BIA Mécanique de Vol - 2

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

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La finesse

Ra

Rx

Rz

Vent relatif

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

f = Rz / Rx

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La finesse

Ra

Rx

Rz

Vent relatif

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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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°

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Equilibre des forcesVol horizontal

z

x T

P

Ra

Poids

TrainéeTraction

PortanceRésultanteAérodynamique

RésultanteMécanique

T + P + Ra = 0

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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

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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

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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

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Axes de rotation d’un aéronef en vol

Axe de RoulisAxe de Lacet

Axe de tangage

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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

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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

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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°