A

1
Aérodynamique et Mécanique du vol

• Présentation réalisée par F. WILLOT

2
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 dun aéronef

3
Aérodynamique et Mécanique du vol I Les forces
aérodynamiques

1. Les actions de lair en écoulement
2. Etude de la portance
3. Etude de la traînée

4
I Les forces aérodynamiques1. Les actions de
lair 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

5
I Les forces aérodynamiques1. Les actions de
lair en écoulement

• Créons un courant dair

• l'air pousse lobstacle qu'il rencontre par
  augmentation de la pression sur une des faces de
  celui-ci.

6
I Les forces aérodynamiques1. Les actions de
lair en écoulement

• Créons un courant dair

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.
7
I Les forces aérodynamiques1. Les actions de
lair en écoulement
Créons un courant dair 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.

8
I Les forces aérodynamiques1. Les actions de
lair 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 - une
perpendiculaire à la vitesse, la portance La
somme vectorielle de ces deux forces constitue la
résultante des forces aérodynamiques
9
Aérodynamique et Mécanique du vol I Les forces
aérodynamiques

1. Les actions de lair en écoulement
2. Etude de la portance
3. Etude de la traînée

10
I Les forces aérodynamiques2. 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.

11
I Les forces aérodynamiques2. Etude de la
portance
Influence de la forme du profil

• Plaçons une plaque plane dans la soufflerie

12
I Les forces aérodynamiques2. Etude de la
portance
Influence de la forme du profil
La plaque sincline dun angle denviron 20 par
rapport à la verticale.

• Lair crée une surpression sur le dessous de la
  plaque.

13
I Les forces aérodynamiques2. Etude de la
portance
Influence de la forme du profil

• Plaçons une plaque incurvée dans la soufflerie

14
I Les forces aérodynamiques2. Etude de la
portance
Influence de la forme du profil
La plaque sincline dun angle denviron 45 par
rapport à la verticale.

• Lair crée une surpression sur le dessous de la
  plaque et une dépression sur le dessus.
• La plaque est aspirée vers le haut

15
I Les forces aérodynamiques2. Etude de la
portance
Influence de la forme du profil

• Plaçons une autre plaque un peu plus incurvée

16
I Les forces aérodynamiques2. Etude de la
portance
Influence de la forme du profil
La plaque sincline dun angle denviron 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

17
I Les forces aérodynamiques2. 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.

18
I Les forces aérodynamiques2. Etude de la
portance

• Il en résulte une force de pression verticale
  orientée vers le haut (la portance).
• 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).

19
I Les forces aérodynamiques2. Etude de la
portance

• Les profils daile

1 Bord dattaque
2 Bord de fuite
3 Extrados
4 Intrados
5 Corde
6 Epaisseur
7 Corde moyenne
8 Flèche
3
6
7
8
2
1
4
5
20
I Les forces aérodynamiques2. 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.

21
I Les forces aérodynamiques2. 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 

22
I Les forces aérodynamiques2. 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.

23
I Les forces aérodynamiques2. Etude de la
portance

• Le centre de portance (point dapplication de la
  portance) se situe entre 30 et 50 de la corde
  depuis le bord dattaque. Il avance quand
  lincidence augmente jusquà lincidence de
  décrochage puis recule.
• Le foyer (point dapplication des variations de
  portance) se situe entre 20 et 30 de la corde
  depuis le bord dattaque. Sa position varie peu.

24
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.
25
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.
26
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.
27
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.
28
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.
29
I Les forces aérodynamiques2. Etude de la
portance

• Influence de la vitesse

• Dans le film qui suit, une maquette davion est
  placée en soufflerie sur une balance de précision
  tarée.
• La vitesse de lécoulement est augmentée par
  palier et on relève à chaque fois lindication de
  la balance.

30
I Les forces aérodynamiques2. Etude de la
portance

• Influence de la vitesse

31
I Les forces aérodynamiques2. Etude de la
portance

• Influence de la vitesse

• La balance est  soulagée  par la portance de la
  maquette.
• La masse indiquée par la balance permet alors de
  calculer Rz.

