VOL MÉCANIQUE DU

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Qualités de vol

Les analyses de qualité de vol tendent à évaluer quantitativement la facilité avec laquelle un avion peut être contrôlé dans diverses circonstances. Cet objectif pose d'emblée le problème de la connaissance du pilote humain, à peine cerné aujourd'hui encore. Si les études de qualités de vol parviennent à couvrir très correctement la dynamique de l'avion en « boucle ouverte » ou muni de systèmes automatiques, les boîtes noires, l'appréciation de sa pilotabilité repose sur des corrélations, tirées d'expériences précédentes et parfois contestables, entre le jugement des pilotes d'une part et les caractéristiques de l'avion d'autre part, y compris les liaisons internes entre les commandes et les gouvernes. Pour parfaire cette approche incertaine de la question, on a recours à des simulations de vol où le pilote fait partie intégrante de la « boucle fermée ».

Dynamique de l'avion

L'étude de la stabilité dynamique de l'avion s'appuie sur la théorie linéarisée des petits mouvements autour d'un régime de vol. Les six degrés de liberté sont tous considérés, mais la linéarisation et les symétries conduisent à un découplage entre, d'une part, la dynamique longitudinale qui régit le mouvement de tangage, l'incidence et la vitesse et, d'autre part, la dynamique transversale qui concerne les mouvements de roulis, de lacet et de dérapage. Dans les deux cas, l'analyse permet d'établir les fonctions de transfert de l'avion, qui sont nécessaires à l'étude des boîtes noires.

La dynamique longitudinale est caractérisée, sur un avion sain, par deux modes oscillatoires. Le premier est une oscillation d'incidence à courte période – de l'ordre de la seconde – qui affecte peu le mouvement du centre de gravité ; causée par la dérivée Cmα, cette oscillation constitue le mouvement transitoire vers l'incidence d'équilibre, après un braquage de la gouverne de profondeur. Cependant, l'action progressive du pilote ne l'excite guère, sauf à haute altitude où, sans l'aide d'une boîte noire, l'amortissement aérodynamique naturel dû aux dérivées Cmq et Czα devient insuffisant. En atmosphère turbulente, l'oscillation d'incidence, excitée de façon aléatoire, contribue à l'accélération subie par la structure et les passagers, mais la cause principale de cette accélération reste la variation directe de l'incidence due à la turbulence elle-même. Le second mode est l'oscillation phugoïde à longue période (de l'ordre de la minute), qui affecte surtout le mouvement du centre de gravité et s'établit à incidence fixe ; la cause de cette oscillation réside dans l'échange entre l'énergie cinétique de l'avion et l'énergie potentielle de pesanteur, au cours des alternances de montée et de descente. Très lente à grande vitesse, cette oscillation est généralement bien contrôlée par le pilote.

La dynamique transversale est caractérisée par deux modes exponentiels et un mode oscillatoire. Le mode de roulis correspond à la mise en vitesse de roulis à la suite d'un braquage d'ailerons ; régi par la dérivée d'amortissement Clp, il est à peine perçu par le pilote car sa constante de temps est courte (une fraction de seconde). Le mode spiral, toujours lent, se présente, lorsqu'il est divergent, comme un engagement progressif en virage sans action sur les gouvernes (instabilité spirale) ; à l'inverse, s'il est convergent, il ramène en vol horizontal l'avion initialement perturbé ; la stabilité du mode spiral dépend de la quantité ClβCnr − CnβClr, mais le pilote le tolère bien dans tous les cas. L'oscillation de lacet, à laquelle le roulis participe plus ou moins (roulis hollandais), provient de la dérivée Cnβ, dont l'effet tend à annuler le dérapage ; le couplage complexe entre le lacet et le roulis, que seule l'analyse mathématique permet d'interpréter correctement, résulte de plusieurs causes conjuguées dont la dérivée Clβ (effet de dièdre) est la principale mais non la seule ; en général bien contrôlée par le pilote, l'oscillation de lacet peut, sur certains avions de combat, devenir inacceptable sans l'aide d'une boîte noire, surtout en cas de roulis hollandais prononcé.

Nettement différente de ces modes, la vrille est un phénomène vicieux qui risque de faire suite à un décrochage dissymétrique, survenu dans un virage serré, une ressource accentuée ou un ralentissement excessif ; l'inversion de la dérivée Clp tend alors à engager l'avion dans une autorotation et le conduit rapidement vers une chute spiralée ré [...]

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Forces aérodynamiques

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Équilibrage longitudinal

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Écrit par :

  • : directeur des études de synthèse à l'Office national d'étude et recherche aérospatiales (O.N.E.R.A.), Châtillon sous Bagneux
  • : ingénieur civil de l'aéronautique, chef de division "Systèmes aéronautiques" à l'O.N.E.R.A. (Office national d'études et de recherches aérospatiales)
  • : Ingénieur Général de l'Armement.

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Pour citer l’article

Marcel BISMUT, Huu Thanh HUYNH, Jean-Claude WANNER, « VOL MÉCANIQUE DU », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 20 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/mecanique-du-vol/