Facteur de charge

Notion de poids apparent
Mr Jeumont prends l’ascenseur
pour monter au dernier étage de
la tour de Benidorm (Espagne).
On a le profil de vitesse v de la
cabine en phase de montée.
h2
h1
v
0
h0
0
h0
h1
h2
h
De 0 à h0 : la vitesse de la cabine
augmente ; la cabine accélère.
De h0 à h1 : la vitesse de la cabine
est constante.
De h1 à h2 : la vitesse de la cabine
diminue ; la cabine ralentit.
Notion de poids apparent
De 0 à h0 : la cabine accélère.
Mr Jeumont se sent plus lourd
que d’habitude. Il est soumis à
l’accélération de l’ascenseur a
en plus de l’accélération
terrestre g.
v
0
h0
h
h0
0
P
Son poids vaut :
P = mg + ma
P en Newton, m en kg, g et a en m/s²
On parle de poids apparent.
Notion de poids apparent
De h0 à h1 : la vitesse de la
cabine est constante.
Mr Jeumont se sent comme
d’habitude. Il n’est soumis qu’à
l’accélération terrestre g.
h1
v
0
h0
h1
h0
P
0
Son poids vaut :
P = mg
P en Newton, m en kg, g en m/s²
Comme quand il est sur terre !
h
Notion de poids apparent
De h1 à h2 : la cabine ralentit.
Mr Jeumont se sent plus léger
que d’habitude. Il est soumis à
la décélération de l’ascenseur
a’ en plus de l’accélération
terrestre g.
h2
h1
v
P
0
h0
h1
h2
h
h0
0
Son poids vaut :
P = mg – ma’
P en Newton, m en kg, g et a’ en m/s²
On parle encore de poids apparent.
Notion de poids apparent
Dans un manège qui tourne à vitesse
de rotation constante, Mr Jeumont
est soumis à :
son poids dû à l’attraction terrestre,
une force centrifuge due à la rotation
du manège.
Fc
m.g
Notion de poids apparent
Dans un manège qui tourne à vitesse
de rotation constante, Mr Jeumont
est donc soumis à un poids apparent :
Pa = m.g + Fc
Fc
Pa
m.g
Pa
Pour les mêmes raisons, les aéronefs sont soumis à un
poids apparent qui peut être différent de leur poids réel.
Définition du facteur de charge
On appelle n le facteur de charge, il indique le rapport entre la charge totale subie
par la structure de l’avion et son poids réel.
Définition : n = (poids apparent) / (poids réel) ou encore n = portance / poids.
En vol stabilisé horizontal nn==?1
En vol stabilisé montée ou descente nn<<?1
En vol stabilisé horizontal sur le dos n = -1 (la portance est comptée négativement).
Vus les vitesses en jeu, le facteur de charge est plus important en virage et en
changement de direction qu’en accélération ou décélération. Les effets sont donc
plus sensibles en virage et en changement de direction .
Limites
En pratique, la structure
des avions doit supporter
un
poids
apparent
supérieur à son poids réel.
La plupart des avions
légers sont conçus pour
supporter des facteurs de
charge -2 < n < 4.
Ces valeurs sont indiquées
dans le manuel de vol de
l’avion, voir ci-contre
pour le Cessna 172 R.
1g correspond à n=1 donc pour cet appareil –1,52 < n < 3,8
(en catégorie normale volets rentrés).
Conséquences physiologiques
Le pilote et ses passagers supportent le même facteur de charge que l’avion.
n proche de 0 : sensation d’apesanteur,
n négatif : sensation d’être attiré vers le « haut »,
n < 1 : sensation de légèreté (on pèse moins lourd qu’au sol),
n > 1 : sensation de tassement (on pèse plus lourd qu’au sol).
En acrobatie aérienne et pour les avions de chasse, le facteur de charge est aussi
appelé nombre de G (un G correspond à l’accélération terrestre normale donc sur
terre tout corps subit 1G).
