Transcript Aérodynamique et Mécanique du vol Présentation réalisée par F. WILLOT Aérodynamique et Mécanique du vol I Les forces aérodynamiques II Contrôle de la trajectoire III Etude des.

Aérodynamique et Mécanique
du vol
Présentation réalisée par F. WILLOT
Aérodynamique et Mécanique
du vol
I Les forces aérodynamiques
II Contrôle de la trajectoire
III Etude des polaires
IV Les principales phases du vol
V Stabilité statique d’un aéronef
Aérodynamique et Mécanique du vol
I Les forces aérodynamiques
1. Les actions de l’air en écoulement
2. Etude de la portance
3. Etude de la traînée
I Les forces aérodynamiques
1. Les actions de l’air en écoulement
Lorsque l'air s'écoule autour d'un objet, ou
qu'un objet se déplace dans l'air, des forces
aérodynamiques se créent sur l'objet.
Procédons à quelques expériences avec une
demi-feuille A4
I Les forces aérodynamiques
1. Les actions de l’air en écoulement
• Créons un courant d’air:
en soufflant sous la feuille
•l'air pousse l’obstacle qu'il rencontre par augmentation de la
pression sur une des faces de celui-ci.
I Les forces aérodynamiques
1. Les actions de l’air en écoulement
• Créons un courant d’air:
en soufflant sur la feuille
l'air en mouvement sur la surface supérieure de la feuille
sa pression diminuer (accélération de l'écoulement). La
pression de l'autre face étant supérieure, la feuille est
alors aspirée vers le haut.
I Les forces aérodynamiques
1. Les actions de l’air en écoulement
Créons un courant d’air entre les 2 feuilles:
• l'air soufflé entre les feuilles étant à une pression
plus faible que celui à l'extérieur, les feuilles se
rapprochent.
I Les forces aérodynamiques
1. Les actions de l’air en écoulement
Les actions de l'air se
décomposent en deux forces :
- une parallèle à la vitesse de 
l'air et de même sens, la traînée
Rx
- une perpendiculaire
à
la

vitesse, la portance
Rz
La somme vectorielle de ces deux Rz
forces constitue la résultante
des

forces aérodynamiques Ra
vair
Ra
Rx
Aérodynamique et Mécanique du vol
I Les forces aérodynamiques
1. Les actions de l’air en écoulement
2. Etude de la portance
3. Etude de la traînée
I Les forces aérodynamiques
2. Etude de la portance
Influence de la forme du profil:
• Dans les films des diapositives
suivantes, des plaques de forme
différentes sont placées en soufflerie.
I Les forces aérodynamiques
2. Etude de la portance
Influence de la forme du profil:
• Plaçons une plaque plane dans la soufflerie:
I Les forces aérodynamiques
2. Etude de la portance
Influence de la forme du profil:
La plaque s’incline
d’un angle
d’environ 20° par
rapport à la
verticale.
• L’air crée une surpression sur le dessous de la
plaque.
I Les forces aérodynamiques
2. Etude de la portance
Influence de la forme du profil:
• Plaçons une plaque incurvée dans la soufflerie:
I Les forces aérodynamiques
2. Etude de la portance
Influence de la forme du profil:
La plaque s’incline
d’un angle
d’environ 45° par
rapport à la
verticale.
• L’air crée une surpression sur le dessous de la
plaque et une dépression sur le dessus.
• La plaque est aspirée vers le haut
I Les forces aérodynamiques
2. Etude de la portance
Influence de la forme du profil:
• Plaçons une autre plaque un peu plus incurvée :
I Les forces aérodynamiques
2. Etude de la portance
Influence de la forme du profil:
La plaque s’incline
d’un angle
d’environ 50° par
rapport à la
verticale.
• La dépression sur le dessus est encore plus
marquée.
• La plaque est un peu plus aspirée vers le haut
I Les forces aérodynamiques
2. Etude de la portance
• La forme du profil influe beaucoup sur la
portance.
• En pratique un profil possédant une certaine
épaisseur est plus efficace qu'un simple plan
incurvé.
• L'écoulement autour des profils aérodynamique
est plus accéléré sur la surface supérieure que sur
la surface inférieure.
I Les forces aérodynamiques
2. Etude de la portance
•Il en résulte une force de pression verticale orientée vers
le haut (la portance).
Rz
Rx
•De même la pression sur l'avant du profil est supérieure à
celle sur l'arrière du profil. Il en résulte une force de
pression vers l'arrière (la traînée).
I Les forces aérodynamiques
2. Etude de la portance
Les profils d’aile:
7:
1:2:Corde
Bord
6:
3:
4:
Bord
8:
5:Epaisseur
Extrados
Intrados
Flèche
Corde
d’attaque
moyenne
de fuite
7
Corde moyenne
Epaisseur
6
Extrados
3
Flèche
8
Bord d'attaque
1
Corde
5
Intrados
4
2 fuite
Bord de
I Les forces aérodynamiques
2. Etude de la portance
• L'air aborde le profil par le bord d'attaque
et le quitte par le bord de fuite.
• La partie supérieure du profil est appelée
extrados et la partie inférieure intrados.
• Le segment qui joint le bord d'attaque et le
bord de fuite est appelé corde du profil.
I Les forces aérodynamiques
2. Etude de la portance
• La distance entre l'intrados et l'extrados est
l'épaisseur. La valeur maximale de l'épaisseur
divisée par la longueur de la corde donne
l'épaisseur relative :
e
erelative 
max
Lcorde
I Les forces aérodynamiques
2. Etude de la portance
• La ligne qui joint le bord d'attaque au bord de
fuite en passant à égale distance de l'intrados
et de l'extrados est appelée corde moyenne.
• La distance maximale entre la corde et la
corde moyenne est appelée flèche du profil.
• Le rapport entre la flèche et la longueur de la
corde est appelé courbure (ou cambrure)
relative.
