MÉCANIQUE DU VOL

<= Notes sur les pratiques techniques


Notions de mécanique: On appelle force est une cause susceptible de modifier un mouvement. On nomme inertie la tendance des corps matériels à garder un mouvement uniforme, i.e. s’opposer aux variations de mouvements que des forces extérieures leur imposent.

Loi de l’inertie: Les choses ont une tendance naturelle à continuer à faire ce qu’elles sont en train de faire, à savoir rester immobile ou bien garder leur vitesse si elles sont en mouvement uniforme. Quand on cherche à modifier le mouvement d’un corps, il naît une force d’inertie s’opposant à cette modification, force d’autant plus intense que le corps considéré a une masse plus conséquente (e.g. lorsqu’une force centripète fait tourner un mobile, il naît une force centrifuge, .i.e. il n’y a pas d’équilibre possible tant que les forces d’inertie sont en travail).

Loi de l’action et de la réaction: Chaque fois que l’on applique une force à un corps, il naît une force de réaction égale et opposée à la force appliquée.

nota :

Degrés de liberté: Un solide dans l’espace, comme notre parapente ou un avion, a six degrés de liberté. Pour définir son état, il nous faut trois coordonnées géographiques (latitude, longitude, altitude) pour définir sa position, ainsi que trois angles (assiette (axe de tangage), inclinaison (axe de roulis), cap (axe de lacet)) pour définir son attitude.


Définitions:


la sustentation: Le vol est du à des forces aérodynamiques crées par le déplacement relatif d’un mobile dans l’atmosphère. Elles sont notamment fonction du carré de la vitesse, de la masse volumique, et du maître couple S, surface projetée du profil dans la direction de la trajectoire. 

Angles caractéristiques du profil:


L’écoulement d’air autour du profil de l’aile crée une dépression sur l’extrados (succion, 2/3 de la portance) et une surpression sur l’intrados (pression, 1/3 de la portance).

Les forces en présence sont:


On parle donc de profils traînants (suspentes, câbles) et de profils portants (aile).

Relation vitesse-incidence:

La polaire des vitesses: Il s'agit de la courbe liant la vitesse de chute Vz à la vitesse horizontale Vh, et représnete donc les possibilités de vol plané (la force propulsive est une composante du poids). A chaque vitesse de vol correpond une finesse


Nota: l'incidence de décrochage est unique alors que la vitesse de décrochage augmente notamment avec le poids de l'appareil et l'inclinaison du virage. Le plus souvent on estime la sécurité par rapport au décrochage par rapport à la vitesse, car on ne peut pas mesurer l'incidence.

La traînée: La traînée totale résulte de l’addition des traînées suivantes:

Pour lutter contre la traînée induite on peut :

Aérodynamiquement l'asymètrie de l'écoulement est équivalente à un tourbillon, appellé tourbillon de Prandtl. Ce tourbillon se replie en bout d'ailes pour donner ce qu'on appelle le tourbillon marginal, qui cause la trainée induite.

Effets du vent: Un vent régulier n’affecte pas le comportement de l’aile au point de vue aérodynamique (principe des tapis roulants). En revanche une rafale perturbe sérieusement l’écoulement aérodynamique autour de l’aile:

Evénement Incidence Vitesse/air RFA aile
Rafale de vent de face Décroît Croît Augmente Monte
Rafale de vent arrière Croît Décroît Diminue Descend
Rafale montante Croît Croît Augmente Monte
Rafale descendante Décroît Décroît Diminue Descend
Rafale de travers Dérapage, car écoulement dissymètrique

La stabilité: Il s’agit de la tendance d’un système à revenir à un état d’équilibre dont on l’écarte. Il s’agit là d’une notion tout à fait relative. On appelle stable un appareil qui revient à sa position d’équilibre lorsqu’une sollicitation l’en a momentanément écarté. Un appareil doit être stable pour être pilotable.

On peut tempérer une tendance stable ou instable par l’amortissement :

  • en roulis: stabilité latérale (pendulaire)
  • en lacet: stabilité de route
  • en tangage: stabilité pendulaire

du point de vue aérodynamique le parapente est instable mais bien amorti.

Effet dièdre: réaction d’une aile à une glissade (ou dérapage) sur l’axe de roulis :

  • effet dièdre positif : l’aile tend à s’incliner du coté d’où vient le vent
  • effet dièdre négatif : cas contraire

l’effet diédre positif marque une stabilité latérale; c’est le cas des parapentes. Plus généralement elle est améliorée par l’angle dièdre et la flèche.

Effet girouette: réaction d’une aile à une glissade (ou dérapage) sur l’axe de lacet :

  • effet girouette positif: l’aile tend à se remettre dans le lit du vent relatif, donc à pivoter sur elle même du coté d’où vient le vent
  • effet girouette négatif: cas contraire

L’effet girouette positif est une marque de stabilité de route; l’équilibre en lacet se réalise naturellement du fait de la symétrie qui fait que l'aéronef a tendance à s’incliner dans le lit du vent. Plus généralement l’angle diédre, la flèche, les lobes de la voilures l’améliorent.

Stabilité en tangage: elle est assurée par le rappel pendulaire en parapente, par la gouverne de profondeur pour les trois-axes.

nota: sur un parapente on ne distingue pas la stabilité latérale et de route (on ne les distingue que sur les aéronefs disposants de trois commandes indépendantes sur les trois axes)