La vrille

1. La vrille Analyser et comprendre le phénomène pour ne pas s’y trouver… et savoir en sortir.

2. Contenu de l’exposé • Le mécanisme de déclenchement • Description de la trajectoire • Les facteurs déclencheurs • Les facteurs aggravants • Les manœuvres de sortie • Qui est concerné ? • Les réflexes à retenir

3. Le mécanisme dedéclenchement Influence de l’incidence sur l’écoulement Le décrochage Influence du dérapage

4. Evolution de l’écoulementavec l’incidence • Décrochage d’une aile : Vent relatif (VR)

5. Evolution de l’écoulementavec l’incidence • Décrochage d’une aile : Vent relatif (VR)

6. Evolution de l’écoulementavec l’incidence • Décrochage d’une aile : Vent relatif (VR)

7. Evolution de l’écoulementavec l’incidence • Décrochage d’une aile : Vent relatif (VR) La portance diminue, l’aile s’enfonce.

8. Incidence forte • Illustration du décrochage des filets d’air à forte incidence. L’écoulement n’est plus laminaire.

9. Le décrochage • Passé un angle de 15° d’incidence, l’écoulement devient perturbé et la portance de l’aile diminue sensiblement. • La vitesse n’est pas le facteur référant, mais c’est l’incidence de l’aile. La vrille se produit quand seuleune partie de la voilure décroche (dérapage).

10. Description de latrajectoire en vrille Vue dans le plan vertical Vue dans le plan horizontal Les variations de trajectoire

11. Vue dans le plan vertical • L’aile qui décroche en premier s’enfonce sur une trajectoire quasiment verticale. • L’aile extérieure tourne autour avec une vitesse de rotation plus élevée. • L’incidence peut dépasser les 40° et atteindre parfois 55°. Axe de la vrille

12. Vue dans le plan horizontal • L’axe de rotation est situé à l’intérieur de la trajectoire hélicoïdale décrite par le CG du planeur. • L’extrémité de l’aile décrochée en premier peut dans certains cas reculer par rapport au CG. • Le vent relatif aborde le fuselage du coté opposé à la rotation Axe de la vrille Vent relatif (VR)

13. Les variations de trajectoire • Le comportement du planeur est irrégulier autour des 3 axes ; • la vitesse de rotation de la vrille  :  =  P²+Q²+R² = cte si P/S=cte • P = vitesse de rotation en roulis • Q = vitesse de rotation en tangage • R = vitesse de rotation en lacet Vitesses angulaires exprimées en Rad/s • Pour la certification, vrille autorisée signifie : délai de sortie de moins d’un tour pour vrille stabilisée.

14. Les variations de trajectoire • est constante mais c’est P, Q, R qui varient au cours de la vrille. • Il en résulte des mouvements cycliques à cabrer ou à piquer, d’augmentation ou de diminution de l’inclinaison, des mouvements en lacet. • Ces oscillations peuvent sembler contradictoires avec les actions entreprises lors de la manœuvre de sortie, surtout si le délai est important (secteur et temps).

15. Les facteursdéclencheurs de la vrille Vol à incidence élevée en ascendance Vol lent avec dissymétrie Braquage des ailerons Rotation en lacet Synthèse

16. Dans l’ascendance : l’aile se soulève du coté du noyau Sauf que...

17. Dans l’ascendance : l’aile se soulève du coté du noyau Départ en autorotationdu coté du noyau

18. VR1 VR1 VR2 RAFALE Dans l’ascendance : l’aile décroche du coté du noyau • Pourquoi l’aile qui reçoit la rafale décroche alors que son assiette est la même ? Sous l’effet de la rafale, l’incidence critique est atteinte. Avant l’entrée dans l’ascendance, le vent relatif et l’incidence des deux ailes sont identiques L’incidence résultante estchangée et dépasse la limite Le phénomène est d’autant plus aggravé que le pilote contrera aux ailerons.

19. Vol lent dissymétrique • Le planeur vole symétriquement, puis sur une action au palonnier, une aile s’accélère et l’autre ralentit.