32
I Les forces aérodynamiques2. 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.

33
I Les forces aérodynamiques2. Etude de la
portance

• Influence de lincidence

L'angle d'incidence est l'angle formé par la
direction de la vitesse et celle de la ligne de
foi de l'avion.
34
I Les forces aérodynamiques2. Etude de la
portance

• Influence de lincidence

Un dispositif adapté permet de faire varier
lincidence de la maquette dans la soufflerie.
35
I Les forces aérodynamiques2. Etude de la
portance

• La vitesse de lécoulement est constante.
• Lincidence est fixée successivement à
  différentes valeurs entre 0 et 24 et on relève
  lindication de la balance.

36
I Les forces aérodynamiques2. Etude de la
portance

• La vitesse de lécoulement est constante.
• Lincidence est fixée à une valeur de -24 et on
  relève lindication de la balance.

• Le signe de la masse a changé.
• La maquette appuie sur la balance.
• La portance est orientée vers le bas.

37
I Les forces aérodynamiques2. Etude de la
portance

• Pour une vitesse donnée, la portance augmente
  avec l'incidence.
• Une incidence négative assez forte engendre une
  portance négative.

38
I Les forces aérodynamiques2. 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 

39
I Les forces aérodynamiques2. 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.

40
I Les forces aérodynamiques2. Etude de la
portance

• Expression de la portance

• ? 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.

41
I Les forces aérodynamiques2. 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.

42
I Les forces aérodynamiques2. 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.

43
Aérodynamique et Mécanique du vol I Les forces
aérodynamiques

1. Les actions de lair en écoulement
2. Etude de la portance
3. Etude de la traînée

44
I Les forces aérodynamiques3. 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).

45
I Les forces aérodynamiques3. Etude de la traînée

• La première est liée à la forme du profil. Les
  différents profils engendrent des écoulements
  différents.

46
I Les forces aérodynamiques3. 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.

47
I Les forces aérodynamiques3. 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.

48
I Les forces aérodynamiques3. 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.

49
I Les forces aérodynamiques3. Etude de la traînée

• Influence de la forme

• Un mobile est placé dans la soufflerie.
• A léquilibre il simmobilise en position 2.
• La lecture du repère 2 donne la norme de la
  traînée.

50
I Les forces aérodynamiques3. 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.

51
I Les forces aérodynamiques3. Etude de la traînée

• forme 1

1
52
I Les forces aérodynamiques3. Etude de la traînée

• forme 2

2
53
I Les forces aérodynamiques3. Etude de la traînée

• forme 3

3
54
I Les forces aérodynamiques3. Etude de la traînée

• forme 4

4
55
I Les forces aérodynamiques3. Etude de la traînée

• Influence de la forme

2
3
4
1

• La traînée est très dépendante de la forme.

56
I Les forces aérodynamiques3. Etude de la traînée

• Influence de la vitesse

• Dans la diapositive suivante, un mobile est placé
  en soufflerie et la vitesse est augmentée
  progressivement.

57
I Les forces aérodynamiques3. Etude de la traînée

• Influence de la vitesse

58
I Les forces aérodynamiques3. 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.

59
I Les forces aérodynamiques3. Etude de la traînée

• Influence de lincidence
• 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.

60
I Les forces aérodynamiques3. Etude de la traînée

• Influence de lallongement
• L'allongement d'un avion est le rapport entre le
  carré de son envergure (L) et sa surface alaire
  (S surface des ailes) 

61
I Les forces aérodynamiques3. Etude de la traînée

• Influence de lallongement
• Plus lallongement 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.
62
I Les forces aérodynamiques3. Etude de la traînée
Expression de la traînée

• Avec
• r 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.

63
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 dun aéronef

64
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

65
II Contrôle de la trajectoire1. Le contrôle en
tangage

• Laxe de tangage est perpendiculaire à la ligne
  de foi de lavion

66
II Contrôle de la trajectoire1. 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).

67
II Contrôle de la trajectoire1. Le contrôle en
tangage

• Les modifications de la portance sont obtenues en
  braquant la gouverne de profondeur.

68
II Contrôle de la trajectoire1. Le contrôle en
tangage

• Les mouvements de la profondeur sont symétriques
  sur la partie droite et la partie gauche de
  l'empennage horizontal.