I Les forces aérodynamiques
2. Etude de la portance
• Le centre de portance (point d’application
de la portance) se situe entre 30 et 50% de la
corde depuis le bord d’attaque. Il avance
quand
l’incidence
augmente
jusqu’à
l’incidence de décrochage puis recule.
• Le foyer (point d’application des variations
de portance) se situe entre 20 et 30% de la
corde depuis le bord d’attaque. Sa position
varie peu.
Exemples de profils:
Profil B29
Le profil plan convexe porte bien même
à faible incidence mais il est légèrement
instable. Il est utilisé en aviation
générale.
Exemples de profils:
NACA 4412
Le profil biconvexe dissymétrique porte
également bien même à incidence nulle
et est très stable. Utilisé dans l'aviation
de loisir.
Exemples de profils:
EPPLER 471
Le profil cambré (ou creux) est très
porteur mais il est assez instable.
Lorsque l'incidence augmente il cherche
à cabrer.
Exemples de profils:
NACA 0009
Le biconvexe symétrique ne porte pas
aux faibles très faibles incidences. Il n'est
intéressant que pour les gouvernes et la
voltige.
Exemples de profils:
RONCZ
Le profil à double courbure (ou
autostable) présente l'avantage d'une
grande stabilité mais une portance
moyenne et une traînée assez forte.
I Les forces aérodynamiques
2. Etude de la portance
Influence de la vitesse:
•Dans le film qui suit, une
maquette d’avion est placée
en soufflerie sur une balance
de précision tarée.
•La vitesse de l’écoulement
est augmentée par palier et
on relève à chaque fois
l’indication de la balance.
I Les forces aérodynamiques
2. Etude de la portance
Influence de la vitesse:
I Les forces aérodynamiques
2. Etude de la portance
Influence de la vitesse:
Rz
P
Soufflerie
Balance
Maquette
m
•La balance est « soulagée » par la portance de la
maquette.
•La masse indiquée par la balance permet alors de
calculer Rz.
Rz   m.g
I Les forces aérodynamiques
2. Etude de la portance
• L'expérience montre que m diminue lorsque la
vitesse de l'écoulement augmente. On peut
donc en déduire que la portance augmente
lorsque la vitesse augmente.
• Des mesures précises de la portance et de la
vitesse de l'air montreraient que la portance est
proportionnelle au carré de la vitesse de
l'écoulement.
I Les forces aérodynamiques
2. Etude de la portance
Influence de l’incidence:
Ligne de foi de l'avion
i
V
L'angle d'incidence est l'angle formé par la
direction de la vitesse et celle de la ligne de foi de
l'avion.
I Les forces aérodynamiques
2. Etude de la portance
Influence de l’incidence:
Un dispositif adapté permet de
faire varier l’incidence de la
maquette dans la soufflerie.
i=0°
i >0
i <0
I Les forces aérodynamiques
2. Etude de la portance
• La vitesse de l’écoulement est constante.
• L’incidence est fixée successivement à
différentes valeurs entre 0° et +24° et on
relève l’indication de la balance.
ii =
+6°
+12°
= +24°
0°
I Les forces aérodynamiques
2. Etude de la portance
• La vitesse de l’écoulement est constante.
• L’incidence est fixée à une valeur de -24° et
on relève l’indication de la balance.
•Le signe de la masse a
changé.
•La maquette appuie sur la
balance.
•La portance est orientée
vers le bas.
I Les forces aérodynamiques
2. Etude de la portance
Rz
i
P
Soufflerie
Balance
m
• Pour une vitesse donnée, la portance
augmente avec l'incidence.
• Une incidence négative assez forte engendre
une portance négative.
I Les forces aérodynamiques
2. Etude de la portance
• En pratique, on constate que si l'incidence
dépasse une certaine valeur, la portance
n'augmente plus mais chute très fortement.
C'est le décrochage de l'aile :
Rz
Rx
Rz
Rx
I Les forces aérodynamiques
2. Etude de la portance
En conclusion, à vitesse donnée la portance de l'aile
augmente avec l'incidence, jusqu'à l'incidence de
décrochage.
Le décrochage se produit toujours à la même
incidence.
I Les forces aérodynamiques
2. Etude de la portance
Expression de la portance:
1
Rz  . . S . v ². Cz
2
•  la masse volumique de l'air.
• S est une surface de référence sur l'aile. On l'appelle parfois
maître couple.
• v est la vitesse de l'avion dans l'air (vitesse vraie).
• Cz est le coefficient de portance de l'aile. Il dépend de la
forme du profil et de l'incidence de vol. Les profils présentant
des courbures importantes ont des bons Cz.
I Les forces aérodynamiques
2. Etude de la portance
• La portance se crée sur chaque partie de
l'aile. Le point d'application de la portance
globale s'appelle le centre de poussée (CP).
• Lors des différentes phases de vol il se
déplace sur l'aile en fonction de la vitesse et
de l'incidence (30 à 50% de la corde). Plus
ses déplacements sont importants et plus
l'avion sera délicat à piloter.
I Les forces aérodynamiques
2. Etude de la portance
• Les variations de la portance sont appliquées en
un autre point que l'on appelle le foyer (F). Il se
situe, en théorie au quart (25%) de la corde en
partant du bord d'attaque (en pratique entre 20 et
30%). Ces déplacements sont limités.
Aérodynamique et Mécanique du vol
I Les forces aérodynamiques
1. Les actions de l’air en écoulement
2. Etude de la portance
3. Etude de la traînée
I Les forces aérodynamiques
3. Etude de la traînée
Les différentes traînées :
• La traînée d'un profil résulte des forces de
pression dans l'axe de l'avion. Toutefois on peut la
décomposer en trois parties distinctes :
- la traînée de forme
- la traînée de sillage
- la traînée induite (due à la portance).
I Les forces aérodynamiques
3. Etude de la traînée
• La première est liée à la forme du
profil. Les différents profils engendrent
des écoulements différents.