20. VR1 VT VT VT Vzd VR VR1 Vzp Vzp VT VR VR VR Vzd Vol lent dissymétrique • Pourquoi l’aile qui ralentit décroche alors que son assiette est la même ? Avant l’action au palonnier, le vent relatif et l’incidence des deux ailes sont identiques L’aile droite est ralentiesur sa trajectoire L’aile gauche accélérée L’incidence résultante estchangée et passe la limite

21. VR RxG RxD Braquage des ailerons • Action en roulis = incidence dissymétrique des ailes L’incidence limiteest franchie Vent relatif (VR) Vent relatif (VR)

22. Action au palonnier Action manche arrière et éventuellement à l’opposé Synthèse, les erreurs classiques

23. Synthèse, les symptômes Assiette cabrée Dissymétrie Vitesse et Bruit faibles Taux de chute fort Vibrations aux commandes ou en cabine

24. Les facteurs aggravants La proximité du relief ou du sol Le gauchissement à contre Les aérofreins Les volets de courbure La masse Le centrage L’agitation de la vrille

25. La proximité du relief ou du sol • 1 tour de vrille = 70 à 130 m de chute selon les configurations • Lors d’un départ accidentel, la vrille fait un ½ tour et le planeur se retrouve face au relief… (rafale côté relief). • Selon le planeur et le réflexe du pilote, la manœuvre de sortie peut durer 1 tour, ne laissant aucune chance de récupération à proximité du sol.

26. Dernier virage(gauchissement, commandes croisées) Le pilote se trouvant bas (refus du sol), assiette cabrée et peu d’inclinaison

27. Il fait virer le planeur par une action au palonnier droit. Unroulis induit apparaît produisant une tendance à piquer et une augmentation de traînée, entraînant une variation d’assiette à piquer… Dernier virage(gauchissement, commandes croisées)

28. Dernier virage(gauchissement, commandes croisées) Qu’il combat par une action manche arrière et à gauche.

29. Questions • Quelle est la configuration des commandes ? • Quel effet sur l’incidence ? • Quel effet sur la perte de hauteur par tour ? • Quel est l’effet sur le délai de sortie ?

30. L’aileron intérieur traîne plus, et crée un couple anti-redresseur Le gauchissement pendant la vrille • Manche du coté opposé à la vrille (réflexe courant du pilote qui contre) • Cette action entraîne un couple piqueur • Augmentation de la perte de hauteur de 20% par tour • La rotation est plus rapide en roulis • Evolution vers l’auto-tonneau • Délai de sortie variable mais vitesse élevée

31. L’aileron extérieur traîne plus, et crée un couple redresseur • Cette remise dans l’axe du fuselage crée un couple cabreur car l’inclinaison diminue. • L’incidence augmente. Le gauchissement pendant la vrille • Manche du coté de la vrille (peu habituel) • Réduction de la perte de hauteur de -30% par tour • Vrille plate et agitée • Délai de sortie plus long ( incidence élevée)

32. sens de rotation de la vrille lacet RxD RxG La sortie des aérofreinspendant la vrille entraine : • Couple redresseur en lacet • Inclinaison diminuée • Variation d’assiette à piquer • Taux de chute / tour x 1,8 à 2,5 • Délai de sortie inchangé • Le facteur de charge en sortie de vrille peu atteindre 3,8g lors de la ressource, or les AF sont limités à 3,5 à la VNE…

33. Les volets de courbure • Influence des volets de courbure VR Les volets de courbure peuvent aggraver la difficulté à stopper la vrille car ils maintiennent une incidence plus forte au cours de la vrille.

34. La masse • La masse du planeur joue sur l’inertie et augmente le temps de sortie, elle augmente également la vitesse de rotation . • Quand la répartition des masses est éloignée du CG, la sortie est rendue plus difficile par une réaction inertielle (grande plumes, dispositif d’envol, ballast).

