Comment vole un planeur

Comment vole un planeur ?
Le phénomène de base à l'origine du vol d'un planeur ou d'un avion se situe
au niveau de l'écoulement de l'air autour de son aile. La forme de la section de
cette aile (que l'on appelle profil) caractérise pour l'essentiel les propriétés de
l'aile.
I- COMMENT NAIT LA PORTANCE D'UNE AILE ?
Lorsqu'une aile est placée dans un flux d'air celui-ci se divise, au niveau de
la partie avant de l'aile (bord d'attaque), en deux parties: l'une s'écoule sur le
dessus de l'aile (l'extrados) et l'autre sur le dessous (l'intrados). Une loi
aérodynamique montre que le flux supérieur et le flux inférieur doivent se
rejoindre à la partie arrière de l'aile (bord de fuite). Le profil de l'aile étant
conçu de telle sorte que l'extrados soit plus courbé que l'intrados, le flux d'air
passant à l'extrados doit s'accélérer pour rejoindre le flux d'air qui est passé
par l'intrados et qui a parcouru un chemin plus court. A partir de la loi de
Bernoulli, on peut montrer que l'augmentation de vitesse à l'extrados se traduit
également par une diminution de la pression de l'air.
En résumé la portance de l'aile est due une aspiration au niveau de
l'extrados qui crée une force dirigée vers le haut. La force appelée résultante
aérodynamique qui s'exerce sur l'aile dépend des propriétés du profil, du carré
de la vitesse de l'écoulement d'air, de l'angle d'incidence du profil par rapport à
l'écoulement et de la surface de l'aile
II- LES FORCES EN PRÉSENCE
En plus de la portance les divers frottements de l'air créent également
sur l'aile une force de résistance à l'avancement appelée traînée qui est parallèle
au flux d'air et dirigée vers l'arrière. La composition de ces deux forces est
égale à la résultante aérodynamique. Par ailleurs comme tout corps matériel l'aile
est soumise à une force de gravité, le poids qui est dirigée vers le bas.
Si la portance est égale au poids, ces deux forces s'annulent, la
sustentation du planeur est donc assurée, mais la force de traînée va avoir
tendance à le freiner et sa vitesse va décroître de manière continue. Alors que
pour un avion, c'est la traction du moteur qui contrebalance la traînée et lui
permet de voler horizontalement et à vitesse constante. Le planeur va utiliser
son poids comme force motrice en adoptant une assiette à piquer.
III- DU VOL PLANE AU VOL A VOILE
Comme vu précédemment, un planeur ne peut voler sur une trajectoire
rectiligne et à vitesse constante que s'il adopte un angle de piqué. En
conséquence un planeur descend continuellement par rapport à la masse d'air
dans laquelle il évolue. Pour monter, il doit donc évoluer dans une masse d'air
elle-même animée d'un mouvement vertical ascendant par rapport au sol. La
vitesse de cette masse d'air doit être supérieure à la vitesse de descente du
planeur. Une bonne image du phénomène serait celle d'un homme qui descendrait
une échelle elle-même placée dans un ascenseur qui monte. Arrivé au bas de
l'échelle, il se trouvera à une altitude supérieure à celle qu'il avait lorsqu'il était
en haut de l'échelle. L'art du vol à voile est d'évoluer dans des zones de
l'atmosphère où les masses d'air montent plus vite que le planeur ne descend.
IV- LA FINESSE
La finesse constitue la caractéristique qui jauge les performances d'un
planeur. Elle mesure le rapport entre la portance et la traînée c'est à dire l'angle
de piqué que doit adopter le planeur pour avoir une trajectoire rectiligne à
vitesse constante. Ainsi on dira qu'un planeur à une finesse de 40 lorsque partant
d'une hauteur de 1 kilomètre, il pourra parcourir 40 kilomètres avant de toucher
le sol. Les récents progrès en aérodynamique et en construction au moyen de
matériaux composites ont permis de concevoir des planeurs dont la finesse
atteint 60.
V- LE PILOTAGE D'UN PLANEUR
Hormis le fait que la principale différence entre un avion et un planeur
est l'absence de moteur qui est remplacé par l'utilisation du poids de la
machine, le pilotage et les commandes de vol sont identiques sur un avion et un
planeur. En fait la seule vraie différence est que dans le cas de l'avion, le pilote
aura à gérer l'utilisation de son moteur et de sa réserve de carburant ; alors que
dans le cas du planeur, le pilote devra gérer la trajectoire de sa machine pour la
conduire dans des zones où il pourra prélever directement dans l'atmosphère
l'énergie nécessaire à son vol
Évoluant dans un espace à trois dimensions, le planeur possède trois de
rotation qui sont les axes de tangage, lacet et roulis. Les commandes de vol,
manche et palonnier, agissent de manière indépendante sur ces trois axes :



Le manche, poussé ou tiré, agit sur la gouverne de profondeur et provoque
une rotation autour de l'axe de tangage et permet de prendre une
assiette "à cabrer" ou "à piquer"; c'est la commande qui règle la vitesse du
planeur
Le manche incliné latéralement agit sur les ailerons placés aux extrémités
de chaque aile et provoque la rotation autour de l'axe de roulis
Le palonnier actionné avec les pieds agit sur la gouverne de direction et
provoque une rotation autour de l'axe de lacet
Tout l'art du pilotage consiste à agir simultanément au moyen du manche
et du palonnier sur les trois axes. Le manche en longitudinal permet de modifier
l'assiette du planeur dans le plan vertical. Lors d’un virage, le pilote doit agir sur
les trois commandes a la fois : il doit faire incliner l’avion sur l’axe de roulis, mais
il doit aussi actionner la dérive a cause du lacet inverse, et aussi actionner la
gouverne de profondeur.