I Les forces aérodynamiques
3. Etude de la traînée
• La seconde est liée au décollement des
filets d'air sur l'arrière du profil. Plus
les filets se décollent et plus la traînée
de sillage est importante. Elle est
influencée par la vitesse et l'incidence
de vol de l'avion.
I Les forces aérodynamiques
3. Etude de la traînée
• La dernière est liée aux différences de pression
entre l'intrados et l'extrados de l'aile (qui
engendrent la portance). L'air du dessous du profil
a tendance à remonter vers le dessus au niveau
des saumons d'aile. Cela crée des tourbillons que
l'on appelle tourbillons marginaux.
dépression
surpression
dépression
surpression
I Les forces aérodynamiques
3. Etude de la traînée
• En extrémité d'aile ils partent de l'intrados
de l'aile et remontent vers l'extrados. Ils
s'élargissent au fur et à mesure que l'on
s'éloigne derrière l'aile.
• L'avion laisse derrière lui deux tourbillons
qui engendrent des perturbations d'autant
plus importantes que l'avion est de grande
taille.
I Les forces aérodynamiques
3. Etude de la traînée
Influence de la forme :
•Un mobile est
placé dans la
soufflerie.
•A l’équilibre il
s’immobilise en
position 2.
•La lecture du
repère 2 donne la
norme de la
traînée.
I Les forces aérodynamiques
3. Etude de la traînée
Influence de la forme :
•On utilisera 4 mobiles successivement.
•Tous les mobiles ont la même surface frontale
(maître couple).
•Les films des diapositives suivantes présentent les
manipulations.
I Les forces aérodynamiques
3. Etude de la traînée
forme 1:
1
I Les forces aérodynamiques
3. Etude de la traînée
forme 2:
2
I Les forces aérodynamiques
3. Etude de la traînée
forme 3:
3
I Les forces aérodynamiques
3. Etude de la traînée
forme 4:
4
I Les forces aérodynamiques
3. Etude de la traînée
Influence de la forme :
1
2
3
4
•La traînée est très dépendante de la forme.
I Les forces aérodynamiques
3. Etude de la traînée
Influence de la vitesse:
•Dans la diapositive suivante, un mobile est
placé en soufflerie et la vitesse est augmentée
progressivement.
I Les forces aérodynamiques
3. Etude de la traînée
Influence de la vitesse:
I Les forces aérodynamiques
3. Etude de la traînée
Influence de la vitesse:
•Plus la vitesse est importante et plus la
traînée augmente.
•Des mesures précises mettraient en évidence
que la traînée est proportionnelle au carré de la
vitesse.
I Les forces aérodynamiques
3. Etude de la traînée
Influence de l’incidence:
• La traînée augmente avec l'incidence.
• A grande incidence, la traînée importante
peut nécessiter de maintenir une puissance
importante au moteur.
• En cas de remise de gaz, il est parfois
préférable de pousser le manche en avant
afin de diminuer rapidement l'incidence pour
accélérer plus vite et obtenir plus rapidement
une portance permettant de remonter.
I Les forces aérodynamiques
3. Etude de la traînée
Influence de l’allongement:
L'allongement d'un avion est le rapport entre le
carré de son envergure (L) et sa surface
alaire (S = surface des ailes) :
L
L²
a
S
L
S
I Les forces aérodynamiques
3. Etude de la traînée
Influence de l’allongement:
Plus l’allongement est important et plus la
traînée induite (et donc la traînée) diminue.
Les avions de ligne et les
planeurs ont de grands
allongements et la présence de
winglets permet de diminuer la
traînée induite de façon
significative.
L²
a
S
I Les forces aérodynamiques
3. Etude de la traînée
Expression de la traînée:
1
Rx  . .S .v ².Cx
2
Avec:
•  la masse volumique de l'air.
• S est la surface de référence sur l'aile. On utilise la même
que pour la portance.
• v est la vitesse de l'avion dans l'air (vitesse vraie).
• Cx est le coefficient de traînée de l'aile. Il dépend de la
forme du profil et de l'incidence de vol. Le Cx augmente
continuellement avec l'incidence même après l'incidence de
décrochage.
La traînée est représentée au centre de poussée comme la
portance.
Aérodynamique et Mécanique
du vol
I Les forces aérodynamiques
II Contrôle de la trajectoire
III Etude des polaires
IV Les principales phases du vol
V Stabilité statique d’un aéronef
Aérodynamique et Mécanique du vol
II Contrôle de la trajectoire
1. Le contrôle du tangage
2. Le contrôle du roulis
3. Le contrôle du lacet
II Contrôle de la trajectoire
1. Le contrôle en tangage
L’axe de tangage est perpendiculaire à la ligne de foi
de l’avion:
axe de tanguage
II Contrôle de la trajectoire
1. Le contrôle en tangage
• On joue sur la portance de l'empennage
horizontal pour le contrôle en tangage.
• Si on augmente sa portance, la queue de l'avion
va monter et le nez va basculer vers le sol :
l'avion descendra . Si on la diminue, il montera.
• Pour un vol en palier équilibré, l'empennage
horizontal de l'avion est déporteur (c'est à dire
que sa portance est orientée vers le bas).
II Contrôle de la trajectoire
1. Le contrôle en tangage
Rz
Rz
Figure 1
Rz
Figure2
Figure 3
• Les modifications de la portance sont obtenues en
braquant la gouverne de profondeur.
II Contrôle de la trajectoire
1. Le contrôle en tangage
Rz
Rz
Soufflerie
• Les mouvements de la profondeur sont
symétriques sur la partie droite et la partie
gauche de l'empennage horizontal.
II Contrôle de la trajectoire
1. Le contrôle en tangage
• Pour montrer le contrôle en tangage, on utilise
une maquette placée en soufflerie.
• Cette maquette possède des élévateurs dont la
position peut être fixée par l’opérateur.
