Quelques éléments de mécanique du vol pendant la treuillée

1. Quelques éléments de mécanique du vol pendant la treuillée Version 1.0 Centre national de vol à voile 2010

2. Prenons le cas d’un Discus 2b: • Masse au décollage 330kg, ( 210kg fuselage + pilote, 120kg ailes) • Nous allons schématiser un instant de la treuillée, et effectuer l’équilibre des forces… • Toutes les mesures d’angles et de longueurs sont faites avec PowerPoint, dans « taille et position ». Vous pouvez refaire ces schémas à votre guise… Centre national de vol à voile 2010

3. Afin que cette présentation soit accessible pour tout le monde, les forces ne seront pas exprimées en Newtons mais en équivalent Kilogramme… 600 daN 600 kg Centre national de vol à voile 2010

4. Ce que nous connaissons… L’axe de la portance perpendiculaire à la trajectoire La pente de trajectoire La direction de la traction du câble Mais pas La force !!!(on ne connait que la charge max de rupture du fusible) l’axe de la traînée parallèle à la trajectoire Centre national de vol à voile 2010

5. La résultante aérodynamique Nous ne connaissons ni son axe, ni sa valeur! Supposons que ce planeur vole à une finesse de 20 dans cette configuration. La portance, quelque soit sa valeur, sera 20 fois supérieure à la traînée… Nous obtenons l’axe de la résultante. Pour info, l’angle entre la portance et la résultante est Centre national de vol à voile 2010

6. Les forces à l’équilibre Le planeur est soumis à trois forces: • Son poids • La résultante aérodynamique (Ra) • La traction du câble Si on suppose que le planeur est en montée stabilisée, ces trois forces doivent s’équilibrer… Centre national de vol à voile 2010

7. Effectuons l’équilibre des forces pour trouver la traction du câble et surtout la valeur de la portance… Centre national de vol à voile 2010

8. Prenons une trajectoire montant à 30° Le câble du treuil tirant à 20° Axe de la résultante pour une finesse de 20 Axe de la portance Le poids du planeur (330kg) Trajectoire= axe de la trainée Traction + Poids + Résultante doit être nul. Les forces sont à l’équilibre… Centre national de vol à voile 2010

9. Calculons les valeurs des forces La résultante, 4.73 cm, soit équivalent 491 kg. La traction du câble, 2.76 cm, soit équivalent à 286 kg de traction. Le poids, correspondant à une masse de 330 kg, équivalent à une longueur de 3.18cm Centre national de vol à voile 2010

10. Que penser de la traction du câble (286kg)? • Voici les charges de ruptures des fusibles: - noir: 1 tonne - marron: 850kg - Rouge: 750kg - bleu: 600kg - blanc: 500kg - jaune: 400kg - vert: 300kg Habituellement, les monoplaces plastiques se treuillent avec le fusible rouge, donc une traction de 286 kg est tout à fait cohérente (et même plutôt faible). Fusibles Tost Centre national de vol à voile 2010

11. Treuil électrique • Le réglage de la puissance moteur correspond au poids du planeur. • La traction du câble est légèrement supérieure à cause du poids du câble. • Dans notre exemple la tractionserait de l’ordre de 350 kg. Centre national de vol à voile 2010

12. La vitesse de décrochage? • En ligne droite stabilisée, la portance est équivalente à 330 kg. • Ici elle est équivalente à 490 kg: • La portance dans cette configuration est 49% supérieure à celle en ligne droite. • Donc la vitesse de décrochage augmente de 22%(portance inclinée, grands angles, même principe que le virage) Portance ≈490 kg Résultante ≈491 kg Centre national de vol à voile 2010

13. Efforts subis par la machine • En treuillée, l’effort tranchant dû au poids apparent des éléments non portants est important. • En ligne droite, pour simplifier, le poids apparent est égal au poids. • En montée au treuil, la charge subie par la jonction aile/fuselage est la somme du poids apparent des ENP (éléments non portants), et d’une composante de la traction du câble. Centre national de vol à voile 2010

14. Charge subie par la jonction ailes/fuselage Poids des éléments non portants Poids des ailes Projection du poids des ENP sur l’axe de la portance. Projection de la traction du câble sur l’axe de la portance. Centre national de vol à voile 2010

15. Charge subie par la jonction ailes/fuselage Poids des éléments non portants Poids des ailes Charge ressentie par la jonction ailes fuselage !! Ici, cette somme mesure 4.02 cm, soit équivalent à 417 kg Centre national de vol à voile 2010

16. Facteur de charge équivalent • La jonction ailes/fuselage supporte un poids équivalent à 417 kg, au lieu de 210 kg en ligne droite stabilisée, le facteur de charge ressenti par la jonction ailes/fuselage est donc de 2g. • En réalité, il faudrait ajouter aussi la déportance de la profondeur qui augmente encore les efforts de cisaillement et le facteur de charge ressenti par la jonction ailes/fuselage… • Avec un fusible rouge ( casse à 750 kg), et la masse du fuselage de 210 kg, si le poids équivalent des ENP est 960kg, le facteur de charge ressenti par la jonction est 4,5g. Centre national de vol à voile 2010

17. Et les performances? • Rappel: Les polaires en virage ne sont pas les polaires en ligne droite, vitesse de décrochage et de finesse max augmentent! (cf Bases théoriques du vol sur la campagne p.35). C’est la même chose en treuillée, la polaire se décale, comme si on était en virage ou avec un planeur ballasté. • La polaire en treuillée change constamment !! (puisque le poids apparent change constamment) • De manière générale, la vitesse optimum de montée en treuillée est plus grande que la vitesse de finesse max en ligne droite. Par expérience, une treuillée en K21 à 105-110 monte plus haut qu’à 90 km/h. Centre national de vol à voile 2010

