Jour 13 – Comment vole un avion ?

DR400 comment un avion vole

En ce début d’année, pour pouvoir voler il faut avoir renouvelé sa cotisation. Sans ça pas d’assurance, donc impossible de récupérer la clef de l’avion via Aérogest. Evidement, nous avons totalement oublié de la renouveler (malgré les 50 rappels qu’on a du recevoir), donc impossible de voler aujourd’hui. Il nous reste plus qu’à travailler la théorie. Ça tombe bien, Marc avait prévu de nous expliquer comment vole un avion.

Types d’aéronef

Tout d’abord, il n’y a pas que les avions qui volent. Enfin… qui « volent »… en voilà la liste

Aérostat

On y retrouve les ballons et les dirigeables. Leur fonctionnement repose sur « La poussée d’Archimède » qui grosso-modo dit que si t’es moins dense que ton environnement, tu auras tendance à monter. L’air chaud ou l’hélium étant moins dense que l’air ambiant, en toute logique ça monte.
La différence entre les 2 c’est que le dirigeable est équipé de moteur et qu’on peut donc contrôler sa trajectoire, contrairement au ballon qui lui va au gré du vent. (Amis poètes, bonsoir…).

Aérodyne

Voilure fixe

Sans aucune surprise on y retrouve tous les aéronefs qui ont des voiles ou ailes fixes tel que les avions, deltaplane, …

Aérodyne Robin DR400

Voilure tournante

On pense facilement aux hélicoptères et autogires. Mais à ma plus grande surprise l’autogire n’a pas de moteur sur le rotor principal. C’est la vitesse relative de l’appareil qui le fait tourner et créer la portance nécessaire au décollage… c’est dingue. Ce qui explique pourquoi un autogire ne peut pas décoller à la verticale.

L’autre idée reçu, c’est qu’un hélicoptère qui perd son moteur principal n’a plus de portance. Alors soit il en a beaucoup moins et chute rapidement comme un avion le ferait sans moteur, mais il est possible de le poser grâce au phénomène d’auto-rotation.
C’est très bien expliqué dans la vidéo suivante à 21min24 :

Modélisation du vol

Vent relatif

soufflerie aile avionC’est l’écoulement de l’air sur l’avion. Lorsque l’air ambiant se déplace autour d’un avion en déplacement ou à l’arrêt dans une soufflerie. Ce phénomène, qui permet de modéliser l’aérodynamique d’un avion, peut être facilement représenté avec des jets de fumée en soufflerie.

Effet venturi

L’effet venturi démontre que lorsqu’un un fluide arrive avec une certaine pression et qu’on diminue cette pression, celui-ci accélère. C’est comme lorsqu’on pince un tuyau d’arrosage, le jet d’eau part plus loin car la pression au niveau du pincement diminue et les particules prennent de la vitesse. C’est ce qui se produit sur une aile.

Portance

En prenant en compte l’effet venturi, et la courbure d’une aile qui est plus longue sur le dessus (extrados), que le dessous (intrados), on sait qu’une dépression s’effectuera sur le dessus de l’aile et provoquera une portance. Donc contrairement à ce qu’on pourrait penser, l’avion est aspiré vers le haut plutôt que porté par le vent.

La formule suivante, permet de calculer la portance d’un avion, c’est à dire la force perpendiculaire au vent relatif.

Z=\frac 1 2*\rho*S*V^2*C_z

Z est la force en Newton ; ρ (rhô) est la masse de l’air ambiant en kg/m³ ; S est la surface de l’avion ; V est la vitesse en mètre par second ; C_z est le coefficient de portance (la forme, l’incidence,…).

Il est surtout important de la connaître pour comprendre l’influence de chaque élément.

Il faut aussi noter que l’incidence (l’angle par rapport au vent relatif) et la courbure de l’aile, affecteront la portance.

Profil d’aile

profil aile

Aile dissymétrique

C’est le cas de nos DR400 et de la plupart des avions. L’aile sera plus bombée sur l’extrados (le dessus) que sur l’intrados pour favoriser la portance.

Aile symétrique

Ce sont les avions de voltige. Le but étant d’avoir autant de portance en vol classique que sur le dos. Vue que la portance n’est privilégiée d’aucun côté, ces avions auront généralement une plus forte incidence pour compenser.

Épaisseur de l’aile

L’épaisseur de l’aile va naturellement jouer sur la portance. Plus une aile sera épaisse, plus l’air aura de chemin à parcourir et donc créera une dépression plus forte. En revanche elle va aussi créer plus de traînée, ce qui va ralentir l’avion.

Courbure

Plus la courbure sera importante, plus l’effet venturi sera fort se qui augmentera aussi la dépression.

Allongement

C’est le ratio entre la longueur de l’aile et sa surface de portance. Pour simplifier l’allongement est le ratio entre la longueur et la largeur de l’aile. Cela jouera sur la finesse de l’avion qui est le rapport entre la portance et la traînée. Plus l’allongement est grand, meilleure sera la finesse.