Elévateur
II Contrôle de la trajectoire
1. Le contrôle en tangage
• Les élévateurs sont braqués vers le bas:
II Contrôle de la trajectoire
1. Le contrôle en tangage
L’avion pique du nez
• Elévateurs braqués vers le bas
•  mouvement à piquer
II Contrôle de la trajectoire
1. Le contrôle en tangage
• Les élévateurs sont braqués vers le haut:
II Contrôle de la trajectoire
1. Le contrôle en tangage
L’avion se cabre
• Elévateurs braqués vers le haut
•  mouvement à cabrer
II Contrôle de la trajectoire
1. Le contrôle en tangage
• La commande de profondeur n'a pas d'effets
secondaires sur la trajectoire.
• Toutefois, si on tire sur le manche, la montée
engendre une diminution de la vitesse si on
n’augmente pas le régime moteur.
• De même, si on pousse sur le manche, il faut
réduire les gaz pour éviter que la vitesse
n'augmente.
Aérodynamique et Mécanique du vol
II Contrôle de la trajectoire
1. Le contrôle du tangage
2. Le contrôle du roulis
3. Le contrôle du lacet
II Contrôle de la trajectoire
2. Le contrôle en roulis
L’axe de roulis correspond à la ligne de foi de l’avion:
Axe de roulis
II Contrôle de la trajectoire
2. Le contrôle en roulis
• Pour provoquer une rotation autour de
l'axe de roulis, il faut augmenter la
portance d'une aile et diminuer celle de
l'autre.
• Pour s'incliner à droite, il faut diminuer la
portance de l'aile droite et augmenter celle
de l'aile gauche ; pour s'incliner à gauche,
il faut faire le contraire.
II Contrôle de la trajectoire
2. Le contrôle en roulis
• Pour modifier la portance des ailes on utilise des ailerons.
ailes maintenues à plat
Rzg
Rzd
inclinaison à droite
Rzd
Rzg
inclinaison àgauche
II Contrôle de la trajectoire
2. Le contrôle en roulis
• Ces gouvernes, situées au bout des ailes,
permettent d'obtenir un effet opposé sur les
deux ailes par un braquage différentiel.
• On baisse l'aileron du côté où il faut
augmenter la portance et on le lève du côté où
il faut la diminuer.
II Contrôle de la trajectoire
2. Le contrôle en roulis
Figure 1
Figure 2
• Dans le langage des pilotes, plutôt que dire que l'on
incline l'avion à droite ou à gauche, on dit que l'on
gauchit à droite ou à gauche.
• La commande en roulis se dénomme par le terme
gauchissement.
II Contrôle de la trajectoire
2. Le contrôle en roulis
• Pour montrer le contrôle en roulis, on utilise une
maquette placée en soufflerie.
• Cette maquette possède des ailerons dont la
position peut être fixée par l’opérateur.
Ailerons
II Contrôle de la trajectoire
2. Le contrôle en roulis
• L’aileron droit est braqué vers le bas et le gauche
vers le haut :
II Contrôle de la trajectoire
2. Le contrôle en roulis
• Aileron droit braqué vers le bas et aileron gauche
vers le haut
•  roulis à gauche
II Contrôle de la trajectoire
2. Le contrôle en roulis
• L’aileron droit est braqué vers le haut et le gauche
vers le bas :
II Contrôle de la trajectoire
2. Le contrôle en roulis
• Aileron droit braqué vers le haut et aileron gauche
vers le bas
•  roulis à droite
II Contrôle de la trajectoire
2. Le contrôle en roulis
• Lorsqu'on incline l'avion, l'aile voyant sa
portance augmenter, voit également sa
traînée augmenter. Il se produit alors une
rotation autour de l'axe de lacet. Le nez part
du côté de l'aile haute.
• Une inclinaison sur la droite engendre donc
du lacet à gauche et inversement.
• L’effet secondaire du gauchissement est le
lacet inverse.
Aérodynamique et Mécanique du vol
II Contrôle de la trajectoire
1. Le contrôle du tangage
2. Le contrôle du roulis
3. Le contrôle du lacet
II Contrôle de la trajectoire
3. Le contrôle en lacet
L’axe de lacet est perpendiculaire au plan des
ailes:
Axe de
lacet
II Contrôle de la trajectoire
3. Le contrôle en lacet
• Pour faire basculer le nez de l'avion à gauche ou à
droite, il faut provoquer une rotation autour de
l'axe de lacet.
• Une surface mobile sur l’empennage vertical, la
gouverne de direction, permet de créer un effort
aérodynamique qui engendre une rotation de la
queue vers la droite ou vers la gauche.
II Contrôle de la trajectoire
3. Le contrôle en lacet
Figure 1
Figure 2
R
Figure 3
R
• En position de repos la dérive n'entraîne qu'une traînée
dans l'axe de l'avion.
• Lorsque la gouverne est braquée il y a une force
perpendiculaire à l ’axe de l’avion.
II Contrôle de la trajectoire
3. Le contrôle en lacet
R
R
II Contrôle de la trajectoire
3. Le contrôle en lacet
• Lorsqu'on braque la gouverne à droite, on
engendre une résultante aérodynamique vers la
gauche sur l'empennage vertical.
• Celui-ci est donc entraîné dans cette direction et
le nez de l'avion part à droite.
• Si on braque la gouverne vers la gauche, on
engendre une résultante aérodynamique sur
l'empennage vertical dirigée vers la droite. La
queue part donc à droite et le nez à gauche.
II Contrôle de la trajectoire
3. Le contrôle en lacet
• Pour montrer le contrôle en lacet, on utilise une
maquette placée en soufflerie.
• Cette maquette possède une gouverne de
direction dont la position peut être fixée par
l’opérateur.
