TPE Vol à Voile SOMMAIRE I – La Physique d`un Planeur en Vol A

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
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