Avion canard

Plan canard

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Plan canard sur un Dassault Mirage III

Un plan canard est une surface portante placée à l'avant d'un aérodyne (avion ou planeur) ou d'un navire à portance dynamique (hydroptère).
Par extension, l'expression "plan canard" peut désigner un concept d'avion portant un plan (une surface) canard.

Sommaire

Historique

Les premiers modèles d'avions qui prirent l'air, tels le Wright Flyer, l'hydravion de Henri Fabre ou le Santos-Dumont 14-bis, ne possédaient pas encore le type d'empennage arrière qui s'est imposé plus tard et que l'on appellera "conventionnel". Par analogie avec les véhicules dont la direction est déterminée par l'orientation des roues avant, les premiers constructeurs conçurent des aéronefs dont les surfaces placées à l'avant permettaient de les piloter en tangage et parfois aussi en lacet. Le roulis était obtenu par le gauchissement des extrémités de la voilure principale (Wright Flyer), ou bien était plus ou moins induit par du dérapage en lacet (Farman-Voisin).

A l'instar des oiseaux dépourvus de plumes rectrices efficaces qui infléchissent la trajectoire de leur vol grâce à leur bec aplati (voir aussi Vol (animal)), cette forme d'avion fut appelée canard. De plus, ils ressemblaient pour les observateurs au sol, à des canards en vol, d'où peut-être aussi leur nom.

Mais ces oiseaux ont un vol presque rectiligne et sont peu manœuvrants (voir discussion). Ce n'est donc pas le moindre des paradoxes que ce type de gouverne qui confère une agilité exceptionnelle aux chasseurs à réaction ait été baptisée ainsi.

Définitions

  • Un avion canard est un type d'avion possédant deux surfaces portantes, un plan canard à l'avant et une aile à l'arrière.
  • Il existe des vrais-faux canards, des ailes delta avec un équilibreur avant (Saab 37 Viggen suédois, Kfir Israélien, Dassault Rafale) : le plan canard est peu ou pas porteur en vol, il sert seulement à éviter de braquer les élevons vers le haut en approche pour gagner en portance et réduire autant que possible la vitesse d'atterrissage. La commande des plans canard sur chasseurs à réaction volant à très haute vitesse s'effectue par le biais d'un calculateur.
  • Un avion trois surfaces est un avion possédant en plus de l'aile principale et de l'empennage conventionnel situé à l'arrière un plan porteur supplémentaire situé à l'avant du fuselage appelé plan canard.

Caractéristiques des plans canard

Avantages

Plans canards (juste derrière le poste de pilotage) sur le bombardier expérimental XB-70 Valkyrie
Rutan Long-EZ, avec le plan canard juste devant le pilote

La surface du plan canard produit normalement une portance positive (vers le haut) qui s'ajoute à celle produite par les ailes alors qu'un empennage classique produit une déportance (portance vers le bas), diminuant la portance de l'aile principale.

Une bonne conception du plan canard permet de protéger l'appareil contre le décrochage. Cette surface décroche en premier, l'aéronef pique alors du nez, évitant le décrochage de l'aile principale.

Le fuselage court d'un canard permet un gain de surface mouillée. Dans le cas d'un biplace à moteur arrière, la disposition en tandem présente deux avantages :

- position logique du pilote à l'avant et du passager à l'arrière non loin du centre de gravité,
- faible maître-couple.

Le plan canard pourrait permettre une grande variation du centre de gravité.

L'utilisation des plans canard peut être conjuguée avec celle des elevons situés à l'arrière pour augmenter la vitesse angulaire de tangage. Cela concerne la maniabilité des avions de chasse.

Inconvénients

  • La stabilité longitudinale oblige à charger davantage les surfaces avant que les surfaces arrières (ratio environ 1.6 à 2 pour 1).

L'aile arrière est donc peu chargée au m² et n'atteint jamais son potentiel de portance maximal : sa surface est plus grande que nécessaire.

  • Cette configuration limite le gain en portance des volets sur l'aile.