Dans le plan vertical
Rz
Fc
Rz
P
Fc
P
Le pilote subit un nombre de G positif.
Le sang se concentre dans les membres
inférieurs du corps et se raréfie dans le
cerveau. Il y a perte de vision, c’est le
VOILE
NOIR,
qui
précède
l’évanouissement vers 5G.
Si le changement de direction est
suffisamment serré, le pilote subit un nombre
de G négatif. Le sang se raréfie dans les
membres inférieurs du corps et se concentre
dans le cerveau. La vision se colore en rose,
c’est le VOILE ROUGE. Vers -5G, la
pression sanguine dans le cerveau est trop
importante et on risque des ruptures de
vaisseaux sanguins (ruptures d’anévrismes,
mort du pilote).
Remarque : sur les schémas, P est le poids, Fc est la force centrifuge et Rz est la portance.
Ne sont pas reportés ni la trainée, ni la poussée.
Combinaison anti-g
Une combinaison anti-g est un
vêtement
spécial
utilisé
principalement par les pilotes de
chasse et les spationautes, destiné à
empêcher l'apparition du voile
noir, constaté dès la Première
Guerre mondiale au cours des
combats aériens. Les puissances et
manœuvrabilités des aéronefs
augmentant rapidement, il devint
vite indispensable de protéger les
pilotes pour leur permettre
d'effectuer
des
manœuvres
aériennes induisant des facteurs de
charge très élevés (en virage aussi
bien qu’en ressource).
Facteur de charge en ressource (ressource = manœuvre de redressement)
Éviter les changements trop brusques
Virage dans le plan horizontal
En virage coordonné dans le plan horizontal :
(n.mg).cos f = mg d’où n  1
cosf
et donc :
le poids apparent augmentant, la portance
doit augmenter,
la vitesse de décrochage augmente suivant
Vs (à nG) = n Vs (à 1G)
Il faut donc adapter l’inclinaison de l’appareil à sa vitesse et vice-versa.
avec Vs la vitesse de décrochage
Interprétation de graphes
f = 60° correspond à n = 2
f = 60° correspond à une vitesse de
décrochage supérieure de 40 % à ce
qu’elle serait en vol en palier stabilisé
Questions BIA
1 - En montée rectiligne uniforme, la portance :
a) est inférieure au poids.
b) est supérieure au poids
c) est égale au poids
d) est égale à la traînée
2 - Dans le cas d’un virage très serré, le facteur de charge d’un avion atteint la valeur
+2,5. Le pilote, dont le poids réel est 800 N (sa masse est proche de 80 kg) :
a) a un poids apparent égal à 320 N
b) ne ressent aucun effet dû au virage
c) a un poids apparent égal à 2000 N.
d) perd forcément connaissance.
3 - On définit le facteur de charge "n" d'un avion comme étant :
a) Poids / Portance
b) Portance / Poids.
c) Portance / Traînée
d) Inverse à la charge alaire
4 - Si un avion décroche à 100 km/h au facteur de charge n=1, alors au facteur de charge
n=2, il décroche à :
a) 100 km/h
b) 141 km/h.
c) 200 km/h
d/ 400 km/h
5 - Lors d’un virage à 60° d’inclinaison à altitude constante, le poids apparent est :
a) égal au poids réel
b) égal à 1,15 fois le poids réel
c) égal au double du poids réel.
d) inférieur au poids réel
Exercice
Un Robin DR400 pesant, avec son chargement, 1000 kg est en vol en palier. En palier, il
décroche à 150 km/h. Il se met en virage et s’incline à 60°.
1/ Quel facteur de charge subit-il ? 2
2/ Quel est son poids apparent ?
2 x 1000 kg x 9,81 m/s² = 19620 N
3/ A quelle vitesse décrochera-t-il en virage ? 150 km/h x 1,41 = 211 km/h
..