inertie de l’appareil le fait peser en apparence plus lourd (et le pilote aussi d’ailleurs). S’il pèse deux fois plus lourd, on parle d’un facteur de charge de 2, ou bien on dit qu’on est à 2 " g " (je n’ai
pas dit " à 2 grammes " !), g étant ici l’accélération de la pesanteur terrestre.
On démontre que, dans un virage où l’appareil s’incline d’un angle de X degrés, le facteur de charge subi est égal à 1/cosinus(X)

Exemples :
- à 60° d’inclinaison, cos(60°)=0,5 donc le facteur de charge est de 2 g
- à 80°, le facteur de charge est presque de 6 g : il est temps de se calmer un peu, si vous n’êtes pas encore dans les pommes (et si vos ailes sont encore là…) !
En pratique un Pou-du-Ciel ne dépasse que très rarement les 2 g.

CONCLUSION
Nous sommes partis d’une plaque placée dans un courant d’air, et nous voilà en train d’encaisser des " g " dans l’atmosphère. Cela fait du chemin, l’air de rien …
Mais cette page ne prétend pas - il s’en faut de beaucoup - faire le tour de l’aérodynamique et de la " méca-vol " ; elle pourra être complétée si des lecteurs en expriment le désir.

Bibliographie :
Cours d'aérodynamique et de mécanique du vol : école de l'air - SalonLe sport de l'air : Henri Mignet 1936
Élements de résistance des matériaux : Paul Vallat 1947
Les Ailes de l'Amateur - Maurice Guerpont
Calcul et construction des avions légers - R.-G. Desgrandschamps 1947
Le NACA 23112, le profil oublié : Yves Millien
Conseils de construction du HM290 : Jean de la Farge


Auteur : Bruno CORBEAU (sept. 2001)

Mise en ligne: Thibaut CAMMERMANS et Charlie CRAWLEY
Pour toute question, correctif, mise au point, ajout: contacter l'auteur.


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