MECANIQUE DU VOL

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    MECANIQUE DU VOL

    GENERALITES :

    La mcanique du vol est l'tude des forces s'appliquant un aronef en vol. Ces forcespeuvent tre regroupes en fonction de leur origine :

    - origine inertielle, fonction des acclrations subies par la masse de l'avion;- origine propulsive, gnre par le (ou les) moteur(s) de l'avion;- origine arodynamique, induite par la vitesse de dplacement de l'aronef.Toutes ces forces vont s'appliquer au centre de gravit de l'avion. Pour simplifier cette

    tude, nous considrerons que le centre de gravit (point d'application du poids de l'avion) etle centre de pousse (point d'application de la rsultante arodynamique) sont confondus, et setrouvent tous deux sur l'axe longitudinal de l'avion.

    Units employes : m masse de l'avion en kgg acclration de la pesanteur (g = 9.8i m/s_)T traction de l'hlice (ou pousse du racteur) en NS masse volumique de l'air en kg/m3V vitesse de lavion en m/sS surface de la voilure en m_Cz coefficient de portance (sans unit)Cx coefficient de trane (sans unit)

    LA FINESSE

    Elle est reprsente par le rapport portance par trane : f=D/H

    LE VOL EN PALIER RECTILIGNE UNIFORME :

    - l'avion vole selon une trajectoire horizontale, la portance doit quilibrer le poids :Rz = mg = 112 S v2 s Cz

    - pour voler une vitesse constante, la traction de l'hlice (ou la pousse du racteur) doitquilibrer la trane :

    T=Rx=112 SV2SCx

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    En faisant le rapport des deux quations prcdentes, on obtient une nouvelle relation : mg/T = Cz/Cx= f, soit T=mg/f o f reprsente la finesse de l'avion.

    Pour un avion de masse donne, volant en palier une vitesse V, il n'existe qu'une seulevaleur de Cz vrifiant l'quation de sustentation. Il n'y a donc qu'une seule incidence possible cette vitesse.

    A cette incidence de vol correspond un seul Cx : ce dernier conditionne la valeur de latrane, et, par consquent, la traction (ou pousse afficher)

    On peut donc ainsi constater que les deux quations de sustentation et de propulsion sonttroitement lies.

    VOL EN MONTEE RECTILIGNEUNIFORME :

    Pour qu'un avion effectue une monte, ilfaut que la force de propulsion (traction de l'hliceou pousse du racteur) augmente par rapport auvol en palier. En monte rectiligne uniforme, lavitesse de l'avion sur trajectoire sera constante.

    Si l'avion monte en suivant unetrajectoire faisant un angle (avec l'horizontale, onpeutdcomposer son poids en deux composantes,l'une parallle la trajectoire, l'autreperpendiculaire celle-ci.

    On obtient : Rz = mg.cos et T= Rx+ mg.sin En gnral, la monte d'un avion s'effectue sous une pente assez faible pour que l'on

    puisse considrer par approximation que:cos =1, et que : sin = tang = en radians.

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    La pente de monte tant la tangente de l'angle de monte, on peut donc dire qu'elle estgale en radians. Les quations prcdentes peuvent ainsi scrire :

    Rz= mgT = Rx+ mg = ( T- Rx) / mgComme la pente est exprime en gnral en

    pourcentage, on aura alors:

    pente de monte en %= 100 rd

    On appelle vitesse ascensionnel ou taux demonte, la projection de la vitesse sur un axevertical. On la note Vz.

    Vz = v. rd

    La vitesse ascensionnelle est exprime soit en m/s, soit en pieds/minute (ft.mn)

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    CONSOMMATlON HORAIRE MINIMALE (Ch mini)C'est le rgime de vol adopter pour maintenir l'avion en vol horizontal le plus longtempspossible comme lors d'une attente avant l'atterrissage. Cette consommation est obtenue lapuissance utile minimale pour le vol horizontal ( Wumini = Wn mini). Il est constater qu'ce point de fonctionnement, les rgimes 1 et 2 sont confondus.

    MAXI-RANGEMaxi-range ou point de fonctionnement permettant de consommer le moins possible decarburant au km parcouru. Il est obtenu en adoptant une puissance utile pour laquelle l'angled'incidence permettant un vol horizontal est celui qui correspond au rapport minimal W/Vp,soit point de fonctionnement pour lequel la finesse est maximale.

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    VOL EN VIRAGE SYMETRIQUE EN PALIER :

    Le passage dune trajectoire rectiligne une trajectoire circulaire ne peut se faire que silavion est soumis une force dviatrice Fd.Le moyen le plus simple est dincliner lavion afin que Fz devienne la force dviatrice.

    Le virage est dit symtrique lorsque le vecteur vitesse reste dans le plan de symtrie delavion.On considre que la vitesse est constante et horizontale.Pour raliser cet quilibre dans le plan vertical, il faut que la portance soit suprieure au poidsde lavion.Le rapport entre la portance et le poids est appel le facteur de charge.

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    Pour maintenir la vitesse en virage, il faut augmenter la portance donc Cz. Cela est obtenu enaugmentant lgrement lincidence, ce qui augmente la trane : il est ncessaire daccrotre laforce de propulsion pour compenser (augmenter la traction de lhlice ou la pousse duracteur).

    Lorsque le virage nest pas symtrique, il est :

    gliss, lavion a tendance descendre vers lintrieur du virage (linclinaison est tropforte compte tenu de la vitesse),

    drap, lavion a tendance se dporter vers lextrieur du virage (linclinaison esttrop faible pour la vitesse).

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    EFFETS SECONDAIRES ET CONTROLE DU VIRAGE :

    Lacet inverse :

    En virage, linclinaison, lvolution autour de laxe de lacet, laileron baiss (aile extrieureau virage) est lorigine dune trane induite plus importante que celle due laileron lev(aile baisse intrieure au virage) ; il sen suit un effet inverse sur laxe de lacet.

    Correction :

    Par construction : braquage diffrentiel des ailerons, Par laction du pilote sur le palonnier qui commande la gouverne de direction.

    Effet gyroscopique de lhlice :

    Lors dun virage (volution autour de laxe de lacet), lhlice (rotation autour de laxe deroulis) fait, par inertie, basculer lavion autour de laxe de tangage.

    Le sens de basculement dpend : Du sens de rotation de lhlice Du sens du virage

    Dans le cas dun virage droite, lhlice tournant dans le sens anti-horaire, vue de la placepilote, lavion aura tendance cabrer.Pour le mme avion en virage gauche, la tendance est piquer.

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    LE GYROSCOPE

    Certains instruments de pilotage sont conus partir du gyroscope . Tout corps rond quitourne sur lui-mme est un gyroscope. La terre est un gyroscope.

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    EQUILIBRE LONGITUDINAL :

    Nous savons que les volutions de lavion seffectuent autour de son centre de gravit (miseen piqu et cabr, inclinaison).Ce centre de gravit ntant pas confondus avec le centre de pousse (point dapplication dela rsultante arodynamique), il apparat un bras de levier et par consquent un momentcompense par le moment cabrer du plan fixe arrire

    .

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    LA STABILITE DE LAVION

    LINFLUENCE DE LA POSITION DU CENTRE DE GRAVITE

    Il existe une position extrme arrire du centre de gravit au-del de laquelle la condition destabilit nest plus satisfaiteCette position limite ne doit dans aucun cas tre dpasse.

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    Un centrage avant est du point de vue stabilit un facteur favorable.

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