Direction
II Contrôle de la trajectoire
3. Le contrôle en lacet
• La direction est braqué à droite:
II Contrôle de la trajectoire
3. Le contrôle en lacet
• La gouverne de direction est braquée à droite
•  Lacet à droite
II Contrôle de la trajectoire
3. Le contrôle en lacet
• La direction est braqué à gauche:
II Contrôle de la trajectoire
3. Le contrôle en lacet
• La gouverne de direction est braquée à gauche
•  Lacet à gauche
II Contrôle de la trajectoire
3. Le contrôle en lacet
• Lorsque la direction est enfoncée d'un côté,
l'avion se met en rotation autour de l'axe de lacet
de ce côté.
• Il a alors une aile qui avance plus vite que l'autre
dans l'écoulement d'air. Cette aile voit donc sa
portance augmenter par rapport à l'autre et cela
engendre du roulis.
II Contrôle de la trajectoire
3. Le contrôle en lacet
• Si on enfonce la direction à gauche, le nez défile
par la gauche et l'aile droite accélère par rapport à
l'aile gauche. Sa portance augmente et elle se
soulève. L'avion se met en roulis par la gauche.
• Un mouvement de lacet dans un sens entraîne
donc du roulis dans le même sens. On parle de
roulis induit.
Aérodynamique et Mécanique
du vol
I Les forces aérodynamiques
II Contrôle de la trajectoire
III Etude des polaires
IV Les principales phases du vol
V Stabilité statique d’un aéronef
Aérodynamique et Mécanique du vol
III Etude des polaires
1. Généralités sur les polaires
2. Etude la polaire de type EIFFEL
3. Etude de la polaire des vitesses
III Etude des polaires
1. Généralités sur les polaires
Les polaires sont des courbes qui permettent de
représenter les caractéristiques d’un profil. En
pratique on en utilise de deux types :
• la polaire type EIFFEL : elle représente Cz en
fonction de Cx
• la polaire des vitesses : elle représente Vz (vitesse
verticale) en fonction de Vx (vitesse horizontale)
dans le cas d'un vol plané. Elle est surtout utile
pour la conception des ailes de planeurs ou
parapentes.
Aérodynamique et Mécanique du vol
III Etude des polaires
1. Généralités sur les polaires
2. Etude la polaire de type EIFFEL
3. Etude de la polaire des vitesses
III Etude des polaires
2. Etude de la polaire de type EIFFEL
• L'allure de ce type de polaire est toujours
globalement la même.
• Grâce à elle on détermine quelques
caractéristiques essentielles du profil.
• Elle s'obtient à l'aide de mesures effectuées en
soufflerie. On en déduit alors Cz et Cx.
• En général on indique sur les points de la
polaire
l'incidence
à
laquelle
ils
correspondent.
III Etude des polaires
2. Etude de la polaire de type EIFFEL
Cz
4
5
3
Polaire de
type EIFFEL
2
Cx
1
42:1:le:lepoint
point
de
dede
Cz
Cxportance
max
mini(portance
(traînée
minimale
maximale;
duincidence
profil ;
le
point
nulle
(à
faible
incidence)
3 : le5 point
: zonededefinesse
décrochage
max (incidence
du profil; Cz
assez
chute
faible)
proche du décrochage;
incidence faible)
traînée importante)
III Etude des polaires
2. Etude de la polaire de type EIFFEL
• Le point de finesse max est important : il représente
l'incidence de vol permettant d'effectuer la distance la
plus longue possible en vol plané sans vent.
• La finesse peut se définir de plusieurs façons :
Cz Rz Vx D
f 



Cx Rx Vz z
• Ce point se repère sur la polaire en prenant la tangente
à la courbe passant par l'origine du repère.
Aérodynamique et Mécanique du vol
III Etude des polaires
1. Généralités sur les polaires
2. Etude la polaire de type EIFFEL
3. Etude de la polaire des vitesses
III Etude des polaires
3. Etude de la polaire des vitesses
• La polaire des vitesses est d'une utilisation
moins courante que la polaire d'EIFFEL.
• Elle représente la vitesse verticale en fonction
de la vitesse horizontale pour un vol en plané
rectiligne.
• Elle permet de déterminer des qualités et
défauts du profil mais ne s'avère plus
intéressante que la polaire d'EIFFEL que pour
l'étude des vols planés.
III Etude des polaires
3. Etude de la polaire des vitesses
Vx
Vz
1
2
3
•le taux de chute mini (1) représente la vitesse verticale
•la finessede max
(2) : vitesse pour laquelle la distance
minimale
plané.
•LLa
zone de
décrochage
(3).
parcourue
avant
d'arriver
au sol, sans
sera la plus
•C'est à cette vitesse que la descente
dureravent,
le plus
grande.
longtemps.
III Etude des polaires
3. Etude de la polaire des vitesses
• C'est au régime de finesse maximale ou au
régime de taux de chute minimum (en fonction
des conditions aérologiques) que se placent les
vélivoles et les parapentistes dans les
ascendances.
• Cela leur permet alors de profiter de la vitesse
verticale de la masse d'air pour gagner un
maximum d'altitude par rapport au sol.
Aérodynamique et Mécanique
du vol
I Les forces aérodynamiques
II Contrôle de la trajectoire
III Etude des polaires
IV Les principales phases du vol
V Stabilité statique d’un aéronef
Aérodynamique et Mécanique du vol
IV Les principales phases du vol
1.
2.
3.
4.
5.
Les axes et les angles de la mécanique du vol
Le vol rectiligne uniforme en palier
La montée rectiligne uniforme
La descente rectiligne uniforme
Le virage symétrique en palier à vitesse
constante
6. Le vol plané
7. Le décollage
8. L’atterrissage
IV Les principales phases du vol
1. Les axes et les angles de la mécanique du vol
• Les axes avion:
y
G
x
z
IV Les principales phases du vol
1. Les axes et les angles de la mécanique du vol
• Les axes aérodynamiques:
Ya
G
Xa
Vair
Za
IV Les principales phases du vol
1. Les axes et les angles de la mécanique du vol
• Les principaux angles sont l’assiette, l’incidence,
la pente, l’inclinaison et le dérapage.
