TPE Vol à Voile SOMMAIRE I – La Physique d’un Planeur en Vol A – Le Poids B – La Traînée C – La Portance II – L’Art Du Vol à Voile A – Le Vol Thermique B – Le Vol de Pente C – Le Vol d’Onde III Méthodes de Lancement A – Le Remorquage B – Le Treuillage C – Le Décollage Autonome IV- Expérience Le vol à voile est une activité de loisirs et de compétition. Ses adeptes, les vélivoles, utilisent un aérodyne appelé planeur, un aéronef sans moteur. L’objectif du pilote et de se déplacer en puisant son énergie dans les courants aériens. Il existe enfin une pratique acrobatique appelée acrobatie aérienne en planeur. I – Physique d’un planeur en vol Lorsque le planeur est en phase de vol plané, quatre forces s’équilibrent. En effet, d’une part les forces perpendiculaires à la trajectoire ( la portance et la force Pz ) s’annulent, d’autre part les forces parallèles à la trajectoire ( la traînée et la force Px ) s’opposent. La résultante de la portance et de la traînée s’appelle la Résultante aérodynamique. La résultante de Px et Pz s’appelle le poids. A – Le Poids Le poids est la force exercée par la Terre sur tous les corps qui se trouvent près d’elle. Cette force entraîne un phénomène de pesanteur qui fait que tous les corps tombent ou sont attirés vers le centre de la Terre. Celui-ci s’exerce toujours selon une ligne qui va du centre de l’avion au centre de la Terre. Lorsqu’un avion manœuvre, il subit des variations de son facteur de charge ( le rapport entre la résultante aérodynamique et le poids ), qui modifient la charge supportée par les ailes. Par exemple, lors d’un virage à 60°, le planeur est soumis à un facteur de charge égal à 2. Si ce planeur pèse 600 kg quand il est à l’arrêt au sol, son poids effectif passe à 1800 kg au cours d’un tel virage. Pour conserver l’équilibre entre portance et poids pendant les manœuvres, le planeur doit agir sur l’angle d’incidence. Par exemple, lors d’un virage à forte inclinaison, il doit augmenter l’angle d’incidence ( relever le nez du planeur ) pour augmenter la portance et ainsi contre l’augmentation du poids. B – La Traînée Tout corps en mouvement subit une résistance à l’air, plus il est volumineux ou plus il va vite, plus grande est cette force qui s’oppose à ce mouvement. La traînée de frottement ou parasite, causée par le frottement de l’air sur toute la structure du planeur : train d’atterrissage, antennes, etc. Elle augmente du carré de la vitesse de l’avion. Si la vitesse double, la traînée parasite quadruple. C - La Portance La plus grande partie de la portance est produite par les ailes. La portance dépend de la vitesse relative qui est soit le déplacement de l’aile dans un volume d’air au repos soit la vitesse de l’air arrivant sur l’aile, et de l’angle d’incidence auquel l’air rencontre l’aile. En général plus la vitesse du planeur augmente ou plus l’angle d’incidence augmente, plus la portance créée par les ailes est importante. La portance constitue le phénomène essentiel qui fait tenir l’avion en l’air. II – L’art du vol à voile L’objectif d’un pilote de planeur et de passer dans des masses d’air dont les vitesses d’ascension sont plus élevée que pour sont plus élevées que la vitesse de chute propre du planeur pour gagner de l’altitude. Les principales masses d’air ascendantes sont les suivantes : - Les thermiques, qui sont le résultat des différences de températures de l’air. Les ascendances dynamiques, dues à l'effet de pente lorsque le vent - rencontre un relief et passe par-dessus. Le gain d'altitude dépasse rarement 700 m au-dessus du sommet des reliefs. Les ascendances du vol d'onde dépendant des reliefs et de la météo et qui permettent des gains d'altitude très importants autorisant ainsi les records d'altitude à plus de 13 000 m. A – Le Vol Thermique En vol de thermique, le pilote recherche des colonnes d'air ascendantes qui résultent de l'échauffement du sol par le Soleil. L'air en contacte avec le sol est alors ce qui entraine une diminution de sa masse volumique. L’air devient donc plus léger et s’élève. Les ascendances thermiques se trouvent souvent dans