VOL MÉCANIQUE DU

Autres domaines de la mécanique du vol

Appareil à décollage vertical

À côté des avions classiques, divers types de machines pilotées capables de décoller verticalement et, par conséquent, d'exécuter des vols stationnaires ont vu le jour, surtout après 1945. Les forces aérodynamiques dues au déplacement de l'aérodyne étant dans ce cas inexistantes, la sustentation est assurée par des forces propulsives produites soit par des réacteurs à simple ou à double flux, soit par des hélices carénées ou libres, soit encore par des rotors du type hélicoptère.

Si D est le débit de fluide traversant le réacteur, l'hélice ou le rotor, et V_e la vitesse d'éjection, la poussée au point fixe est F = DV_e, et la puissance fournie au fluide est égale à DV²_e/2. (L'énergie fournie par unité de temps à la masse D pour l'amener à la vitesse V_e est son énergie cinétique finale DV²_e/2.) Si η est le rendement thermodynamique du moteur, la combustion du carburant doit donc fournir une puissance DV²_e/2η, ce qui impose une consommation instantanée :

où L est le pouvoir calorifique du carburant, soit sensiblement 44 × 10⁶ joules par kilogramme ; on en déduit :

Les rendements des divers types de moteurs ne diffèrent que de quelques pour-cent. Les consommations de carburant seront donc d'autant plus faibles à poussée donnée que les débits brassés par le moteur seront grands, ce qui classe les différents modes de sustentation pour le vol stationnaire dans l'ordre suivant : rotor, hélice, réacteur double flux, réacteur simple flux.

Différents phénomènes aérodynamiques limitent la vitesse maximale de translation des hélicoptères (vitesse maximale de l'ordre de 350 kilomètres à l'heure). Le décollage vertical d'avions rapides nécessite donc l'emploi d'autres moyens que le rotor, c'est-à-dire des hélices libres (vitesse limite à Mach 0,6), des hélices carénées (vitesse limite à Mach 0,8) ou des réacteurs. De nombreuses solutions sont possibles (hélices ou petits rotors basculants, réacteurs basculants, réacteurs à déviation de jet, réacteurs séparés de sustentation et de propulsion, par exemple).

L'utilisation de réacteur de sustentation est très coûteuse en raison de la dépense en carburant. La poussée nécessaire à la sustentation d'un avion de masse m est F = mg. La consommation correspondante (c = − dm/dt) est donc c_sF, la quantité c_s étant la consommation spécifique. D'où l'on déduit :

Si M est la masse initiale, m_c la masse totale de carburant disponible, le temps maximal de vol sustenté vertical est donc :

La consommation spécifique des meilleurs réacteurs de sustentation est de l'ordre de 0,05 kg . h⁻¹ . N⁻¹, avec 1/c_sg = 7 200 s. Pour un avion de l'ordre de 20 à 30 tonnes, la masse maximale de combustible m_c ne dépasse pas 40 p. 100 de la masse décollable M. Par suite, le temps de vol est de l'ordre de 60 minutes.

Avec un réacteur militaire dessiné pour dépasser Mach 2, la consommation spécifique est voisine de 0,1 kg . h⁻¹ . N⁻¹, ce qui réduit le temps de vol vertical à 30 minutes.

Si l'on utilise la sustentation aérodynamique, la poussée nécessaire au vol est égale au poids divisé par la finesse (de l'ordre de 15 pour le vol subsonique, 7 pour le vol à Mach 2), ce qui montre qu'une minute de vol vertical coûte 15 minutes de vol subsonique ou de 7 minutes de vol à Mach 2, ce qui équivaut à 250 kilomètres de rayon d'action.

Missiles guidés

Le vol d'un missile guidé présente des caractères divers selon sa mission mais reste marqué par l'intervention de systèmes automatiques. Mis à part certains véhicules – cibles, missiles de reconnaissance et missiles de croisière – dessinés comme des avions et manœuvrant comme eux, les missiles accomplissent en général des vols non sustentés, guidés seulement par l'exigence de rencontre avec l'objectif. Leur mode de propulsion habituel est la fusée, seule capable de leur communiquer rapidement une grande vitesse, notamment au moyen d'étages accélérateurs, largués après combustion ; cependant, pour les missions atmosphériques à moyenne portée, la propulsion aérobie, d'un rendement meilleur mais de poussée plus faible, est parfois préférée après la phase accélérée du départ.

Les missiles tactiques, par exemple les missiles contre avion, destinés à évoluer dans l'atmosphère, tirent leur capacité de manœuvre des forces aérodynamiques : la voilure cruciforme dont on les munit pour réduire le temps de réponse et simplifier le guidage permet de leur appliquer, sans manœuvre préliminaire en rou [...]

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