LES BASES DE L'AVIATION

I: Comment un avion vole-t-il ?

II: Décrochage

III: Surfaces de contrôle

 

I: Comment un avion vole-t-il ?

L'avion, machine plus lourde que l'air (air dont il a absolument besoin), est principalement soumis, en vol, à 4 forces: la portance, la traînée, le poids, et la force propulsive.

Le poids est une force constante toujours dirigée vers le bas.

La portance est la plus importante des 4 forces, c'est celle qui permet à l'avion de se maintenir dans l'air. Cette force est générée par l'écoulement de l'air autour de l'aile qui possède un profil particulier:

La taille de la face supérieure (extrados) est plus grande que celle de la face inférieure (intrados), ce qui fait que la vitesse d'écoulement sur l'extrados est plus grande. Par effet Venturi, on observe une diminution de pression sur l'extrados, et cette différence engendre une force résultante orientée vers le haut: la portance

Environ 80% de la portance proviennent de la dépression sur l'extrados, et 20% de la surpression sur l'intrados.
La portance permet à l'avion de vaincre le poids et de s'élever. Toutefois, on comprend aisément que la portance va dépendre de la vitesse du flux d'air par rapport à l'avion (plus la vitesse est grande, plus la dépression le sera). C'est pourquoi un avion doit rouler pour prendre de la vitesse avant de décoller, et de préférence vent de face. Plus l'avion roule vite (par rapport à l'air !), et plus la portance augmente, jusqu'à devenir suffisante pour vaincre le poids.

La traînée: l'avion se déplace dans un fluide: l'air. Il est donc soumis à des forces de frottement que lui fait subir l'air, appelées forces de frottement fluide. Cette force est aussi appelée traînée. C'est la principale force qui s'oppose au vol. Cette force dépend de nombreux paramètres, mais en simplifiant, on peut dire que les principaux sont: le maître-couple (cf dessin), de la vitesse (au carré), de l'état de surface du fuselage, ainsi que de la pression atmoshpérique. Le maître-couple est la superficie que le corps présente au flux d'air:

Toutefois, le maître-couple n'est pas le seul paramètre important pour la trainée, il faut parler aussi du Cx. (coefficient de pénétration dans l'air). Sur le dessin ci-dessous, les deux objets ont le même maître-couple, mais il est évident que les traînées qu'ils subiront seront différentes. C'est donc pour lutter contre la traînée que l'on donne aux avions des formes fuselées et élancées.

La force propulsive permet de vaincre la traînée, et de générer la portance. Le principe est de prendre de l'air à l'avant de l'avion, et de le rejeter à l'arrière avec une vitesse supérieure à la vitesse de l'avion, que ce soit un moteur à hélice ou à réaction. Dans le cas du planeur, il n'y a pas de force propulsive, et les planeurs sont conçus pour avoir une traînée minimale, et une portance maximale. Toutefois, ils ne peuvent se maintenir indéfiniment dans l'air, à cause des frottements, à moins de trouver des "ascendantes", c'est à dire des courants d'air chaud verticaux qui les feront monter, et ils pourront alors convertir l'énergie potentielle de pesanteur en énergie cinétique.

 

II: Décrochage

Lors du vol, le flux d'air forme un angle ave le profil de l'aile. Cet angle sera appelé angle d'attaque ou angle d'incidence:

Tant que l'angle d'attaque reste faible, la portance augmente avec l'angle d'attaque. Mais pour que la portance existe, le flux d'air doit rester laminaire (il doit suivre le profil de l'aile). Ceci n'est possible que pour de petits angles d'attaque:

Au contraire, si l'angle d'attaque est trop important, l'écoulement de l'air devient turbulent:

Dans ce cas, la portance décroît très rapidement et devient même presque nulle. C'est le décrochage (stall). En général, celui-ci se produit se produit environ pour un angle d'attaque supérieur à 15°. Pour être exact, il faut donc parler d'angle de décrochage. Mais, on a vu que la portance augmente avec l'angle d'attaque et avec la vitesse; de plus, pour voler en palier, la portance doit compenser le poids. Pour chaque vitesse de l'avion par rapport au flux d'air (vitesse indiquée ou IAS), il existe donc un angle d'attaque qui correspond à une position d'équilibre. Plus la vitesse est faible, plus l'angle d'attaque devra être grand afin de générer une portance capable de compenser le poids de l'avion.

C'est pourquoi on ne parlera que très rarement d'angle de décrochage, et presque toujours de la vitesse de décrochage. Par exemple, sur le Cessna 182 RG, cette vitesse limite est de 54 noeuds, quand les volets sont rentrés.

 

III: Surfaces de contrôle

Un avion se déplace dans un espace à trois dimensions. Il existe 3 mouvements dits "principaux" qui sont contrôlés par trois types de surfaces de contrôle principales. L'action de ces surfaces génère des mouvements "parasites", dits mouvements secondaires et qui sont compensés par des actions sur d'autres surfaces.

Les 3 mouvements principaux sont le lacet, le tangage et le roulis

Le lacet est un mouvement horizontal, qui est contrôlé par la gouverne de direction, qui se situe sur la queue de l'avion (ou empennage vertical). Elle est actionné par un système de pédales appelé palonnier (touches 0 et Enter, par défaut dans FS). Ses effets secondaires sont une perte d'altitude et un roulis dans le sens du virage:

Le roulis est un mouvement longitudinal, contrôlé par les ailerons, qui sont situés à l'arrière de l'aile. Ils sont actionnés par les mouvements latéraux du manche à balai ou du joystick (touches 4 et 6 dans FS). Quand on incline le manche à gauche, l'aileron gauche se soulève et l'aileron droit s'abaisse. La portance devient plus importante à droite, ce qui provoque une rotation autour de l'axe longitudinal de l'appareil vers la gauche. Ce mouvement engendre une perte d'altitude et un virage dans le sens du roulis.

Le lacet est un mouvement horizontal, qui est contrôlé par la gouverne de direction, qui se situe sur la queue de l'avion (ou empennage vertical). Elle est actionné par un système de pédales appelé palonnier (touches 0 et Enter, par défaut dans FS). Ses effets secondaires sont une perte d'altitude et un roulis dans le sens du virage:

 

Le tangage, enfin est un mouvement vertical, contrôlé par la gouverne de profondeur qui est située sur la queue de l'avion (empennage horizontal). Elle est actionnée par les mouvements verticaux du manche à balai, touches 2 et 8. Quand on pousse le manche, la gouverne s'abaisse, la portance de l'empennage horizontal augmente, ce qui a pour effet de soulever la queue de l'avion, qui se met à piquer. Si on tire le manche, l'action est bien sure inversée.

Le lacet est un mouvement horizontal, qui est contrôlé par la gouverne de direction, qui se situe sur la queue de l'avion (ou empennage vertical). Elle est actionné par un système de pédales appelé palonnier (touches 0 et Enter, par défaut dans FS). Ses effets secondaires sont une perte d'altitude et un roulis dans le sens du virage: