The Level Flight

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Leçon 6
Le but de cette leçon est d’étudier le vol horizontal, tout droit à puissance ou à vitesse constante.
1. Les forces
Il existe quatre forces qui agissent autour d’un avion. La portance qui s’oppose au poids et la
traction qui s’oppose à la traînée.
Avec ces différentes forces en équilibre, l’avion ne monte ou ne descend pas puisque la portance est
égale au poids. Et l’avion n’accélère ou ne ralenti pas puisque la traînée est égale à la traction.
Cependant, il est inhabituel que ces forces soient parfaitement opposées. La moindre perturbation
qui ferait varier la portance ou la traînée pourrait rompre l'équilibre. Un avion construit sur le
modèle ci-dessus serait relativement instable. De plus, le centre de poussée ( point d'application de
la portance ) varie en fonction de l'angle d'attaque et celui-ci coïncide rarement avec le centre de
gravité.
En fonction de la position du centre de gravité par rapport au centre de poussée, le couple
(l'ensemble des forces) portance - poids va produire un moment piqueur ou bien un moment
cabreur. L'équilibre de ce moment cabreur ou piqueur est réalisé grâce à la profondeur. Quand le
couple portance – poids produit un moment cabreur, la résultante aérodynamique de la profondeur
est dirigée vers le haut. Quand le couple portance – poids produit un moment piqueur, la résultante
aérodynamique de la profondeur est dirigée vers le bas.
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Quand le centre de gravité est placé devant le centre de poussée,
le couple portance - poids est piqueur,
la résultante aérodynamique de la profondeur est dirigée vers le bas pour réaliser l'équilibre
La plupart des avions sont construits pour avoir un moment piqueur (pitch down) quand la
puissance diminue. Ceci est réalisé en plaçant l'axe de « traction » sous le cg et en plaçant
éventuellement l'axe de traînée au-dessus du cg. Le couple traction – traînée produit ainsi un
moment cabreur.
Le couple traction – traînée est cabreur, le couple poids – portance est piqueur et la profondeur est déporteuse.
On remarque que si la puissance diminue, le moment piqueur va prédominer et le nez va s’abaisser.
A moins qu’on ne tire sur le stick pour augmenter la force aérodynamique de l’élévateur.
Ce qui explique notamment l'effet « Nose Up » quand on augmente la puissance et inversement
« nose down » quand on la diminue.
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2. La stabilité
La stabilité d’un corps est sa capacité naturelle à revenir à son état initial après avoir subi une
perturbation.
a. la stabilité longitudinale
Si mon avion subi une perturbation qui m’amène à avoir le nez de l’avion qui s’élève, l’angle
d’attaque de mon plan horizontal va augmenter et créé une force aérodynamique moins importante
vers le bas. La queue de l’avion va donc s’élever et le nez s’abaisser.
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b. la stabilité de route et latérale
Si l’avion subit une perturbation autour de son axe de lacet, l’angle d’attaque de la dérive augmente
et crée une force aérodynamique qui va ramener l’avion dans sa position initiale.
Si un avion à aile haute ( type cessna 150 ) s’incline à cause d’une perturbation, il va subir une
glissade vers le côté de l’aile basse. Un vent va frapper le flanc de l’avion et la dérive et ainsi
ramener l’avion horizontal.
Si un avion à aile basse avec un dièdre positif s’incline à cause d’une perturbation, l’avion va glisser
du côté de l’aile basse. L’aile basse va présenter un angle d’attaque plus important que l’aile haute
et donc ramener l’avion horizontal.
En conclusion, on retiendra que la stabilité longitudinale est importante alors que la stabilité de
route et latérale le sont moins.
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c. la position du centre de gravité
Un centre de gravité placé à l’avant de l’avion donne plus de stabilité car le bras de levier ( distance
CG – point d’application d’une force ) est grand. Mais plus la stabilité augmente, plus l’effort à
fournir sur la profondeur est important voire, si le centre de gravité est trop en avant, une incapacité
à lever le nez au décollage.
Un centre de gravité placé à l’arrière diminue l’efficacité de la profondeur; donc la stabilité. Si il est
placé trop en arrière, le moment piqueur portance – poids pourrait être insuffisant et notre avion se
cabrerait jusqu'au décrochage.