35. Le centrage • Centrage avant Tendance à piquer Incidence faible Favorable à l’arrêt de la vrille d

36. Le centrage • Centrage arrière d Tendance à cabrer Incidence plus forte Défavorable à l’arrêt de la vrille

37. L’agitation de la vrille • Phénomène classique sur les appareils de grande envergure (traînées différentielles). • Les variations de vitesse de rotation en lacet et les variations d’assiette ou d’inclinaison, peuvent donner l’impression d’effets contradictoires avec les actions de sortie entreprises.

38. Les manœuvresde sortie Les manœuvres de sortie classiques Les consignes spécifiques

39. Les manœuvres de sortie classiques • En général : • *action du palonnier à l’opposé de la rotation, • *manche vers l’avant, • *maintien des ailerons au neutre, • dès l’arrêt de la rotation, ramener le palonnier au neutre et retour à l’assiette de référence par une ressource souple. * Ces manœuvres peuvent être faites simultanément. • Dans tous les cas : lire les consignes spécifiques du manuel de vol… (document de référence)

40. Exemples de consignes spécifiques • Cas de la profondeur en T • Les gouvernes de direction et de profondeur sont alimentées par le vent relatif. • L’action au palonnier est efficace de suite (pas d’effet de masque). Vent relatif (VR)

41. Exemples de consignes spécifiques • Cas de la profondeur cruciforme • La gouverne de direction est partiellement masquées par la profondeur. • L’action au palonnier n’est pas prépondérante. Vent relatif (VR) • L’action à piquer participe fortement à réalimenter la direction.

42. Exemples de consignes spécifiques • Cas particulier de certaines profondeur cruciformes (cap10) • La gouverne de direction est masquée • Le plus efficace est de mettre manche arrière ! Vent relatif (VR)

43. Exemples de consignes spécifiques • Cas particulier des certaines profondeurs cruciformes • La gouverne de direction est dégagée quand la profondeur est très en avant de la partie mobile. • C’est une formule qui évite le masquage total de la direction. Vent relatif (VR)

44. Efficacité de l’action au palonnier • Si l’angle de dérapage est important (planeur à dispositif d’envol incorporé – vrille à plat), le braquage de la gouverne de direction à contre aura peu d’influence sur l’arrêt de la vrille. Vent relatif (VR)

45. Gérer la sortie de vrille • Après les actions d’arrêt en 1 à 2 tours la vrille cesse : • la rotation s’arrête • la vitesse augmente • Il faut gérer la ressource…

46. Domaine de vol du planeur catégorie U n Risque de déformation Risque de rupture 5,3 +4 Zone de décochage Risque de déformation ou de flutter Domaine de vol 0 VA VRA VNE VD Zone de décochage -1,5 -2,65

47. Qui est concerné ? • Tout le monde est concerné… • Jeunes pilotes inexpérimentés • Pilotes d’expérience moyenne (200-400 h) • Instructeurs • Compétiteurs • Dans quelle phase du vol ? • Prise de terrain basse hauteur • Vol près du relief • Vol thermique Principalement mais pas exclusivement

48. Ce qu’il faut retenir (I) • La vrille étant le résultat d’une dissymétrie aux grands angles d’incidence, il faut appliquer systématiquement les réflexes de mise en garde chaque fois qu’apparaissent les symptômes de départ : (dans tous les cas, se référer au manuel de vol pour les cas particuliers) Manche vers l’avant en conjuguant

49. Ce qu’il faut retenir (II) • Les actions au manche en gauchissement à contre aggravent toujours les conditions de déclenchement puis d’entretien de la vrille. • En thermique on ne volera pas en dessous de 1,1.Vs compte tenu de l’inclinaison et du facteur de charge résultant. • En montagne, on ne volera jamais en dessous d’une vitesse correspondant à celle de la finesse max (voire plus). • En tour de piste, même à basse hauteur, ne pas effectuer de virage à plat. • La sortie des AF n’apporte rien à la manœuvre de sortie de vrille et dans certains cas peut l’aggraver (manuel de vol).

50. Bibliographie sur la vrille • Manuel de pilote de planeur, éditions Cepadues, Phase 6, • Cours de mécanique du vol, éditions SEFA • Fiches techniques FFVV, réunions SV de l’hiver 2003