8-5 Masse et centrage (motoplaneurs)
Masses
La gestion des masses dans un aéronef est un point clef du vol. Le pilote commandant de bord est en charge de vérifier que le planeur décolle avec une masse comprise dans les limites autorisées. Le constructeur fourni au pilote du planeur plusieurs chiffres clefs :
- La masse à vide du planeur prêt à voler,
- La masse maximale autorisée. La masse totale est limitée pour un nombre important de raisons : résistance des ailes ou du train d'atterrissage, maniabilité en vol...etc.
- La masse maximale des Éléments Non-Portants (ENP). Les Éléments Non Portants représentent l'ensemble du planeur sans l'aile. La masse des ENP doit être limitée car elle est responsable des efforts important sur le longeron d'aile.¨Par déduction, la masse de l'aile et ce qu'elle contient (water ballast d'aile, réservoir de carburant dans l'aile...) ne sollicite pas le longeron d'aile et n'est donc pas concerné par cette limitation.
Ces informations sont présentes sur un document accompagnant obligatoirement chaque aéronef : la fiche de pesée
Ainsi, lors de la préparation de son vol, le pilote commandant de bord consulte la fiche de pesée et s'assure que la masse prévue de son planeur ne dépasse pas ces limites :
- Le pilote calcul la masse en ordre de vol de son planeur : C'est la somme de la masse à vide + la masse de l'équipage et de leur équipement (parachute, carte, sac, gourde...) + la masse du carburant emporté et l'eau dans les water-ballasts. Elle doit être inférieure à la masse maximale autorisée.
- Le pilote calcul la Masse des ENP : C'est la masse en ordre de vol moins la masse de l'aile et ce qu'elle contient. Elle doit être inférieure à la masse maximale des ENP.
Centrage
Le centrage concerne le placement du centre de gravité de l'aéronef afin que l'équilibre statique et dynamique soit obtenu durant le vol. Un aéronef dont le centre de gravité est en dehors de la plage autorisé ne pourra pas obtenir ces équilibres et sera dangereux en vol. Le constructeur fourni au pilote du planeur les limites de position du centre de gravité du planeur en ordre de vol :
- La limite de centrage avant.
- La limite de centrage arrière.
Le constructeur défini ces positions en millimètres par rapport à un élément fixe du planeur (par exemple: le bord d'attaque de l'aile) appelé plan de référence.
Ces informations sont présentes sur la fiche de pesée de l'aéronef.
La difficulté est de connaître la position du centre de gravité du planeur en ordre de vol. Un moyen consisterai à peser l'aéronef avant chaque vol, mais cette solution est fastidieuse compte tenu des précautions nécessaires à prendre lors des pesée (hangar fermé sans vent, planeur en ligne de vol...etc). La solution retenue consiste à ajouter par calcul chaque élément. Ainsi, lors de la préparation de son vol, le pilote commandant de bord utilise la fiche de pesée pour calculer la position du centre de gravité du planeur en ordre de vol, avec lui dedans. Une méthode consiste à :
- Identifier chaque ensemble présent dans le planeur en ordre de vol (planeur vide, pilote, passager, carburant...),
- Connaître ou mesurer la masse de chaque élément,
- Connaître la distance entre le centre de gravité et le plan de référence de chaque élément (consulter la fiche de pesée),
- Calculer le moment pour chaque élément (masse x distance),
- Faire la somme des moments de chaque élément,
- Calculer la masse totale en ordre de vol (voir chapitre ci-dessus Masses),
- Diviser la somme des moments par la masse totale en ordre de vol.
Exemple de feuille de calcul de centrage à compléter:
| Élément: | Masse | x | Distance | = | Moment |
|---|---|---|---|---|---|
| Planeur vide: | 350kg | -50mm | -17 500 | ||
| Pilote: | ...kg | 102mm | ... | ||
| Passager: | ...kg | 12mm | ... | ||
| Carburant: | ...kg | -20mm | ... | ||
| Water-ballast: | ...kg | 30mm | ... | ||
| ........ | ...kg | ...mm | ... | ||
| Total | ....kg | Total | .... | ||
| Planeur en ordre de vol (Moment total / masse totale) = | ....mm | ||||
Pour être autorisé à voler, la position du centre de gravité déduite par calcul doit être situé dans la plage de centrage autorisée. Bien que cette condition soit suffisante pour voler en toute sécurité, le comportement du planeur ne sera pas le même entre un planeur avec un centrage proche de la limite avant (dit centrage avant) et un planeur avec un centrage proche de la limite arrière (dit centrage arrière).
- Centrage avant : Le planeur à un comportement plus stable, moins maniable et plutôt lourd aux commandes. Pour compenser le moment piqueur dû au centrage avant, le plan de profondeur doit générer beaucoup de déportance, et donc de la trainé ne favorisant pas les performances.
- Centrage arrière : Le planeur à un comportement plutôt léger, agile, moins stable. Le plan de profondeur n'a pas besoin de générer beaucoup de déportance, donc peu de trainé, les performances sont optimales. Tout en restant dans des limites acceptable, le planeur est plus susceptible à la vrille.
Afin de pouvoir évoquer la position relative du centrage dans sa plage, il existe une convention pour parler en pourcentage de la plage autorisée à partir de la limite arrière.
Moyens d'actions sur le centrage
Si le calcul de centrage indique que le centrage est en dehors de la plage autorisé, le pilote peut recourir à l'installation de lest à des emplacements prévus par le constructeur (se reporter au manuel de vol de chaque planeur pour connaître les possibilités de chaque planeur). Il existe 4 grandes catégories de lest mobile :
- Lest en plaques fines immobilisé entre le siège et le pilote (alourdissement virtuel du pilote) : pour compenser un centrage trop arrière dû à un pilote trop léger,
- Lest du constructeur fixé à l'avant du planeur : pour compenser un centrage trop arrière,
- Lest du constructeur fixé dans la queue du planeur : pour compenser un centrage trop avant,
- Water-Ballast dans la queue : pour compenser le centrage avant dû au remplissage des water-ballast de l'aile. En cas de vidange des water-ballast d'aile en vol, le ballast de queue se vide à un rythme précis pour conserver le centrage.
Après l'ajout du lest, il convient de refaire le calcul de centrage pour vérifier que le centre de gravité est bien dans la plage autorisée. Après le vol, le pilote doit retirer le lest mobile. Des oublis sont possibles, il est donc indispensable de vérifier avant chaque vol tous les emplacements de lest mobile pour confirmer que leur situation correspond à ce qu'il faut.