69
II Contrôle de la trajectoire1. 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 lopérateur.

70
II Contrôle de la trajectoire1. Le contrôle en
tangage

• Les élévateurs sont braqués vers le bas

71
II Contrôle de la trajectoire1. Le contrôle en
tangage

• Elévateurs braqués vers le bas
• ? mouvement à piquer

72
II Contrôle de la trajectoire1. Le contrôle en
tangage

• Les élévateurs sont braqués vers le haut

73
II Contrôle de la trajectoire1. Le contrôle en
tangage

• Elévateurs braqués vers le haut
• ? mouvement à cabrer

74
II Contrôle de la trajectoire1. 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
  naugmente pas le régime moteur.
• De même, si on pousse sur le manche, il faut
  réduire les gaz pour éviter que la vitesse
  n'augmente.

75
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

76
II Contrôle de la trajectoire2. Le contrôle en
roulis

• Laxe de roulis correspond à la ligne de foi de
  lavion

77
II Contrôle de la trajectoire2. 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.

78
II Contrôle de la trajectoire2. Le contrôle en
roulis

• Pour modifier la portance des ailes on utilise
  des ailerons.

79
II Contrôle de la trajectoire2. 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.

80
II Contrôle de la trajectoire2. Le contrôle en
roulis

• 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.

81
II Contrôle de la trajectoire2. 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 lopérateur.

82
II Contrôle de la trajectoire2. Le contrôle en
roulis

• Laileron droit est braqué vers le bas et le
  gauche vers le haut

83
II Contrôle de la trajectoire2. Le contrôle en
roulis

• Aileron droit braqué vers le bas et aileron
  gauche vers le haut
• ? roulis à gauche

84
II Contrôle de la trajectoire2. Le contrôle en
roulis

• Laileron droit est braqué vers le haut et le
  gauche vers le bas

85
II Contrôle de la trajectoire2. Le contrôle en
roulis

• Aileron droit braqué vers le haut et aileron
  gauche vers le bas
• ? roulis à droite

86
II Contrôle de la trajectoire2. 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.
• Leffet secondaire du gauchissement est le lacet
  inverse.

87
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

88
II Contrôle de la trajectoire3. Le contrôle en
lacet

• Laxe de lacet est perpendiculaire au plan des
  ailes

89
II Contrôle de la trajectoire3. 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 lempennage 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.

90
II Contrôle de la trajectoire3. Le contrôle en
lacet

• 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 lavion.

91
II Contrôle de la trajectoire3. Le contrôle en
lacet
92
II Contrôle de la trajectoire3. 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.

93
II Contrôle de la trajectoire3. 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 lopérateur.

94
II Contrôle de la trajectoire3. Le contrôle en
lacet

• La direction est braqué à droite

95
II Contrôle de la trajectoire3. Le contrôle en
lacet

• La gouverne de direction est braquée à droite
• ? Lacet à droite

96
II Contrôle de la trajectoire3. Le contrôle en
lacet

• La direction est braqué à gauche

97
II Contrôle de la trajectoire3. Le contrôle en
lacet

• La gouverne de direction est braquée à gauche
• ? Lacet à gauche

98
II Contrôle de la trajectoire3. 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.

99
II Contrôle de la trajectoire3. 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.

100
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 dun aéronef

101
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

102
III Etude des polaires1. Généralités sur les
polaires

• Les polaires sont des courbes qui permettent de
  représenter les caractéristiques dun 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.

103
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

104
III Etude des polaires2. 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.

105
III Etude des polaires2. Etude de la polaire de
type EIFFEL
2  le point de Cx mini (traînée minimale du
profil incidence faible)
4  le point de Cz max (portance maximale
incidence proche du décrochage traînée
importante)
1  le point de portance nulle (à faible
incidence)
3  le point de finesse max (incidence assez
faible)
5  zone de décrochage du profil Cz chute
106
III Etude des polaires2. 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 

• Ce point se repère sur la polaire en prenant la
  tangente à la courbe passant par l'origine du
  repère.

107
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

108
III Etude des polaires3. 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.

109
III Etude des polaires3. Etude de la polaire des
vitesses

• le taux de chute mini (1) représente la vitesse
  verticale minimale de plané.
• C'est à cette vitesse que la descente durera le
  plus longtemps.

• la finesse max (2) vitesse pour laquelle la
  distance parcourue avant d'arriver au sol, sans
  vent, sera la plus grande.