18. Effet de la pente de montée Rééquilibrons les forces... Le fait de cabrer augmente la portance nécessaire, et donc la vitesse de décrochage !! Passer de 30° à 40°de pente augmente Vs de 18.5%. 15 km/h Centre national de vol à voile 2010

19. Influence de l’assiette sur la vitesse de décrochage Assiette fortement cabrée = risque de décrochage !! DANGER La trajectoire ascendante est optimum ! Assiette normalement cabrée = pas de risque de décrochage !! Centre national de vol à voile 2010

20. Décrochage dynamique en montée initiale Danger de décrochage !! (Ou de casse câble) • Trajectoire « anguleuse » • Rotation rapide du planeur • Augmentation violente de l’incidence Impact !! La trajectoire ascendante est optimum ! Trajectoire « régulière » Rotation souple du planeur  Augmentation progressive de l’incidence. Centre national de vol à voile 2010

21. Autres facteurs qui augmentent le risque de décrochage • Augmentation brutale de l’incidence: - coup de manche du pilote - coup de fouet dans le câble - coup de gaz du treuil • Non prise en compte de:- ballasts - état de surface (poussière, gouttes) - Certains planeurs (Janus...) sont INTERDITS de treuillée si ailes mouillées ! Centre national de vol à voile 2010

22. Dans la plupart des cas, le décrochage est dissymétrique… Centre national de vol à voile 2010

23. Effet du vent sur la trajectoire La trajectoire ascendante est optimum ! Vent de dos Pas de vent Vent de face Ma vitesse sol diminue, ma pente augmente, mon assiette reste la même. DANGER Ma vitesse sol augmente, ma pente diminue, mon assiette reste la même. Sensation perturbante par vent arrière Impression de voler aux grands angles Centre national de vol à voile 2010

24. Effet du gradient de vent de face Plus le vent augmente, plus la pente augmente Forte montée Vitesse indiquée qui augmente, stabilisation sur une pente de montée plus forte Trajectoire sans vent Accélération liée au gradient de vent Accélération liée au treuil Centre national de vol à voile 2010

25. Effet du gradient de vent de dos Plus le vent augmente, plus la pente diminue Pente de montée faible malgré une assiette à cabrer. Vitesse indiquée qui n’augmente pas, trajectoire qui a tendance à s’effondrer. Trajectoire sans vent DANGER Déccélération liée au vent de dos qui augmente Accélération liée au treuil Centre national de vol à voile 2010

26. Treuillée vent de face La trajectoire de meilleure montée Pente forte de montée pour une assiette normale Largage automatique plus tard et meilleure altitude de largage Trajectoire sans vent Gradient de vent: vitesse qui augmente rapidement Commandes efficaces,Roulage court. Centre national de vol à voile 2010

27. Treuillée vent de dos Pente faible de montée malgré une assiette à cabrer Gradient de vent: vitesse qui n’augmente pas et trajectoire qui s’effondre Câble qui se détend, risque d’ouverture du parachute et largage intempestif Largage automatique plus tôt etfaible altitude de largage Trajectoire sans vent DANGER Commandes peu efficaces,Roulage long. Centre national de vol à voile 2010

28. La Vw • La Vw est définie par la CS 22 comme la vitesse maximum de treuillage. • Il ne faut pas se formaliser sur cette vitesse maximum pour autant. Centre national de vol à voile 2010

29. Pourquoi ? • La contrainte que subit le planeur résulte directement de sa portance, c’est-à-dire de sa vitesse ET de son incidence. • Si l’on avait un instrument qui pouvait mesurer les contraintes subies par la machine, la limitation serait un équivalent de « max 5g ». On pourrait voler par exemple à [110 km/h et 15° d’incidence], ou à [150 km/h et 10°], ou encore [180 km/h et 7°] sans risquer un quelconque dommage de la machine. • Mais on ne peut pas mesurer l’incidence, et si on veut faire une règle simple, on donne une Vitesse max de treuillage qui est valable pour n’importe quelle incidence. Centre national de vol à voile 2010

30. Que retenir? • En dessous de Vw, aucun risque de dommage structurel. • Au dessus de la Vw (sans fusible), il faut garder à l’esprit qu’on peut détériorer le planeur avec par une action rapide à cabrer. • Avec un fusible, le câble casse avant d’atteindre la limitation de la machine. • Conclusion: Il faut utiliser des fusibles. Il est beaucoup plus important de se concentrer sur la souplesse et la continuité de la treuillée. Centre national de vol à voile 2010

31. Conduite à tenir en cas de vitesse élevée • Une portance excessive est à éviter pour des raisons structurelles, de vitesse de décrochage, de performance en treuillée, de risque de casse câble… • Mieux vaut demander au treuil de ralentir que de cabrer. Centre national de vol à voile 2010

32. Aile au sol au roulage Compte tenu de la forte accélération liée au treuil, une aile qui touche au roulage peut vite devenir dramatique, dès la première seconde. Risque majeur: cheval de bois violent, pouvant finir sur le dos… Centre national de vol à voile 2010

33. Un cheval de bois qui finit sur le dos à cause de la différence de vitesse entre les deux ailes. 150 km/h Largage impératif dès que l’aile touche le sol 80 km/h 10 km/h Centre national de vol à voile 2010

34. Les ailerons ne sont pas assez efficaces pour contrôler le planeur en roulis. Dans certains cas le planeur n’aura d’autre choix que de se retourner. 100 km/h Centre national de vol à voile 2010

35. Facteurs aggravants Centre national de vol à voile 2010

36. L’aile touche le sol au décollage Centre national de vol à voile 2010

37. Centre national de vol à voile 2010 Bonne treuillée et bon vols