3. Angle d’attaque et vitesse
L’angle formé par la corde de l’aile et par la direction du vent relatif s’appelle l’angle d’attaque.
La corde est la droite qui joint le bord d’attaque et le bord de fuite de mon profil.
La portance est le produit de deux facteurs sur lesquels je peux agir en vol: la vitesse et l'angle
d'attaque (= coefficient de portance).
Portance
Vent Relatif
Profil
Corde
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A vitesse constante, plus l'angle d'attaque augmente, plus la portance augmente.
Portance
Vent Relatif
Profil
Corde
Angle d'attaque plus grand
Ou bien à angle d’attaque constant, plus la vitesse augmente, plus la portance augmente également.
Portance
Vent Relatif
Profil
Corde
Vitesse plus élevée
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On peut donc jouer sur deux éléments pour faire varier la portance : La vitesse, en accélérant ou
décélérant grâce à la variation de puissance et l’angle d’attaque, en augmentant ou diminuant ce
dernier à l’aide de l’élévateur.
Pour garder la même portance, et donc voler en palier, j’ai le choix entre une multitude de
combinaison vitesse – angle d’attaque. Ainsi quand ma vitesse augmente, mon angle d’attaque doit
diminuer ( Je pousse dans le stick ) et quand je ralentis, mon angle d’attaque doit augmenter ( Je tire
dans le stick ).
Cependant, pour optimiser les performances d’un avion, il existe une vitesse et une puissance
données par le constructeur en fonction du poids de l’avion qui vont nous permettre d’avoir les
meilleurs résultats en terme, notament, de consommation. Par exemple, pour le cessna 150, on va
voler avec une puissance de 2400 RPM, ce qui nous donne une vitesse de +/- 90 kts et des
performances optimisées.
Cette combinaison vitesse – puissance, c'est le régime de croisière.
4. La courbe traînée – vitesse
On a vu précédemment qu’on pouvait voler en palier à une multitude de vitesses différentes.
Pour que la vitesse soit constante, il faut que la traction soit égale à la traînée. Autrement, on
accélère ou on décélère. Un peu comme en voiture où la traction des roues équilibre les forces de
frottement sur le sol et les forces de pénétration dans l'air.
Ainsi, en étudiant la courbe traînée – vitesse d’un avion, on peut noter plusieurs propriétés.
Second Régime
Premier Régime
Traînée
Traction
disponible
V1
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Vitesse de traînée
minimum
V2
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Vitesse
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On remarque que dans la première partie du graphe, plus la vitesse augmente, plus la traînée
diminue et ce jusqu'à la vitesse de traînée minimum. Ensuite, la trainée augmente pratiquement
linéairement avec la vitesse.
En condition de vol normal, on se trouve toujours dans la partie droite du graphe, la partie du
premier régime.
Pour faire varier la vitesse, il suffit de faire varier la traction de l’hélice c'est-à-dire la puissance du
moteur. Ainsi, en augmentant la puissance, la traction disponible est supérieure à la traînée et
l’avion accélère jusqu’à l’équilibre des deux forces.
Le contraire se produit quand on diminue la puissance.
De plus, on remarque qu’il existe deux vitesses correspondant à une valeur de la traînée. Donc deux
vitesses pour une même puissance. Une stable et une instable.
5. Vitesse de croisière
On a démontré quon avait le choix entre une multitude de combinaison vitesse – angle d’attaque.
Cependant, pour optimiser les performances d’un avion, il existe une vitesse et une puissance
données par le constructeur en fonction du poids de l’avion qui vont nous permettre d’avoir les
meilleurs résultats en terme, par exemple, de consommation. Par exemple, pour le cessna 150, on va
voler avec une puissance de 2400 RPM, ce qui nous donne une vitesse de +/- 90 kts et des
performances optimisées.
6. Les volets
La sortie des volets augmente la portance et la traînée. Ainsi, quand on sort les volets, il faut
pousser dans le stick pour rester à la même altitude. La traînée augmentant, à puissance constante,
la vitesse va se stabiliser à une valeur inférieure à celle qui précédait la sortie.
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