• LLa zone de décrochage (3).

110
III Etude des polaires3. 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.

111
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 dun aéronef

112
Aérodynamique et Mécanique du vol IV Les
principales phases du vol

1. Les axes et les angles de la mécanique du vol
2. Le vol rectiligne uniforme en palier
3. La montée rectiligne uniforme
4. La descente rectiligne uniforme
5. Le virage symétrique en palier à vitesse
   constante
6. Le vol plané
7. Le décollage
8. Latterrissage

113
IV Les principales phases du vol1. Les axes et
les angles de la mécanique du vol

• Les axes avion

114
IV Les principales phases du vol1. Les axes et
les angles de la mécanique du vol

• Les axes aérodynamiques

115
IV Les principales phases du vol1. Les axes et
les angles de la mécanique du vol

• Les principaux angles sont lassiette,
  lincidence, la pente, linclinaison et le
  dérapage.

116
IV Les principales phases du vol1. Les axes et
les angles de la mécanique du vol

• L'assiette est gt 0 si le nez de l'avion est au
  dessus de l'horizon et lt 0 s'il est en dessous.

• L'incidence est gt 0 si la ligne de foi est au
  dessus de la direction de la vitesse.

• La pente est gt 0 si la vitesse est au dessus de
  l'horizontale

117
IV Les principales phases du vol1. Les axes et
les angles de la mécanique du vol

• L'assiette est langle indiqué par lhorizon
  artificiel.
• L'incidence est un paramètre essentiel du
  pilotage.
• La pente matérialise la trajectoire de lappareil.

118
IV Les principales phases du vol1. Les axes et
les angles de la mécanique du vol

• 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.

119
IV Les principales phases du vol1. Les axes et
les angles de la mécanique du vol

• 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).

120
Aérodynamique et Mécanique du vol IV Les
principales phases du vol

1. Les axes et les angles de la mécanique du vol
2. Le vol rectiligne uniforme en palier
3. La montée rectiligne uniforme
4. La descente rectiligne uniforme
5. Le virage symétrique en palier à vitesse
   constante
6. Le vol plané
7. Le décollage
8. Latterrissage

121
IV Les principales phases du vol2. Le vol
rectiligne uniforme en palier

• Pour maintenir l'équilibre de l'avion il faut
  que 
• la portance équilibre le poids
• la traction équilibre la traînée 

122
IV Les principales phases du vol2. 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 

123
Aérodynamique et Mécanique du vol IV Les
principales phases du vol

1. Les axes et les angles de la mécanique du vol
2. Le vol rectiligne uniforme en palier
3. La montée rectiligne uniforme
4. La descente rectiligne uniforme
5. Le virage symétrique en palier à vitesse
   constante
6. Le vol plané
7. Le décollage
8. Latterrissage

124
IV Les principales phases du vol3. La montée
rectiligne uniforme

• Du point de vue de la sustentation
• RZ compense la projection de P dans sa direction
• Pour la propulsion  
• T compense Rx et la projection de P dans sa
  direction

125
IV Les principales phases du vol3. 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.

126
Aérodynamique et Mécanique du vol IV Les
principales phases du vol

1. Les axes et les angles de la mécanique du vol
2. Le vol rectiligne uniforme en palier
3. La montée rectiligne uniforme
4. La descente rectiligne uniforme
5. Le virage symétrique en palier à vitesse
   constante
6. Le vol plané
7. Le décollage
8. Latterrissage

127
IV Les principales phases du vol4. 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.

128
Aérodynamique et Mécanique du vol IV Les
principales phases du vol

1. Les axes et les angles de la mécanique du vol
2. Le vol rectiligne uniforme en palier
3. La montée rectiligne uniforme
4. La descente rectiligne uniforme
5. Le virage symétrique en palier à vitesse
   constante
6. Le vol plané
7. Le décollage
8. Latterrissage

129
IV Les principales phases du vol5. Le virage
symétrique en palier à vitesse constante
Dans cette configuration l'équilibre des forces
amène à écrire 

• la traction compense la traînée 
• la composante verticale de la portance compense
  le poids 

130
IV Les principales phases du vol5. 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 

• 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).

