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12 mars 2008 3 12 /03 /mars /2008 10:24

Matériel : Maquette d’avion

Observation : Le vol lent et le décrochage, l’hypersustentation, l’approche et l’atterrissage (C1M5)

Introduction : Après ce petit vol local, nous passons à la verticale de l’aire à signaux puis entamons notre circuit d’aérodrome par le début de vent arrière, nous passons en base, commençons la descente, puis après le dernier virage, commençons notre approche. A quelle vitesse allons-nous atterrir ; risquons-nous le décrochage si notre avion va trop lentement ; la longueur de la piste sera-t-elle suffisante ; quelle distance notre avion pourra-t-il parcourir sans moteur ?

v       Technique de pilotage : approche finale et atterrissage

Ø        L’approche

Pendant l’approche, le pilote vérifiera dans l’ordre : l’axe, le plan et la vitesse

§          L’axe : (fig. 1 à 3) En finale, vous voyez la piste sous forme d’un trapèze symétrique, s’il n’est plus symétrique, vous n’êtes plus sur l’axe de la piste.

§          Le plan : (fig. 4 et 5) La pente d’approche est un angle par rapport au sol de 3° ou 5% (pour une distance parcourue de 100 m, la variation d’altitude est de 5 m. Le fait que tous les avions utilisent la même pente d’approche accroît la sécurité en permettant au pilote de garder le contact visuel avec les autres aéronefs en approche finale (on voit sur la fig. 5 que les pilotes des avions situés sur la même verticale ne se voient pas).

Caractéristiques de la pente d’approche :

·          par rapport au sol : (fig. 6) L’angle de 3° détermine par rapport au sol une relation hauteur – distance. Aussi est-il possible de déterminer la hauteur à laquelle doit se trouver l’avion en fonction de la distance qui le sépare de l’entrée de piste.

·          dans l’avion : Il existe une relation entre :

¨        la pente d’approche suivie

¨        la vitesse sol de l’avion

¨        le taux de chute Vz (ou vitesse verticale)

Vz ft/min = vitesse sol kt ´ pente %

Sans vent                1 cran de volet        Vz = 80 kt ´ 5  % = 400 ft/min

                                       2 crans de volet       Vz = 70 kt ´ 5  % = 350 ft/min

avec vent (10 kt de face)        1 cran de volet        Vz = 70 kt ´ 5  % = 350 ft/min

                                                       2 crans de volet       Vz = 60 kt ´ 5  % = 300 ft/min

§          La vitesse : En approche elle est de 1,45 Vs, soit 1,45 ´ 100 (vitesse approximative de décrochage) = 145 km/h

Attention ! Lors du dernier virage, il faudra veiller à conserver la bille au milieu (virage symétrique), le dérapage extérieur de l’avion (aile extérieure attaquée en premier par le vent relatif, action sur le palonnier trop importante du côté du virage) occasionnant un facteur de charge plus important  et donc une vitesse de décrochage plus élevée.

Ø        L’atterrissage

L’atterrissage consiste à amener l’avion en contact avec le sol et à l’arrêter sur une distance compatible avec la longueur de piste disponible. C’est pourquoi la prise de contact doit s’effectuer à la plus faible vitesse possible tout en gardant une marge de sécurité suffisante par rapport à la vitesse de décrochage. D’où l’intérêt de se poser face au vent afin de diminuer la vitesse sol de l’avion. En courte finale, tous volets sortis, la vitesse sera de 1,3 Vs, soit 130 km/h

(fig. 7) Le pilote arrondira ensuite la trajectoire d’approche pour diminuer le taux de descente, le toucher des roues ayant lieu entre 1,1 et 1,2 de Vs, soit 110 – 120 km/h.

Ø        Le système lumineux d’indicateur de pente PAPI

(fig. 7 bis) Le système PAPI (Precision Approach Path Indicator = indicateur de plan d’approche de précision) est un système lumineux utilisable de jour comme de nuit, implanté aux abords de l’entrée de piste. A l’aide d’une série de projecteurs rouges ou blancs, il indique au pilote la position de l’avion par rapport au plan d’approche idéal.

v       Décrochage et dispositifs hypersustentateurs

Ø        Comment et pourquoi une aile d’avion décroche-t-elle ?

Ø        L’aile n’a plus assez de portance car la vitesse est trop basse Þ oui

Ø        Pour mieux comprendre le phénomène, revenons au profil d’aile et à la résultante aérodynamique

Répartition des pressions

(fig. 8) La résultante aérodynamique est créée par l’effet de surpression et de dépression  autour de l’aile. La dépression (sur l’extrados) est beaucoup plus importante que la surpression (sur l’intrados), environ deux fois plus forte : la sustentation est générée essentiellement par l’extrados de l’aile.

La résultante aérodynamique va s’appliquer en un point de la corde que l’on appelle centre de poussée qui se trouve au niveau du tiers avant de la corde (du côté du bord d’attaque).

(fig. 9) Comme pour la plaque inclinée, la résultante aérodynamique va être décomposée en deux forces : la traînée (Rx) et la portance (Rz).

Influence de l’incidence

Si, à partir d’une incidence nulle, on augmente lentement l’angle d’incidence du profil, la répartition des champs de pression évolue.

(fig. 10 et 11) Dans un premier temps, on voit augmenter la taille des zones de pression et de dépression avec un déplacement du maximum vers l’avant du profil : la résultante aérodynamique augmente et le centre de poussée avance.

(fig. 12) Lorsque l’incidence atteint une certaine valeur, le champ de dépression sur l’extrados diminue brutalement : on a atteint l’incidence de décrochage. On remarque que la déviation des filets d’air au bord d’attaque devient si importante qu’ils ne peuvent plus suivre l’extrados et qu’ils décollent ou décrochent de la surface de l’aile.

Ce phénomène appelé décrochage survient brutalement pour une incidence voisine de 20° et, la portance diminuant brutalement, l’avion perd de l’altitude.

Ce phénomène pourra être étudié plus précisément avec la portance, la traînée et la polaire de l’aile.

La portance

La portance est la composante verticale et la partie utile de la résultante aérodynamique.

Dès que celle-ci est égale ou supérieure au poids de l’avion, celui-ci peut se maintenir en équilibre dans l’air.

Elle est proportionnelle aux mêmes paramètres que la résistance de l’air et sa formule est :

Rz  = ½.r.V2.S.Cz   

avec :                      r             masse volumique de l’air exprimée en kg/m3

                               V             vitesse de l’avion exprimée en m/s

S             surface de la voilure exprimée en m2

Cz            coefficient de portance (sans unité). Il prend en compte les caractéristiques de l’aile (forme, épaisseur, envergure, etc.) et, pour une aile donnée, la valeur du coefficient de portance va varier en fonction de l’incidence (fig. 13). On voit que le coefficient de portance augmente proportionnellement à l’incidence a jusqu’à ce qu’elle atteigne l’incidence de décrochage. A ce moment précis, le coefficient de portance chute brutalement.

§          Comment peut-on éviter le décrochage ?

§          En conservant une incidence faible Þ oui, mais en courte finale, on est obligé d’avoir une vitesse plus faible et pour ne pas perdre d’altitude, on est obligé de tirer sur le manche pour augmenter l’incidence donc la portance, d’où le risque de décrochage

§          Grâce aux volets Þ oui, quel est leur intérêt, comment influencent-ils sur le décrochage ?

§          (fig. 14) Les volets ainsi que les becs de bord d’attaque sont des dispositifs hypersustentateurs qui permettent de maintenir la portance à des vitesses plus faibles que sans volets. Ils agissent en augmentant à la fois la surface de l’aile et sa courbure et donc la portance de l’aile. Le becs permettent en plus un accroissement de l’angle d’incidence (ils canalisent les filets d’air ce qui leur donne de l’énergie pour recoller au profil). De plus, grâce aux becs et aux volets hypersustentateurs, les vitesses de décollage et d’atterrissage sont plus faibles, donc la longueur de piste nécessaire sera plus réduite.

§          Pourquoi n’utilise-t-on pas ces dispositifs hypersustentateurs en permanence ?

§         

§          Lorsque ces dispositifs sont utilisés, la portance augmente fortement, mais malheureusement la traînée aussi : la résistance à l’avancement est plus grande. En dehors des phases de décollage et d’atterrissage, les becs et les volets sont donc rentrés afin de diminuer la traînée et la consommation en carburant. On dit alors que l’avion est en configuration lisse.

§          Quels sont les différents types de dispositifs hypersustentateurs ?

§          (fig. 15) Parfois des fentes sont aménagées entre le profil et le dispositif hypersustentateurs afin de redonner de l’énergie à l’écoulement de l’extrados et retarder ainsi le décollement de la couche limite. La vitesse à laquelle  le décrochage se produit est encore diminuée.

Fiche élève n° 13 (AM 1-07) remplie avec l’aide de l’enseignant

La traînée

La traînée est la composante horizontale et la partie nuisible de la résultante aérodynamique. Plus cette traînée sera faible, plus l’avion avancera facilement. Elle est proportionnelle aux mêmes paramètres que la résistance de l’air et sa formule est :

Rx  = ½.r.V2.S.Cz  

Comme pour la portance, le coefficient de traînée prend en compte les caractéristiques de l’aile (forme, épaisseur, envergure, etc.) et, pour une aile donnée, la valeur du coefficient de traînée va varier en fonction de l’incidence (fig. 16). On voit que la traînée est minimale pour une incidence légèrement négative puis, lorsque l’incidence augmente, la traînée augmente peu à peu, puis de plus en plus vite.

¨        La traînée induite

Il existe plusieurs types de traînée :

Ø        La traînée de profil due aux forces de frottement sur le profil

Ø        La traînée de forme due à la forme du profil

Ø        La traînée induite : (fig. 17) A l’extrémité de l’aile la surpression de l’intrados a tendance à aller combler la dépression d’extrados en contournant l’extrémité de la voilure. Comme l’avion avance, le mouvement de rotation ainsi amorcé crée un tourbillon à chaque extrémité d’aile, appelé tourbillon marginal ou vortex.

Ces vortex freinent la progression de l’avion, pour tenter de les supprimer, il existe deux solutions :

§          (fig. 18) la première consiste à concevoir des ailes les plus longues possible

§          (fig. 19 et 20) la deuxième consiste à placer deux ailettes verticales aux extrémités des ailes : des winglets.

Les tourbillons marginaux forment également  une turbulence de sillage  représentant un danger important pour un avion qui y pénètre (retournement de l’avion), on ménage donc une distance de sécurité entre les gros porteurs et les avions légers.

Fiche élève n° 14 Tourbillons marginaux (AM 1-06) remplie avec l’aide de l’enseignant

¨        Comment est-il possible d’utiliser la traînée ?

¨        Pour ralentir l’avion Þ oui, à l’atterrissage et pour diminuer les distances de roulement

¨        En vol, les dispositifs particuliers permettant d’augmenter fortement la traînée sont les aérofreins et les hyposustentateurs ou spoilers :

Ø        Les aérofreins servent à freiner l’avion à l’atterrissage pour diminuer les distances de roulement. En général, il s’agit de grilles qui ne perturbent pas l’écoulement sur l’aile (et ne modifient donc pas la portance), mais qui génèrent une forte augmentation de la traînée. Ils peuvent être placés sur l’extrados, l’intrados, ou sur le fuselage.

Ø        (fig. 21) Les hyposustentateurs ou spoilers ont les mêmes effets que les aérofreins : ils augmentent la traînée mais diminuent aussi fortement la portance. Ce sont des plans mobiles placés exclusivement sur l’extrados de l’aile qui ne laissent passer aucun écoulement et qui détruisent aussi la portance.

Ø        Quels sont les indices permettant de détecter l’approche du décrochage ?

Ø       

Ø        Perte d’efficacité des gouvernes (les gouvernes sont molles)

Ø        Le buffeting : vibrations dues à l’apparition d’un écoulement tourbillonnaire sur l’aile

Ø        L’avertisseur de décrochage, petite palette mécanique du bord d’attaque de l’aile qui est soulevée par le vent relatif lorsque l’angle d’incidence atteint une valeur proche de l’incidence de décrochage. Il se déclenche 5 à 10 kt avant le décrochage

v       La polaire de l’aile : incidence de décrochage et finesse

(fig. 22) La polaire est une combinaison des graphes Cx et Cz déjà étudiés.

(fig. 23) Les points intéressants pour nous :

Ø        M1 représente l’angle d’incidence où la portance est nulle

Ø        M2 représente l’angle d’incidence où la traînée est minimale

Ø        M4 représente l’angle d’incidence maximale, celui du décrochage

Ø        M3 représente l’angle d’incidence où la finesse aérodynamique est maximale

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Published by Manu - dans Cours
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