X
Xa
a
p
b
i
Horizon
V
Horizontale
V
IV Les principales phases du vol
1. Les axes et les angles de la mécanique du vol
X
Xa
a
p
i
Horizon
V
•La
•L'incidence
•L'assiette
pente estest
est
> 0>>si0 0la
si si
le
vitesse
la
nezligne
de
estl'avion
au
de dessus
foiest
estau
de
au
dessus
l'horizontale
dessusdedelal'horizon
directionetde< la
0 s'il
vitesse.
est en dessous.
IV Les principales phases du vol
1. Les axes et les angles de la mécanique du vol
• L'assiette est l’angle indiqué par l’horizon
artificiel.
• L'incidence est un paramètre essentiel du
pilotage.
• La pente matérialise la trajectoire de l’appareil.
IV Les principales phases du vol
1. Les axes et les angles de la mécanique du vol
Horizontale
• L'inclinaison est repérée dans l'avion à l'aide de
l'horizon artificiel ou de l'indicateur de virage.
• En vol à vue, on le repère par l'inclinaison du
capot moteur sur l'horizon.
IV Les principales phases du vol
1. Les axes et les angles de la mécanique du vol
b
V
• Le dérapage est compté
positivement par la droite
(nez à gauche de la
vitesse).
• Il est indiqué à bord de
l'avion par la bille.
• Si elle est au centre, le
dérapage est nul, si elle
est à droite, le dérapage
est à droite (la bille
indique le sens de la
vitesse vraie).
Aérodynamique et Mécanique du vol
IV Les principales phases du vol
1.
2.
3.
4.
5.
Les axes et les angles de la mécanique du vol
Le vol rectiligne uniforme en palier
La montée rectiligne uniforme
La descente rectiligne uniforme
Le virage symétrique en palier à vitesse
constante
6. Le vol plané
7. Le décollage
8. L’atterrissage
IV Les principales phases du vol
2. Le vol rectiligne uniforme en palier
Rz
V
T
Rx
P
Pour maintenir l'équilibre de l'avion il faut que :
• la portance équilibre le poids : Rz  m. g  1 . . S . v ². Cz
2
• la traction équilibre la traînée :
1
T  Rx  . . S . v ². Cx
2
IV Les principales phases du vol
2. Le vol rectiligne uniforme en palier
• Pour une puissance moteur donnée il existe, en général,
deux couples incidence - vitesse pour réaliser un palier
rectiligne à vitesse constante :
Rz
V
grande
T
vitesse / faible
incidence
Rx
Rz
P
V
petite T
vitesse /grande
incidence
Rx
P
Aérodynamique et Mécanique du vol
IV Les principales phases du vol
1.
2.
3.
4.
5.
Les axes et les angles de la mécanique du vol
Le vol rectiligne uniforme en palier
La montée rectiligne uniforme
La descente rectiligne uniforme
Le virage symétrique en palier à vitesse
constante
6. Le vol plané
7. Le décollage
8. L’atterrissage
IV Les principales phases du vol
3. La montée rectiligne uniforme
V
p
Rz
T
p
Rx
P
• Du point de vue de la sustentation:
1
RZ compense la projection
de
P
dans
sa
direction
Rz  m. g.cos( p )  . . S . v ². Cz
2
• Pour la propulsion :
1
T compense
R
et
la
projection
direction
T  xRx  m. g.sin( p )  de
. P
. Sdans
. v ². Cxsa
m
. g.sin( p )
2
IV Les principales phases du vol
3. La montée rectiligne uniforme
La portance est inférieure au poids et le facteur de charge
inférieur à 1.
Il existe plusieurs montées à vitesse stabilisée utilisées en
pratique selon les priorités :
• la montée à pente max (pour gagner beaucoup d'altitude
sur une faible distance) pour les franchissements
d'obstacles.
• la montée à Vz max (pour gagner le plus rapidement
possible de l'altitude) pour des gains d'altitude rapides.
• la montée à vitesse optimale (VOM) pour obtenir le
meilleur rapport altitude gagnée, distance parcourue,
temps écoulé et consommation. C'est la plus employée
quand aucun impératif de sécurité ne se présente.
Aérodynamique et Mécanique du vol
IV Les principales phases du vol
1.
2.
3.
4.
5.
Les axes et les angles de la mécanique du vol
Le vol rectiligne uniforme en palier
La montée rectiligne uniforme
La descente rectiligne uniforme
Le virage symétrique en palier à vitesse
constante
6. Le vol plané
7. Le décollage
8. L’atterrissage
IV Les principales phases du vol
4. La descente rectiligne uniforme
• Le principe de son étude est le même que
pour la montée mais cette fois le poids de
l'avion devient moteur et on peut se
permettre de diminuer la traction pour
maintenir la vitesse.
• L'étude du vol plané est développée au 6,
dans le cas d'un vol motorisé, il suffit de
rajouter la traction.
Aérodynamique et Mécanique du vol
IV Les principales phases du vol
1.
2.
3.
4.
5.
Les axes et les angles de la mécanique du vol
Le vol rectiligne uniforme en palier
La montée rectiligne uniforme
La descente rectiligne uniforme
Le virage symétrique en palier à vitesse
constante
6. Le vol plané
7. Le décollage
8. L’atterrissage
IV Les principales phases du vol
5. Le virage symétrique en palier à vitesse
constante
Dans cette configuration l'équilibre des forces
amène à écrire :
• la traction
traînée :
Rz
compense
la
1
T  Rx  . . S . v ². Cx
2
a
T
P
Rx •
la composante verticale de la
portance compense le poids :
1
Rz.cos   m. g  . . S . v ². Cz.cos 
2
IV Les principales phases du vol
5. Le virage symétrique en palier à vitesse
constante
• On définit le facteur de charge par le rapport des
forces d'inertie et du poids, ce qui dans le cas
d'un virage en palier à vitesse constante donne :
Rz
1
n

P cos 
• On peut alors déterminer que le facteur de charge d'un
virage à 30° d'inclinaison est d'environ 1,15g (1,4 pour 45°
et 2 pour 60°).
