BIAMécanique de Vol - 2

1

2

La finesseDéfinition:c’est l’aptitude d’un avion à «transformer» en vol plané une hauteur H en distance D.

H

D

Si D = 10 H, on dit que la finesse de l’avion est de 10

3

La finesse

Ra

Rx

Rz

Vent relatif

Mais c’est aussi le rapport entre la Portance Rz et la traînée Rx:

f = Rz / Rx

4

La finesse

Ra

Rx

Rz

Vent relatif

La finesse varie donc en fonction de l’angle d’incidence.

5

Influence du profil d’une aile

Les qualités aérodynamiques d’une aile varient en fonction de son profil

Deux éléments jouent un rôle essentiel:

Sa courbure

Son épaisseur

6

Influence du profil sur la portance

A

C B

Profil biconvexe dissymétriqueProfil creux fin

Profil creux épais

7

Influence du profil sur la traînée

AA

C B

8

Influence du profil sur la Résultante Aérodynamique

AA

C B

9

Influence de l’allongement de l’aile

La traînée totale d’une aile est la somme de 2 traînées particulières:

- la traînée de profil- la traînée induite

La première est due à l’état de surface de l’aile et à la résistance des forces de pression appliquées à sa surface

La deuxième trouve son origine dans la portance

10

Influence de l’allongement de l’aile

Intrados

Extrados

11

Influence de l’allongement de l’aile

Aux extrémités de l’aile, l’air en surpression sous l’intrados tend à s’écouler vers l’extrados en donnant naissance à 2 tourbillons marginaux

12

Tourbillons en bout d’aile

Aux extrémités de l’aile, l’air en surpression sous l’intrados tend à s’écouler vers l’extrados en donnant naissance à 2 tourbillons marginaux

13

Tourbillon en bout d’aileAux extrémités de l’aile, l’air en surpression sous l’intrados tend à s’écouler vers l’extrados en donnant naissance à 2 tourbillons marginaux

Solution: Rendre l’aile infinie ? Solution: Réduire les tourbillons en adaptant des « Winglets ».En cours de généralisation sur les avions de ligne

1417/07/00

Un grand allongement donne un meilleur coefficient de Portance (CZ)

1517/07/00

Variation du Cz en fonction de l’allongement

Cz

0 20° 25°15°10°5°-5°-10°-15°

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

Faible allongement

Grand allongement

Cz max

Cz max

16

Influence de la surface de l’aile

La portance et la traînéesont proportionnelles àla surface de l’aile

17

6500 m/0= 0,5

Niveau de la mer

/0 = 1

5 0

00 N

10 0

00 N

Influence densité de l’air /0

(1,225 kg/m3)

18

Les coefficients de portance et de traînée

On peut mettre en équation l’intensité de la portance Rz et de la traînée Rx:

Rz = ½ V² S Cz

Rx = ½ V² S Cx

(ro) est la masse volumique de l’air en kg/m3

S la surface de référence de l’avion en m2

V la vitesse par rapport à la masse d’air en m/sCx et CZ sont des coefficients sans unité

19

Pression dynamique et portance

Le mathématicien Bernouilli a montré que dans un écoulement fluide, la somme de la pression statique et de la pression dynamique est une constante:

Ps + ½ V² = constante

Dans l’équation Rz = ½ V² S Cz

½ V² pression dynamiqueS surface des ailes en m²Cz coefficient de portance du profil

20

Exemple:Un avion à une Vp de 100 kt. La surface de ses ailes

est de 18 m². La densité de l’air est 1,225 kg/m3.

Si à l’incidence de vol le coefficient de portance Cz est de 0,4 et le coefficient de traînée 0,05 on demande de calculer:

• La portance• La traînée• La finesse

• La finesse: 0,4 / 0,05 = 8

• La portance: 1,225 x 50²x 18 x 0,4 / 2 = 11 024 N

• La traînée: 1,225 x 50²x 18 x 0,05 / 2 = 1378 N

21

On regroupe ces différents paramètres en 2 coefficients:

- le coefficient de portance : Cz- le coefficient de traînée : Cx

Les variations de ces 2 paramètres seront regroupées sur 1 seule courbe:

la POLAIRE

2217/07/00 Mécanique du vol

Variation des Cz en fonction de l’incidence Cz

0 20° 25°15°10°5°-5°-10°-15°

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

2317/07/00 Mécanique du vol

Variation des Cx en fonction de la variation de l’angle d’incidence Cx

0 20° 25°15°10°5°-5°-10°-15°

0,04

0,08

0,12

0,16

0.20

0,24

24

PolairePolaire

Cz

Cx

1

0,5

1,5

0 0,5 1

La polaire d’une aile est représentative del’évolution des coefficients Cx et Cz en fonction de l’incidence

