5-2 Mécanique du vol (motoplaneurs)

Mécanique du vol

Forces agissant sur un aéronef

Poids: le poids de l'aéronef s'applique au centre de gravité de l'aéronef. Sa direction est toujours vertical.
Portance: la force de portance est générée par les ailes. elle s'applique à un endroit particulier de l'aile appelé centre de poussée. Sa direction est toujours perpendiculaire à la trajectoire de l'aéronef.
Trainée: la force de trainée est générée principalement par les ailes. elle s'applique à un endroit particulier de l'aile appelé centre de poussée. Sa direction est toujours parallèle à la trajectoire de l'aéronef.
Traction: La force de propulsion s'applique au niveau de dispositif motopropulseur. Par simplification elle est considérée comme parallèle à la trajectoire de l'aéronef.

Autres définition utiles à la comprehension

Le poids apparent: Vulgairement, il s'agit de la "force supportée par les ailes". En effet, dans diverses situations, la portance de l'aile ne compense pas exactement le poids. On dit que l'aile compense alors le poids apparent. ${\displaystyle{\displaystyle Portance=Poids~{}apparent}}$
le facteur de charge: Vulgairement, c'est un chiffre qui permet d'indiquer le niveau de charge des ailes. Si le facteur de charge est de 2, la portance générée par les ailes est 2 fois plus grand que le poids de l'aéronef (dans un virage à 60°, le facteur de charge est de 2). ${\displaystyle{\displaystyle n={\frac{Portance}{Poids}}={\frac{Poids~{}% apparent}{Poids}}}}$
Force déviatrice: C'est une projection horizontale d'une force qui a pour conséquence de faire dévier la trajectoire de l'aéronef.
Vol rectiligne stabilisé: La première loi de Newton permet de prédire que lors d'un vol rectiligne et stabilisé, la somme des forces appliquées à l'aéronef est nulle (toutes les forces se compensent). Ce principe sera très utile à la compréhension.

les différentes situations de vol rectiligne stabilisé

En vol horizontal: la portance compense le poids, la traction compense la trainée. Le facteur de charge est égal à 1
Montée rectiligne stabilisée: Une partie du poids devra être compensée par la traction du groupe motopropulseur (il faut donc plus de traction qu'en vol horizontal). La portance compense un poids apparent qui est légèrement inférieur au poids. Le facteur de charge est inférieur à 1.
Descente rectiligne stabilisée: Une partie du poids va "aider" à la traction (comme le poids aide un cycliste dans une descente). La portance compense un poids apparent qui est légèrement inférieur au poids. Le facteur de charge est inférieur à 1.
Vol plané rectiligne stabilisé: C'est une particularité du vol en descente où la traction du groupe motopropulseur est nulle. Afin de compenser la force de trainée, il faut adopter un angle de descente (appelé angle de plané) suffisant pour obtenir une valeur du "poids moteur" qui compensera la force de trainée. Ce schéma permet d'illustrer qu'un aéronef peu performant (avec une force de trainée plus importante) devra prendre un angle de plané plus important pour conserver le vol stabilisé.

Virage stabilisé coordonné

Le facteur de charge en virage: Lorsque l'aéronef est en virage, la portance (qui s'applique perpendiculairement aux ailes) est inclinée. Afin que la composante verticale de la portance (la force compensatrice du poids) reste suffisante, la portance doit augmenter sensiblement. La trigonométrie permet de déduire que pour garder l'équilibre, il faut

${\displaystyle{\displaystyle Portance~{}en~{}virage=Poids~{}apparent~{}en~{}% virage={\frac{Poids}{cos(Angle~{}d^{\prime}inclinaison)}}}}$
${\displaystyle{\displaystyle Facteur~{}de~{}charge(n)={\frac{Portance}{Poids}}% ={\frac{Poids~{}apparent}{Poids}}={\frac{1}{cos(angle~{}d^{\prime}inclinaison)% }}}}$

Rayon de virage: Plus l'aéronef est incliné, plus la force déviatrice est importante. Mais plus l'aéronef est rapide, plus il est difficile de le faire dévier. Le rayon de virage d'un aéronef décrivant des cercles parfait peut être prédit par la formule suivante :

${\displaystyle{\displaystyle Rayon~{}de~{}virage[m]={\frac{Vitesse[m/s]^{2}}{g% *tan(Angle~{}d^{\prime}inclinaison)}}={\frac{Vitesse[m/s]^{2}}{9.8*tan(Angle~{% }d^{\prime}inclinaison)}}}}$
Exemple : Un planeur évoluant à 30m/s en virage à 30° aura un rayon de virage de 156m

taux de virage: Le taux de virage indique la vitesse à laquelle l'aéronef change de cap. Il peut se prédire avec la formule suivante

${\displaystyle{\displaystyle Taux~{}de~{}virage[s/tr]={\frac{2\pi*Vitesse[m/s]% }{g*tan(Angle~{}d^{\prime}inclinaison)}}={\frac{6.28*Vitesse[m/s]}{9.8*tan(% Angle~{}d^{\prime}inclinaison)}}}}$
Exemple : Un planeur évoluant à 30m/s en virage à 30° mettra 33.3 secondes pour effectuer un tour complet.