Surface

Plus la surface de l’aile est grande, meilleure sera la portance dans certaines mesures, puisqu’elle rajoute aussi du poids et de la traînée.

Traînée

La traînée est une force tout comme la portance. Là où la portance est la composante perpendiculaire au vent relatif, la traînée elle, est la composante parallèle à celui-ci. Cette force ralentit l’avion.

La formule suivante, permet de calculer la traînée de l’avion :

X=\frac 1 2*\rho*S*V^2*C_x

X est la force en Newton ; ρ (rhô) est la masse de l’air ambiant en kg/m³ ; S est la surface de l’avion ; V est la vitesse en mètre par second ; C_x  est le coefficient de traînée.

Traînée parasite

Le frottement de l’air sur la surface de l’avion sera l’un des parasites plus ou moins important en fonction du volume et de la forme de l’avion. D’ailleurs la forme de l’avion pourra aussi créer des traînées parasites dites d’interférence, si il a des changements de forme trop franche, l’air partira dans n’importe quelle direction.

Traînée induite

Elle est causée par ce qu’on appelle le tourbillon marginal. C’est ce qui se passe au bout de l’aile, où l’air de l’intrados se fait aspirer par la dépression de l’extrados et fini par se replier sur lui même.

Cette turbulence peut créer des vortex à l’arrière de l’avion. Ce vortex modifie la portance de l’avion et aura tendance à la pousser vers l’arrière.

Finesse

courbe de finesseLa finesse d’un avion est le rapport entre le coefficient de portance et de traînée, soit C_z/C_x . Elle quantifie la qualité aérodynamique d’un avion. La finesse varie avec l’incidence

  • la portance est nulle en m1
  • m2 est la tangente de la courbe qui représente la finesse maximale
  • m3 est la portance maximale
  • m4 est le point où l’aile décroche

Gouvernes

Chacune des gouvernes vont donc modifier la voilure de l’aile ou le profil général de l’avion (surface, courbure,…). Ceci dans le but de modifier la pression autour de l’avion et y provoquer les phénomènes vus au dessus.

Ailerons

Ils affectent le roulis qui est l’axe traversant l’avion de l’avant à l’arrière. Il est aussi appelé l’axe longitudinal.

Gouverne de profondeur

Cette gouverne affecte le tangage, c’est à dire l’axe de rotation verticale pour cabrer ou piquer du nez. Il est aussi appelé l’axe transversal.

Gouverne de direction

Cette gouverne commandée par le palonnier, permet d’orienter l’avion sur l’axe horizontale (lacet) à droite ou à gauche. Il est aussi appelé l’axe latéral.

Le vol

Les forces

L’avion est soumis à 4 forces :

  1. Traction (généralement exercée par le moteur qui tire l’aéronef vers l’avant)
  2. Traînée (parallèle au vent relatif. Tire l’avion à l’opposé de la traction, donc le ralenti)
  3. Portance (perpendiculaire au vent relatif et aspire l’avion vers le haut)
  4. Poids de l’avion (attire celui ci dans le sens de la gravité)

En palier, la traction et la traînée sont perpendiculaires au poids et la traction. En montée, le poids est toujours perpendiculaire au sol, mais la traction, la traînée et la portance sont décalées vers l’arrière. Ce qui sera forcément le contraire en descente.

Le décrochage

L’effet Coandă veut que les filets d’air suivent le profil de l’aile, ce qui permet la portance comme on a pu le voir plus haut. Lorsque l’incidence est trop importante, les filets d’air n’arriveront plus à suivre le profil de l’aile. La portance ne sera plus assez forte pour contrer le poids de l’avion et celui-ci décrochera.

Les filets d’air se décrocheront en premier à l’arrière de l’aile puis progressivement jusque à l’avant de celle-ci. Les ailerons sont généralement positionnés en bout d’aile, car les avions sont souvent conçu pour décrocher en premier à l’emplanture.

Les dispositifs hypersustentateurs

Un mot super compliqué pour parler des volets :). Bon en réalité, il n’existe pas que les volets, mais le but c’est d’augmenter la portance à vitesse réduite pour rabaisser celle de décrochage. Les volets peuvent augmenter la courbure de l’aile et/ou sa surface. En revanche il n’augmente pas l’angle d’incidence, c’est même le contraire.

Il existe plusieurs type de volet : courbure, intrados, fowler. Il existe aussi les becs qui se trouvent sur le bord d’attaque.

Coût total

On ira payer notre cotisation dans la semaine, pour être sûr de pouvoir voler la prochaine fois. La petite histoire coûte 274€, et il faudra refaire le chèque de caution de 300€ car leur validité n’est que d’un an. Pour rappel, les chèques de caution ne sont pas encaissés et on vous rendra celui de l’année passée, donc pas d’inquiétude à avoir 😉 )

  • Solde précédent : 1997,47€
  • Cotisation 2017 : 274€
  • Total : 2271,47€

Total des heures de vol : 9h20 min.

Total des atterrissages : 12