Le rapport Cz / Cx s’appelle la

finesse « f »

f = Cz / Cx

ou f = Rz / Rx

25

PolairePolaireCz

Cx

E

S

M

P

R

Vol normal

Vol inversé

Portance nulle

Trainée minimale

Finesse max vol normal

Finesse max vol dos

Portance maxi

26

Quelques dispositifs hypersustentateurs

Système bec et volet

Volet Fowler

Volet d’intrados

Volet de courbure à fente

Volet de courbure

27Cx

Cz

Volets 40°

Volets 25°

28

Equilibre des forcesVol horizontal

z

x T

P

Ra

Poids

TrainéeTraction

PortanceRésultanteAérodynamique

RésultanteMécanique

T + P + Ra = 0

29

Equilibre des forcesVol en montée

P

RaTx

z

Poids

TrainéeTraction

PortanceRésultanteAérodynamique

RésultanteMécanique

T + P + Ra = 0

30

Equilibre des forcesVol en descente

P

Ra

x

z

T

Poids

TrainéeTraction

PortanceRésultanteAérodynamique

RésultanteMécanique

T + P + Ra = 0

31

Equilibre des forcesVol plané rectiligne en descente

P

Ra

x

z

Poids

TrainéeTraction

Portance

RésultanteAérodynamique

RésultanteMécanique

P + Ra = 0

32

Equilibre des forcesMontée verticale

Poids

Trainée

Traction

Portance

RésultanteAérodynamique

RésultanteMécanique

T + P + Ra = 0

Ra

Tx

P

33

Equilibre des forcesDescente verticale

Poids

Trainée

Traction

Portance

RésultanteAérodynamique

RésultanteMécanique T + P + Ra = 0

T

Ra

x

P

34

Changement de trajectoires

T

P

Ra

T

P

Ra

P

RaTx z

P

Ra

x

z

T

35

Décollage

T

P

Ra

T

P

Ra

P

RaTx z

• Mise en puissance•Accélération -> Vitesse de rotation•Changement de trajectoire = Assiette de montée•Altitude de croisière -> changement de trajectoire – Assiette de palier

TRa

36

Atterrissage

T

P

Ra

T

P

Ra

P

Ra

x

z

TTRa

P

• Palier attente •Changement de trajectoire = Assiette de descente•Arrondi – Décélération – posé des roues •Roulage - Freinage

37

Axes de rotation d’un aéronef en vol

Axe de RoulisAxe de Lacet

Axe de tangage

38

Mise en virage

Idée no 1:Utilisation de la dérive

Axe de Lacet

Ex: pour un avion de 120 cv, volant à 180 km/h virant de 30° on constate que l’effort

déviant l ’avion est de

662,5 N

Rz

39

Mise en virage 2/2

Idée no 2:Utilisation de l’inclinaison

Axe de Roulis

Ex: pour un avion de 120 cv, volant à 180 km/h incliné à 30° on constate que l’effort

déviant l ’avion est de

4415 N ( 6,66 fois plus !)

Rz

Conclusion: la méthode no 2 ( Inclinaison ) est beaucoup plus efficace pour dévier un avion de sa trajectoire horizontale

RzRz . Cos

Rz

40

Facteur de Charge ½Le facteur de charge augmente avec l’inclinaison

n = 1

P P

n = 1 / Cos

Exemple pour un virage à 60° , n = 2

Pa Poids apparent

41

Facteur de Charge 2/2 Lors de changement de trajectoire dans le plan vertical,le facteur de charge varie avec la vitesse et le rayon de la

ressource

n = 1

r

V

RxF

T

Rz

n = 1 + V2 r.g

Pa Poids apparent

42

DécrochageLe décrochage intervient toujours pour la

même incidence

Réduction puissance

Maintien de l’altitude par variation de l’assiette / incidence

L’incidence maxi est atteinte

=> l’avion décroche

=>Plus de portance

=> Chute

Augmentation de la Vitesse

=> l’avion

« raccroche »=>

Rétablissement de la portance

=> Avion pilotable

Note: sur les avions légers que nous utilisons l’incidence de décrochage est d’environ 15-17°