IV Les principales phases du vol
5. Le virage symétrique en palier à vitesse
constante
En virage la vitesse de décrochage est multipliée
par
n
• Si le nez de l’avion est à l’intérieur de la
trajectoire, le virage est qualifié de dérapé.
• Si le nez de l’avion est à l’extérieur de la
trajectoire, le virage est qualifié de glissé.
Aérodynamique et Mécanique du vol
IV Les principales phases du vol
1.
2.
3.
4.
5.
Les axes et les angles de la mécanique du vol
Le vol rectiligne uniforme en palier
La montée rectiligne uniforme
La descente rectiligne uniforme
Le virage symétrique en palier à vitesse
constante
6. Le vol plané
7. Le décollage
8. L’atterrissage
IV Les principales phases du vol
6. Le vol plané
Rz
Rx
p
p
V
P
L'équilibre du vol donne les deux équations suivantes :
• en projetant les forces sur la direction de Rz :
1
Rz  m. g.cos( p )  . . S . v ². Cz
2
• en projetant sur la direction de Rx :
1
Rx  m. g.sin( p )  . . S . v ². Cx
2
IV Les principales phases du vol
6. Le vol plané
• On peut alors en déduire la pente de descente :
Rx Cx 1
tan(p) 


Rz Cz f
• La pente de descente est donc d'autant plus
faible que la finesse est importante.
IV Les principales phases du vol
6. Le vol plané
p
p
Hauteur perdue
Distance parcourue
• Comme le montre le schéma ci-contre, la tangente de la
pente correspond aussi au rapport de l'altitude perdue
sur la distance parcourue :
H 1
tan( p )  
D f
• Connaissant f et H on peut calculer D : D = f.H
IV Les principales phases du vol
6. Le vol plané
• Pour un aéronef donné, la finesse maximale
correspond à une incidence de vol précise.
Si la masse de l’aéronef augmente, la finesse
maximale est inchangée mais la vitesse
correspondante est plus élevée.
Aérodynamique et Mécanique du vol
IV Les principales phases du vol
1.
2.
3.
4.
5.
Les axes et les angles de la mécanique du vol
Le vol rectiligne uniforme en palier
La montée rectiligne uniforme
La descente rectiligne uniforme
Le virage symétrique en palier à vitesse
constante
6. Le vol plané
7. Le décollage
8. L’atterrissage
IV Les principales phases du vol
7. Le décollage
Le décollage se décompose en trois phases :
1
2
3
15m
•l'envol (3) : dans cette phase l'avion a quitté le sol
mais
en
est
encore
très
proche.
Il
faut
continuer
à
•le roulement
(1)
:
pendant
cette
phase
l'avion
Un terrain
à haute
altitude,
une forte
•la
rotation
(2) : situé
lorsque
lalavitesse
ded'altitude.
décollage
est
accélérer
pour
assurer
prise
Le
accélère
sur
la
piste
afin
d'atteindre
une
vitesse
lui
température
ou un la
vent
arrière
augmentent
la 15à
atteinte
onseeffectue
rotation
pour
placer
l'avion
décollage
termine
au
passage
à
la
hauteur
de
permettant
d'assurer
sa
sustentation
par
une
longueur
demontée.
décollage.
l'assiette
de
m
par
rapport
au
sol.
portance suffisante.
Aérodynamique et Mécanique du vol
IV Les principales phases du vol
1.
2.
3.
4.
5.
Les axes et les angles de la mécanique du vol
Le vol rectiligne uniforme en palier
La montée rectiligne uniforme
La descente rectiligne uniforme
Le virage symétrique en palier à vitesse
constante
6. Le vol plané
7. Le décollage
8. L’atterrissage
IV Les principales phases du vol
8. L’atterrissage
L'atterrissage se décompose également en trois phases :
1
2
3
•la décélération (3) : une fois les roues au sol l'atterrissage
•la finale (2)
•l'arrondi
(1) :: près
l'avion
du sol
descend
le pilote
surréduit
une pente
la pente
stabilisée
de descente
avec
n'est pas terminé. Il faut perdre sa vitesse sur la piste avant de
une vitesse
afin
de tangenter
constante.
le sol, on dit qu'il arrondit.
pouvoir dégager vers le parking.
Aérodynamique et Mécanique
du vol
I Les forces aérodynamiques
II Contrôle de la trajectoire
III Etude des polaires
IV Les principales phases du vol
V Stabilité statique d’un aéronef
Aérodynamique et Mécanique du vol
V Stabilité statique d’un aéronef
1. Stabilité statique longitudinale
2. Stabilité statique transversale
V Stabilité statique d’un aéronef
1. Stabilité statique longitudinale
• Pour qu'un avion soit facilement pilotable, il
faut qu'il soit stable.
• Il
doit
avoir
tendance
compenser
naturellement les petites variations de vitesse
ou d'attitude non désirées qui peuvent
survenir du fait de l’aérologie.
V Stabilité statique d’un aéronef
1. Stabilité statique longitudinale
• La stabilité est dite longitudinale quand on
étudie les mouvements autour de l'axe de
tangage.
• Une petite variation d’incidence doit
provoquer un retour spontané à la positon
d'équilibre.
V Stabilité statique d’un aéronef
1. Stabilité statique longitudinale
• Une maquette d’avion en polystyrène est lancée
V Stabilité statique d’un aéronef
1. Stabilité statique longitudinale
• La maquette est instable.
• L’avion cabre violemment puis décroche.
• L’avion ne peut pas voler dans cette configuration.
• Un trombone est ajouté pour déplacer le centre de
gravité vers l’avant de la maquette.
V Stabilité statique d’un aéronef
1. Stabilité statique longitudinale
• La maquette équilibrée est lancée
V Stabilité statique d’un aéronef
1. Stabilité statique longitudinale
• La maquette ne cabre plus.
• L’avion est stable sur l’axe de tangage.
• Pour équilibrer l’avion il faut que le centre de
gravité soit situé suffisamment en avant.
V Stabilité statique d’un aéronef
1. Stabilité statique longitudinale
Rz
P
Rze
• Le centre de gravité est en avant du foyer de l'aile et du
centre de poussée, la voilure est porteuse et l'empennage
est déporteur.
• La portance de la voilure fait basculer le nez de l'avion
vers le bas mais la portance négative de l'empennage
permet de contrer cette rotation afin d'assurer l'équilibre.
V Stabilité statique d’un aéronef
1. Stabilité statique longitudinale
Réaction à une augmentation d’incidence:
Rz
P
Rze
Si i , Rz  et Rze  (elle devient moins
négative).
 couple à piquer qui tend à ramener l'avion
dans sa position initiale.
V Stabilité statique d’un aéronef
1. Stabilité statique longitudinale
Réaction à une diminution d’incidence:
Rz
P
Rze
Si i , Rz  et Rze  (elle devient plus
négative).
 couple à cabrer qui tend à ramener l'avion
dans sa position initiale.
V Stabilité statique d’un aéronef
1. Stabilité statique longitudinale
• Un avion est stable longitudinalement si
le foyer de l'aile est en arrière du centre
de gravité de l'avion.
Aérodynamique et Mécanique du vol
V Stabilité statique d’un aéronef
1. Stabilité statique longitudinale
2. Stabilité statique transversale
V Stabilité statique d’un aéronef
2. Stabilité statique transversale
• La stabilité statique transversale concerne les
rotations autour des axes de roulis et de lacet
lors des petites variations de dérapage et
d'inclinaison.
• Son étude est assez complexe et on ne
retiendra que l'influence du dièdre, de la
flèche, de la position de l'aile et de la dérive
V Stabilité statique d’un aéronef
2. Stabilité statique transversale
- l'effet de dièdre :
Vt
Vp
Vi
Vt
Vp
Enledièdre
général,
unun
dièdre
positif
la
•Un
•Le
•L'effet
vent
avion
sur
relatif
avec
entraîne
leur
est
portance
dièdre
une
décomposé
augmentation
positif
respective
en
vole
une
avec
de
entraîne
composante
l'incidence
unstabilité
dérapage
parallèle
roulis
depositif
l'aileà
•Si
dièdre
est
négatif,
l'effet
estaugmente
inversé
(roulis
à du
droite).
latéral
en
d’un
aéronef
et
un
dièdre
négatif
(vent
aux
droite
gauche.
ailes
relatif
et une
(Vproulis
sur
)diminution
etlaune
droite
composante
de
du celle
fuselage).
de
perpendiculaire
l'aile
gauche.
(Vt).
favorise l’instabilité.
V Stabilité statique d’un aéronef
2. Stabilité statique transversale
- l'effet de flèche :
Vair
VperVpar
Vper
Vpar
Vper
Vpar
•On
constate
décompose
leest
celle-ci
schéma
que
sur
lachacune
composante
perpendiculaire
ailes
en deune
Si
••Un
Or,
Il
laen
dérapage
flèche
larésulte
portance
estsur
un
positif
inversée,
roulis
générée
donne
àl'effet
gauche.
une
par
est
cette
vitesse
inversé.
composante
dedes
l'air
venant
la
composante
de
l'aile
est
nettement
bord
importante
d'attaque
que
(Vpar)
celle
et l'aile
une
droite
•DDe
perpendiculaire.
même
dedroite
l'appareil.
siparallèle
le dérapage
L'aileau
droite
estplus
négatif
porte
donc
(ventplus
relatif
que
sur
l'aile
lade
composante
gauche.
perpendiculaire
(Vper).
gauche
gauche.
du fuselage),
la rotation
est inversée
V Stabilité statique d’un aéronef
2. Stabilité statique transversale
- la position des ailes :
Surpression
Surpression
Dépression
Dépression
•Aile basse: un dérapage à droite entraîne une surpression sur
l'extrados de l'aile droite et une dépression sur celui de l'aile
gauche. Il en résulte un roulis à droite.
•Aile haute: le même dérapage entraîne la surpression sur
l'intrados de l'aile droite et la dépression sur celui de l'aile
gauche. Il en résulte un roulis à gauche.
V Stabilité statique d’un aéronef
2. Stabilité statique transversale
- la dérive :
• Etant
Il en dérapage
résulte
donné la
également
position
un
de
Un
à droite
celle-ci
très
léger
il effet
enune
résulte
de force
roulis
une
entraîne
rotation
par
la gauche
sur l'axe
(mais
de lacet
bien
aérodynamique
vers
qui permet
souvent
imperceptible
de réduire le
si
la
gauche
sur la
dérapage.
la
taille
de l'empennage
vertical
dérive. est raisonnable).
V Stabilité statique d’un aéronef
2. Stabilité statique transversale
• Pour assurer une stabilité transversale en roulis on
adopte en général les configurations suivantes :
type d'aile
position
dièdre
droite
haute
environ nul
droite
basse
positif
en flèche
basse
faiblement positif
en flèche
haute
fortement négatif
V Stabilité statique d’un aéronef
2. Stabilité statique transversale
• Les importants progrès des systèmes de
commandes de vol électriques permettent de
concevoir des avions légèrement instables.
• Le pilotage assisté par l'ordinateur permet de
rendre l'avion contrôlable.
V Stabilité statique d’un aéronef
2. Stabilité statique transversale
• Les ordres donnés aux gouvernes pour assurer le
maintien de l'appareil en ligne de vol sont gérés
par l'ordinateur de bord.
• Ce type de système permet de voler en croisière
à des incidences plus faibles pour les avions de
ligne (diminution de traînée) et d'obtenir une
meilleure manoeuvrabilité pour les avions de
chasse.
Présentation réalisée par F.WILLOT