Les Différents Types de Vol

      I.            Les différents types de vol

A.    Le vol en palier rectiligne uniforme 

Commençons par le cas le plus simple du vol d’un avion : le vol en palier rectiligne uniforme. Voici tout d’abord un rappel du schéma des quatre forces s’exerçant sur un avion dans cette configuration, ces forces sont nommées comme le veut le système international :

Les forces s’équilibrent ici deux à deux : 

Rz = mg et T = Rx.

 

B.    Le vol en montée rectiligne uniforme 

Pour qu’un avion monte, il faut que la portance soit cette fois supérieure au poids, logique, mais il faut également que la force de poussée ou de traction exercée par le ou les moteur(s) soit supérieure à celle du vol en palier, car lorsque l’avion monte, la traînée se fait plus forte. En montée, comme en descente d’ailleurs, on peut décomposer le poids de l’avion en deux forces : l’une parallèle à la trajectoire de l’avion, allant vers l’arrière, l’autre perpendiculaire à cette trajectoire, et allant vers le bas. Le poids réel est la résultante de ces deux forces. Supposons maintenant que l’avion monte en faisant un angle noté « a » avec l’horizontale. On peut calculer la portance, ainsi que la poussée / traction nécessaire pour faire monter l’avion, en fonction de cet angle de montée. Les calculs sont les suivants :

Rz = mg.cos a et T = Rx + mg.sin a.

 

Un avion monte généralement sur une pente assez faible, on considère donc que cos a = 1, et que sin a = tan a. On peut donc ramener, dans le cas d’une montée normale, les équations précédentes à celles-ci : 

Rz = mg et T = Rx + mg.a.

Ce qui permet d’exprimer a comme ceci : a = (T-Rx)/mg.

La pente de montée est notée en %, elle est donc égale à 100.((T-Rx)/mg).

Voici un schéma mettant en évidence les forces et résultantes qui s’exercent lors de la montée :

 

On peut également calculer la vitesse ascensionnelle de l’avion, c’est à dire la vitesse à laquelle il grimpe sur un axe vertical, cette vitesse est notée Vz et est exprimée en mètres par seconde, elle s’obtient par ce calcul : Vz = V.((T-Rx)/mg) V étant la vitesse de l’avion en mètres par seconde.

 

C.     Le vol en descente rectiligne uniforme

La configuration du vol en descente rectiligne uniforme n’est pas bien différente de celle du vol en montée rectiligne uniforme. La portance ne diminue pas, mais la puissance du / des moteur(s) est réduite. « a » désigne toujours l’angle que fais l’avion avec son axe horizontal, la vitesse de l’avion est constante sur sa trajectoire. Le changement majeur ici est que la composante du poids qui est parallèle à la trajectoire va dans le même sens que la force de traction / propulsion. Les calculs servant à déterminer la portance et la poussée / traction lors d’une descente sont les suivants : 

Rz = mg.cos a et T + mg.sin a = Rx.

Voici comme d’habitude un schéma illustrant le vol en descente rectiligne uniforme :

On considère toujours pour les mêmes raisons que dans une montée, que cos a = 1 et que sin a = tan a. Les équations s’écrivent alors :

Rz = mg et T + mg.a = Rx,

Ce qui reviens à dire que

  a = (Rz – T)/mg.

La pente de descente, notée en % comme pour la montée, est notée 100.((Rx – T)/mg).

 

                 On peut calculer la vitesse verticale de descente, autrement appelée taux de chute, et notée Vz, comme pour la vitesse ascensionnelle : Vz = V.((Rz – T)/mg). Le mètre par seconde est l’unité de référence.

 

D.    Le vol en virage symétrique en palier 

Voici une configuration bien différente du vol en descente, en montée et en palier, le vol en virage met en jeu une force qui lui permet de virer, cette force influe sur la portance. On dit que le virage est symétrique lorsque le vecteur vitesse de l’avion reste dans l’axe de vol de l’avion. Dans notre cas, la vitesse est constante et, dois-je le rappeler, horizontale.

L’équilibre des forces est ici plus complexe, il faut en effet que la portance soit supérieure au poids pour que l’équilibre soit fait, en raison de l’inclinaison de l’avion, l’augmentation de la portance permet également de conserver la vitesse que l’avion avait avant le virage, seulement, pour cela le pilote tire légèrement le manche vers lui afin d’augmenter l’incidence de l’avion, ce qui a aussi pour effet d’augmenter la traînée. Il faut donc compenser en augmentant légèrement la puissance du/des moteur(s).

Le vol en virage met en scène un nouveau rapport que l’on nomme facteur de charge, il est noté « n » dans le système international : n = Rz/mg. Le facteur de charge dépend de l’inclinaison, en conséquent, on peut le calculer en fonction de l’angle de virage par ce calcul :

n = 1/cos a (a étant l’angle d’inclinaison en degré).

Le facteur de charge est plutôt connu, il s’agit en fait des fameux « G’s » que les pilotes de chasse ou d’acrobatie encaissent lorsqu’ils sont en action. 1 G correspond au poids du mobile considéré, si le pilote encaisse 3 G’s, il pèse 3 fois son poids. Voici le schéma illustrant le vol en virage symétrique en palier :

 

Il se peut que le virage ne soit pas symétrique, il est alors dérapé. A ce moment là, les propriétés que nous avons vu ne s’appliquent pas.

 Ce dernier représente l'équilibre entre toutes les forces aérodynamiques pour une vitesse donnée. À vitesse constante l'aéronef ne descend ni ne monte, le vecteur poids est égal à son opposé la portance, idem pour la traînée contrée par la propulsion.

 

Il s'exerce donc comme forces sur l'avion :

§  Le poids

§  La portance et la traînée

§  La traction

La particularité du palier, comparativement à la montée et à la descente, est que la portance — perpendiculaire au vent relatif — est verticale, égale et opposée au poids.

Le contrôle du palier s'effectue en gardant une assiette affichée à l'aide de références extérieures, ou de l'horizon artificiel.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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