131
IV Les principales phases du vol5. Le virage
symétrique en palier à vitesse constante

• En virage la vitesse de décrochage est multipliée
  par
• Si le nez de lavion est à lintérieur de la
  trajectoire, le virage est qualifié de dérapé.
• Si le nez de lavion est à lextérieur de la
  trajectoire, le virage est qualifié de glissé.

132
Aérodynamique et Mécanique du vol IV Les
principales phases du vol

1. Les axes et les angles de la mécanique du vol
2. Le vol rectiligne uniforme en palier
3. La montée rectiligne uniforme
4. La descente rectiligne uniforme
5. Le virage symétrique en palier à vitesse
   constante
6. Le vol plané
7. Le décollage
8. Latterrissage

133
IV Les principales phases du vol6. Le vol plané

• L'équilibre du vol donne les deux équations
  suivantes 
• en projetant les forces sur la direction de Rz 

• en projetant sur la direction de Rx 

134
IV Les principales phases du vol6. Le vol plané

• On peut alors en déduire la pente de descente 

• La pente de descente est donc d'autant plus
  faible que la finesse est importante.

135
IV Les principales phases du vol6. Le vol plané

• Comme le montre le schéma ci-contre, la tangente
  de la pente correspond aussi au rapport de
  l'altitude perdue sur la distance parcourue 

• Connaissant f et H on peut calculer D  D f.H

136
IV Les principales phases du vol6. Le vol plané

• Pour un aéronef donné, la finesse maximale
  correspond à une incidence de vol précise. Si la
  masse de laéronef augmente, la finesse maximale
  est inchangée mais la vitesse correspondante est
  plus élevée.

137
Aérodynamique et Mécanique du vol IV Les
principales phases du vol

1. Les axes et les angles de la mécanique du vol
2. Le vol rectiligne uniforme en palier
3. La montée rectiligne uniforme
4. La descente rectiligne uniforme
5. Le virage symétrique en palier à vitesse
   constante
6. Le vol plané
7. Le décollage
8. Latterrissage

138
IV Les principales phases du vol7. Le décollage
Le décollage se décompose en trois phases 

• l'envol (3)  dans cette phase l'avion a quitté
  le sol mais en est encore très proche. Il faut
  continuer à accélérer pour assurer la prise
  d'altitude. Le décollage se termine au passage à
  la hauteur de 15 m par rapport au sol.

• le roulement (1)  pendant cette phase l'avion
  accélère sur la piste afin d'atteindre une
  vitesse lui permettant d'assurer sa sustentation
  par une portance suffisante.

• la rotation (2)  lorsque la vitesse de décollage
  est atteinte on effectue la rotation pour placer
  l'avion à l'assiette de montée.

Un terrain situé à haute altitude, une forte
température ou un vent arrière augmentent la
longueur de décollage.
139
Aérodynamique et Mécanique du vol IV Les
principales phases du vol

1. Les axes et les angles de la mécanique du vol
2. Le vol rectiligne uniforme en palier
3. La montée rectiligne uniforme
4. La descente rectiligne uniforme
5. Le virage symétrique en palier à vitesse
   constante
6. Le vol plané
7. Le décollage
8. Latterrissage

140
IV Les principales phases du vol8. Latterrissage
L'atterrissage se décompose également en trois
phases 

• la finale (1)  l'avion descend sur une pente
  stabilisée avec une vitesse constante.

• l'arrondi (2)  près du sol le pilote réduit la
  pente de descente afin de tangenter le sol, on
  dit qu'il arrondit.

• la décélération (3)  une fois les roues au sol
  l'atterrissage n'est pas terminé. Il faut perdre
  sa vitesse sur la piste avant de pouvoir dégager
  vers le parking.

141
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 dun aéronef

142
Aérodynamique et Mécanique du vol V Stabilité
statique dun aéronef

1. Stabilité statique longitudinale
2. Stabilité statique transversale

143
V Stabilité statique dun aéronef1. 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
  laérologie.

144
V Stabilité statique dun aéronef1. Stabilité
statique longitudinale

• La stabilité est dite longitudinale quand on
  étudie les mouvements autour de l'axe de tangage.
  
• Une petite variation dincidence doit provoquer
  un retour spontané à la positon d'équilibre.

