BIA Mécanique de Vol - 2

1. BIAMécanique de Vol - 2

2. H D La finesse Définition: c’est l’aptitude d’un avion à «transformer» en vol plané une hauteur H en distance D. Si D = 10 H, on dit que la finesse de l’avion est de 10

3. La finesse Rz Ra Vent relatif Rx Mais c’est aussi le rapport entre la Portance Rz et la traînée Rx: f = Rz / Rx

4. La finesse Rz Ra Vent relatif Rx La finesse varie donc en fonction de l’angle d’incidence.

5. Les qualités aérodynamiques d’une aile varient en fonction de son profil Influence du profil d’une aile Deux éléments jouent un rôle essentiel: Sa courbureSon épaisseur

6. Influence du profil sur la portance C B Profil creux fin Profil biconvexe dissymétrique A Profil creux épais

7. Influence du profil sur la traînée C B A

8. Influence du profil sur la Résultante Aérodynamique C B A

9. La traînée totale d’une aile est la somme de 2 traînées particulières:- la traînée de profil- la traînée induiteLa première est due à l’état de surface de l’aile et à la résistance des forces de pression appliquées à sa surfaceLa deuxième trouve son origine dans la portance Influence de l’allongement de l’aile

10. Influence de l’allongement de l’aile Extrados Intrados

11. 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

12. 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

13. Tourbillon 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 Solution: Rendre l’aile infinie ? Solution: Réduire les tourbillons en adaptant des « Winglets ». En cours de généralisation sur les avions de ligne

14. Un grand allongement donne un meilleur coefficient de Portance (CZ) 17/07/00

15. Grand allongement Faible allongement Variation du Cz en fonction de l’allongement Cz 1,2 Cz max Cz max 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 - 15° - 10° - 5° 10° 5° 20° 25° 15° a° 17/07/00

16. Influence de la surface de l’aile La portance et la traînée sont proportionnelles à la surface de l’aile

17. Influence densité de l’airr/r0 5 000 N 6500 m r/r0= 0,5 10 000 N Niveau de la mer r/r0 = 1 (1,225 kg/m3)

18. Les coefficients de portance et de traînéeOn peut mettre en équation l’intensité de la portance Rz et de la traînée Rx:Rz = ½ r V² S Cz Rx = ½ r V² S Cxr (ro) est la masse volumique de l’air en kg/m3S la surface de référence de l’avion en m2V la vitesse par rapport à la masse d’air en m/sCx et CZ sont des coefficients sans unité

19. Pression dynamique et portanceLemathématicien Bernouilli a montré que dans un écoulement fluide, la somme de la pression statique et de la pression dynamique est une constante:Ps + ½ r V² = constanteDans l’équation Rz = ½ r V² S Cz½ r V² pression dynamiqueS surface des ailes en m²Cz coefficient de portance du profil

20. 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 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 • La finesse: 0,4 / 0,05 = 8

21. On regroupe ces différents paramètres en 2 coefficients:- le coefficient de portance : Cz- le coefficient de traînée : CxLes variations de ces 2 paramètres seront regroupées sur 1 seule courbe:la POLAIRE

22. Variation des Cz en fonction de l’incidence a Cz 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 - 15° - 10° - 5° 10° 5° 20° 25° 15° a° 17/07/00 Mécanique du vol

23. Variation des Cx en fonction de la variation de l’angle d’incidence a Cx 0,24 0.20 0,16 0,12 0,08 0,04 0 - 15° - 10° - 5° 10° 5° 20° 25° 15° a° 17/07/00 Mécanique du vol

24. Cz La polaire d’une aile est représentative de l’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 Polaire 1,5 1 0,5 Cx 0 0,5 1

25. Cz S Portance maxi E Finesse max vol normal Polaire Vol normal M Trainée minimale Cx P Portance nulle Finesse max vol dos Vol inversé R

26. Quelques dispositifs hypersustentateurs Système bec et volet Volet de courbure Volet d’intrados Volet de courbure à fente Volet Fowler

27. Volets 40° Volets 25° Cz Cx

28. Ra z x T P Equilibre des forcesVol horizontal Résultante Aérodynamique Portance Traction Trainée Résultante Mécanique Poids T + P + Ra = 0

29. Ra q P T x z Equilibre des forcesVol en montée Résultante Aérodynamique Portance Traction Trainée Résultante Mécanique Poids T + P + Ra = 0

30. Ra P x z T q Equilibre des forcesVol en descente Résultante Aérodynamique Portance Traction Trainée Résultante Mécanique Poids T + P + Ra = 0

31. Ra P x z q Equilibre des forcesVol plané rectiligne en descente Résultante Aérodynamique Portance Traction Trainée Résultante Mécanique Poids P + Ra = 0

32. Ra T x P Equilibre des forcesMontée verticale Résultante Mécanique Traction Portance Trainée Résultante Aérodynamique Poids T + P + Ra = 0

33. Ra T x P Equilibre des forcesDescente verticale Résultante Aérodynamique Trainée Portance Résultante Mécanique Poids T + P + Ra = 0 Traction

34. Ra Ra Ra Ra q z x T P T P T T x z P P q Changement de trajectoires

35. Ra Ra Ra Ra q T P T P P T x z T Décollage • Mise en puissance • Accélération -> Vitesse de rotation • Changement de trajectoire = Assiette de montée • Altitude de croisière -> changement de trajectoire – Assiette de palier

36. Ra Ra Ra Ra T T z x P P T P T q Atterrissage P • Palier attente • Changement de trajectoire = Assiette de descente • Arrondi – Décélération – posé des roues • Roulage - Freinage

37. Axes de rotation d’un aéronef en vol Axe de Roulis Axe de Lacet Axe de tangage

38. 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 Mise en virage

39. Idée no 2: Utilisation de l’inclinaison Axe de Roulis Rz Rz 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 !) Mise en virage 2/2 Conclusion: la méthode no 2 ( Inclinaison ) est beaucoup plus efficace pour dévier un avion de sa trajectoire horizontale

40. Rz Rz . Cos f Rz Facteur de Charge ½Le facteur de charge augmente avec l’inclinaison f Pa Poids apparent P P n = 1 n = 1 / Cos f Exemple pour un virage à 60° , n = 2

41. r Rz V T Rx F Facteur de Charge 2/2Lors de changement de trajectoire dans le plan vertical,le facteur de charge varie avec la vitesse et le rayon de la ressource Pa Poids apparent n = 1 n = 1 + V2 r.g

42. DécrochageLe décrochage intervient toujours pour la même incidence L’incidence maxi est atteinte => l’avion décroche => Plus de portance => Chute Maintien de l’altitude par variation de l’assiette / incidence Réduction puissance 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°