Le déploiement des volets provoque un moment piqueur. Sur un aéronef conventionnel, cet effet est facilement compensé par l'augmentation de la déportance de l'empennage qui produit un moment cabreur de sens opposé et restaure l'équilibre en tangage. Avec une configuration canard, le plan canard (qui est porteur en croisière) est déjà à coefficient de portance élevé en vol normal. Il n'a pas de réserve de Cz (coefficient de portance) suffisante pour compenser le moment piqueur très important de volets très reculés.
Pour résoudre ce problème, le Beechcraft Starship (modèle non poursuivi par son constructeur) présentait un plan canard à géométrie variable : la surface pivotait vers l'avant pour compenser en partie le moment piqueur causé par le déploiement des volets.
Beaucoup d'avions canard n'ont pas de volets, leur débattement et donc efficacité étant trop limités.

  • Déflexion du canard

Les ailes se trouvent en arrière des surfaces canard, et reçoivent leur déflexion : négative en arrière du plan canard (ce qui diminue la portance de l'aile dans cette zone), positive au niveau du bout du canard (pic de portance local), puis un air peu défléchi à l'extérieur. La distribution de portance sur l'aile arrière n'est pas régulière, elle varie avec la portance du canard et avec l'angle de dérapage (attaque oblique); cela pose un problème de conception difficile.

  • Propulsion (monomoteur)

- L'hélice étant généralement à l'arrière, la voilure n'est pas soufflée : perte de portance au roulage.
- L'hélice arrière (de petit diamètre à cause de la limitation de la garde au sol) travaille dans le sillage perturbé du canard, de l'aile, des jambes de train et du fuselage. Son rendement propulsif en est grandement affecté (environ 0.72 à 0.76 au lieu de 0.80 à 0.85), ce qui diminue la poussée au décollage.

  • Tous ces facteurs rendent les distances de décollage et d'atterrissage plus longues et à des vitesses plus grandes que sur un avion conventionnel.
  • Équilibre longitudinal sensible à la pluie

La faible corde du canard ET le choix d'un profil "laminaire" font que la portance du canard est affectée par la pluie qui perturbe l'écoulement (décollement précoce à l'extrados). Comme la pluie perturbe moins la portance de l'aile (arrière), l'avion peut piquer du nez. Un remède est de disposer des générateurs de vortex (tourbillons) sur le canard; un autre remède est de revenir à un profil classique à faible laminarité (sur le Long-EZ, le profil GU-25 a été remplacé par un Roncz 1145MS).


Exemples

Liste non exhaustive d'avions portant un plan canard :

  • Débuts de l'aviation :
AEA Silver Dart
Wright Flyer 1903, voir aussi Frères Wright
Santos-Dumont 14-bis
Voisin-Farman 1908, avion trois surfaces
Le canard (Hydravion de Henri Fabre)
  • Planeurs
Rutan Solitaire
  • Avions de tourisme
Cozy MK IV
Freedom Aviation Phoenix
Peterson 260 SE (Cessna 182 avec des canards)
Pterodactyl Ascender
Rutan VariViggen
Rutan VariEze
Rutan Defiant
Rutan Long-EZ
Steve Wright Stagger-EZ
Velocity SE
Velocity XL
Berkut aircraft
  • Avions à énergie musculaire
Gossamer Condor
Gossamer Albatross
  • Transport de passagers
Mig-8
Focke Wulf F 19 Ente (avion canard)
Beechcraft Starship
Piaggio P180 Avanti (avion trois surfaces)
Rutan Voyager
Tupolev tu-144 (volets)
  • Avions militaires
Atlas Cheetah
Curtiss-Wright CW-24B
Curtiss-Wright XP-55 Ascender
IAI Kfir
IAI Lavi
Chengdu J-9
Chengdu J-10
Eurofighter Typhoon
Saab JAS 39 Gripen
Saab 37 Viggen
Dassault Rafale
Dassault Mirage III
Dassault Mirage 4000
Grumman X-29A
F-15 S/MTD, ACTIVE et IFCS
Mikoyan-Gourevitch Mig-8 Utka
Mikoyan-Gourevitch Mig 1.44
Miles Libellua
Rockwell-MBB X-31
Rockwell B-1B Lancer (Bombardier supersonique. De petits plans canards assurent la stabilité à basse vitesse)
Soukhoï Su-35
Soukhoi Su-32
Soukhoi Su-33
Soukhoi Su-34
Soukhoï Su-30MKI
Soukhoï Su-37
Soukhoï Su-47
Soukhoï T-4
North American X-10
North American XB-70 Valkyrie
North American SM-64 Navaho (missile)
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