145
V Stabilité statique dun aéronef1. Stabilité
statique longitudinale

• Une maquette davion en polystyrène est lancée

146
V Stabilité statique dun aéronef1. Stabilité
statique longitudinale

• La maquette est instable.
• Lavion cabre violemment puis décroche.
• Lavion ne peut pas voler dans cette
  configuration.
• Un trombone est ajouté pour déplacer le centre de
  gravité vers lavant de la maquette.

147
V Stabilité statique dun aéronef1. Stabilité
statique longitudinale

• La maquette équilibrée est lancée

148
V Stabilité statique dun aéronef1. Stabilité
statique longitudinale

• La maquette ne cabre plus.
• Lavion est stable sur laxe de tangage.
• Pour équilibrer lavion il faut que le centre de
  gravité soit situé suffisamment en avant.

149
V Stabilité statique dun aéronef1. Stabilité
statique longitudinale

• 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.

150
V Stabilité statique dun aéronef1. Stabilité
statique longitudinale
Réaction à une augmentation dincidence

• Si i ?, Rz ? et Rze ? (elle devient moins
  négative).
• ? couple à piquer qui tend à ramener l'avion dans
  sa position initiale.

151
V Stabilité statique dun aéronef1. Stabilité
statique longitudinale
Réaction à une diminution dincidence

• Si i ?, Rz ? et Rze ? (elle devient plus
  négative).
• ? couple à cabrer qui tend à ramener l'avion dans
  sa position initiale.

152
V Stabilité statique dun aéronef1. Stabilité
statique longitudinale

• Un avion est stable longitudinalement si le foyer
  de l'aile est en arrière du centre de gravité de
  l'avion.

153
Aérodynamique et Mécanique du vol V Stabilité
statique dun aéronef

1. Stabilité statique longitudinale
2. Stabilité statique transversale

154
V Stabilité statique dun aéronef2. 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

155
V Stabilité statique dun aéronef2. Stabilité
statique transversale

• - l'effet de dièdre 

En général, un dièdre positif augmente la
stabilité latéral en roulis dun aéronef et un
dièdre négatif favorise linstabilité.

• Un avion avec un dièdre positif vole avec un
  dérapage positif (vent relatif sur la droite du
  fuselage).

• Le vent relatif est décomposé en une composante
  parallèle aux ailes (Vp) et une composante
  perpendiculaire (Vt).

• Le dièdre entraîne une augmentation de
  l'incidence de l'aile droite et une diminution de
  celle de l'aile gauche.

• L'effet sur leur portance respective entraîne du
  roulis à gauche.

• Si le dièdre est négatif, l'effet est inversé
  (roulis à droite).

156
V Stabilité statique dun aéronef2. Stabilité
statique transversale

• - l'effet de flèche 

• On décompose celle-ci sur chacune des ailes en
  une composante parallèle au bord d'attaque (Vpar)
  et une composante perpendiculaire (Vper).

• On constate sur le schéma que la composante
  perpendiculaire de l'aile droite est nettement
  plus importante que celle de l'aile gauche.

• Un dérapage positif donne une vitesse de l'air
  venant de la droite de l'appareil.

• Or, la portance est générée par cette composante
  perpendiculaire. L'aile droite porte donc plus
  que l'aile gauche.

• Il en résulte un roulis à gauche.

• Si la flèche est inversée, l'effet est inversé.
• DDe même si le dérapage est négatif (vent relatif
  sur la gauche du fuselage), la rotation est
  inversée

157
V Stabilité statique dun aéronef2. Stabilité
statique transversale

• - la position des ailes 

• 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.

158
V Stabilité statique dun aéronef2. Stabilité
statique transversale
- la dérive 

• Un dérapage à droite entraîne une force
  aérodynamique vers la gauche sur la dérive.

• Etant donné la position de celle-ci il en résulte
  une rotation sur l'axe de lacet qui permet de
  réduire le dérapage.

• Il en résulte également un très léger effet de
  roulis par la gauche (mais bien souvent
  imperceptible si la taille de l'empennage
  vertical est raisonnable).

159
V Stabilité statique dun aéronef2. Stabilité
statique transversale

• Pour assurer une stabilité transversale en roulis
  on adopte en général les configurations
  suivantes 

160
V Stabilité statique dun aéronef2. 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.

161
V Stabilité statique dun aéronef2. 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.

162
Fin.
Présentation réalisée par F.WILLOT