les zones de contrastes : les champs moissonnés récemment, des parkings de supermarché, les routes et autoroutes, lisères de forêt, les carrières sèches, les villages au milieu des champs. Comme le vol de thermique nécessite une colonne d'air chaud, il n’est possible de les exploiter que du printemps à la fin de l’été pour tous les climats similaire à celui de la France. Il y a peu de thermiques en hiver à cause du faible ensoleillement. Cependant, dans les Alpes du Sud, il est possible de trouver des thermiques toute l'année. Cumulus Le vélivole localise principalement les ascendances grâce à la présence de cumulus qui se différencient par leurs formes cotonneuses et leurs bases plates. Ces nuages sont le sommet d’ascendances, le pilote se met alors en spirale et essaye de se centrer dans l’ascendance pour trouver à son cœur la vitesse de montée la plus élevée. Schéma d’une ascendance thermique En (1), l'air s'échauffe près du sol. Il s'élève en (2) avant de refroidir (A). L'air entre alors en expansion et redescend (3). B - Vol de Pente En situation de vol de pente, le pilote recherche les masses d'air ascendantes qui résultent d'un mouvement mécanique dû à l'action du vent sur le relief. Le vol de pente fonctionne sous tous les climats et par tous temps mais uniquement en certains lieux et à partir d’une certaine force de vent, 15km/h minimum. Ces reliefs doivent être suffisamment étendus afin d'éviter d'être contournés par le vent. Ces ascendances montent jusqu'à 700 m maximum. Souvent, les pratiquants utilisent les deux principes : le vol de thermique et le vol de pente. En vert, la zone ascendante. Schéma d’une ascendance dynamique C - Vol d’Onde Le vol d'onde est une variante du vol de pente permettant au planeur de monter beaucoup plus haut. Le vent peut parfois provoquer, sous certaines conditions, un ou plusieurs ressauts ( comme l’eau qui fait des vaguelettes quand elle rencontre un obstacle ). Ces ondes peuvent atteindre de grandes altitudes. Le record d'altitude de 14 938m a été réalisé lors d'un vol d'onde. Le record absolu de distance de 3 008 km de Klaus Ohlmann a aussi été réalisé en vol d'onde en Amérique du Sud. Schéma d’une ascendance ondulatoire III – Méthode de lancement Il existe différents types d’envol que nous allons étudier successivement : A – Le Remorquage Le remorquage par avion, actuellement le plus utilisé. Le planeur est relié à un avion par un câble. Celui-ci le tract jusqu’à une altitude donnée. Le pilote du planeur tire alors la poignée de largage qui le sépare du remorqueur. Il poursuit alors son vol en plané. B – Le Treuillage Le treuillage est un moyen qui avait quasiment disparu en France mais qui redevient d’actualité pour des raisons liées à l’économie et à l’environnement. Il consiste à tracter un planeur au bout d’un câble enroulé sur un tambour mû par un moteur de forte puissance. Cet engin appelé treuil est installé à une extrémité de piste et un planeur est accroché à l’autre extrémité du câble. L’enroulement du câble fournit une traction qui permet l’envol et la montée du planeur. Une fois la hauteur maximale atteinte, un peu avant la verticale du treuil, le planeur large le câble et poursuit son vol en plané. C – Le Décollage Autonome Certains planeurs haut de gamme possèdent un système leur permettant de décoller sans assistance, un moteur embarqué et une hélice rétractable pour garantir une parfaite aérodynamique. BIBLIOGRAPHIE Livres : - Service de la Formation Aéronautique et du Contrôle Technique, Manuel du Pilote Vol à Voile. Cépaduès Editions, 2004, 266p. ISBN : 2.85428.495.X. - Thierry du PUY de GOYNE – Yves PLAYS – Patrick LEPOURRY – Jacque BESSE, Initiation à l’Aéronautique, Cépadués Edition, 2002, 176p. ISBN : 2.85428.893.X. Internet : - Josée Roy, Comment ça vole ? Site réalisé pour des élèves du troisième cycle du primaire. Accès : http://station05.qc.ca/css/ecoles/stmarg/6e/avion.htm - Philippe bœuf, Robert in space .Mise à jour le 12 novembre 2006. Adapté à Firefox 1.5 et IE 5 ou 6. Accès : http://perso.orange.fr/philippe.boeuf/robert/physique/vol-avion.htm -