Mécanique du vol

La mécanique du vol est l'étude du mouvement d'un véhicule en environnement aérien ou spatial.

Introduction

Tout objet dans un environnement fluide est soumis à un certain nombre de forces qui déterminent son mouvement global dans le fluide. Les différentes forces pouvant être mises en jeu sont :

• la résultante des forces aérodynamiques ou RFA, variant avec le carré (²) de la vitesse. (voir Aérodynamique)
• le poids
• la traînée
• la portance
• la poussée des moteurs (hélice, turboréacteur, etc. (voir Propulsion des aéronefs).

Ces forces sont étudiées dans leur discipline correspondante et représentent des entrées pour la mécanique du vol.

Repères et angles

Chaque discipline a ses propres conventions qui ne sont malheureusement pas toujours compatibles entre elles. Nous distinguerons ici :

• le repère absolu $\big(G,x_0,y_0,z_0\big)$ (x₀ est orienté nord, y₀ ouest et z₀ verticalement ; en pratique c'est le repère lié au sol)
• le repère lié à l'avion $\big(G,x_b,y_b,z_b\big)$ (x est orienté vers l'avant, y_b vers l'aile gauche)
• le repère lié à l'atmosphère $\big(G,x_a,y_a,z_a\big)$, qui peut se déplacer (vent) ; ce repère est commode pour l'écriture des forces aérodynamiques (x_a supporte le vecteur vitesse)

À partir de quoi nous définissons (dans l'ordre) :

• Dans le plan π_x = (x₀,y₀) (vue de dessus), dit Lacet :

1. le cap Ψ de l'avion défini son orientation par rapport au nord : $\Psi=\hat{(x_0,x)}$
2. le dérapage β défini l'orientation de l'avion par rapport à sa direction : $\beta=\hat{(x_a,x)}$

• Dans le plan π_x = (x₀,z₀) (vue latérale), dit Tangage :

1. l'incidence α entre l'axe de l'avion et l'axe de déplacement : $\alpha=\hat{(x_a,x)}$
2. la pente γ entre l'axe de déplacement et l'horizontale : $\gamma=\hat{(x_0,x_a)}$

• Dans le plan π_x = (y,z) (vue arrière), dit Roulis :

1. la gîte Φ entre l'axe de l'avion et l'horizontale : $\Phi=\hat{(y_0,y)}$

L'angle α est également appelé incidence ou angle d'attaque. L'angle θ = α + γ est appelé assiette de l'avion.

Remarque : l'incidence est l'angle formé entre le profil de l'aile et les filets d'air qu'elle traverse, alors que l'assiette est l'angle formé par ce même profil avec l'horizon.

Quelques principes d'aérodynamique

La Résultante des Forces Aérodynamiques (RFA), est la traduction de la combinaison de l'ensemble des forces qui vont amener un aéronef plus lourd que l'air à pouvoir voler ou non. En effet cette RFA doit avoir pour premier objet la création de portance, force opposée au poids. Il apparaît donc important de nommer les forces en présence, pour le vol pur, sans moteur, par exemple d'un avion en papier :

• Le poids
• La traînée
• La vitesse
• La portance
• ...

(à suivre)

Vol en palier

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.

Dynamique du vol longitudinal

Article détaillé : Stabilité longitudinale (aviation).

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Dynamique du vol transversal

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Liens

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