La résultante aérodynamique
L’écoulement de l’air autour du fuselage crée une force appelée Résultante Aérodynamique (Ra), que l’on décompose en ses composantes parallèle et perpendiculaire au vent relatif : la traînée et la portance. Les autres forces agissant sur l’avion sont la traction et le poids.
Sur les schémas suivants, les ordres de grandeur entre la portance et la traînée sont disproportionnés, pour des raisons de facilité de lecture. Le rapport portance / traînée (la finesse) est de l’ordre de 10 sur les avions légers, c’est à dire que la portance est 10 fois plus importante que la traînée.
Le vol en palier
La portance équilibre le poids, la traction équilibre la traînée. Le système entier est en équilibre.
Expression de la portance :
est la masse volumique, caractérisant le milieu dans lequel le déplacement a lieu.
est la vitesse.
est la surface de l’objet (dite surface alaire pour une aile d’aérodyne).
est le coefficient de portance.
Le coefficient de trainée :
est la force de traînée, qui est par définition la composante de la force dans la direction du vecteur vitesse,
est la masse volumique du fluide,
est la vitesse de l’objet relativement au fluide,
est la surface de référence.
Le coefficient de portance :
= masse volumique du fluide en kg/m3
= vitesse de déplacement en m/s.
: surface de référence (surface projetée dans le plan x-y pour une aile).
Pour résumer :
ρ : densité de l’air
La densité dépend de l’altitude, de la température et de l’humidité de l’atmosphère.
S : surface alaire
La surface alaire peut varier en fonction de la sortie des volets et/ou des becs de bord d’attaque. On considérera
cependant que c’est une valeur constante.
V : vitesse air de l’avion
Fz : la portance
Cz : coefficient de portance
Nombre sans dimension qui représente essentiellement l’incidence de l’aile.
Cx : coefficient de traînée
Nombre sans dimension qui représente tout ce qui s’oppose à l’avancement (traînée de profil, traînée induite, etc.)
Le vol en montée
La portance reste perpendiculaire au vent relatif, alors que le poids reste vertical. Il se crée donc une composante du poids parallèle au vent relatif qui s’ajoute à la traînée. Pour compenser cette accroissement de traînée, il faut ajouter de la puissance. Si vous êtes déjà à fond, vous ne pouvez plus monter, vous avez atteint le plafond de propulsion.
Le vol en descente
Le poids comprend dans ce cas une composante parallèle au vent relatif mais qui s’ajoute à la traction, ou qui remplace la traction dans le cas du vol en plané sans moteur ou moteur réduit.
Le facteur de charge : C’est une grandeur qui traduit l’effort appliqué à la structure de l’aéronef. Le facteur de charge est le rapport entre la charge totale supportée par la structure d’un appareil et le poids réel de cet appareil.
(calcul : facteur de charge = portance/poids)
Lors d’un vol rectiligne (ligne droite à vitesse constante) en palier (altitude constante), le facteur de charge vertical est de 1 (donc portance = poids et traction = trainée).
Lorsqu’un appareil effectue un virage ou sort d’un piqué, le facteur de charge augmente.
Par exemple, un avion en virage horizontal symétrique avec un angle de roulis de 60° est soumis à un facteur de charge de 2. Dans ce cas, la structure de l’appareil doit supporter deux fois le poids de l’avion, et le pilote doit augmenter l’angle d’incidence de l’appareil pour produire davantage de portance.
La finesse : Nous parlons de “finesse” pour tous les « objets » volant : parapente, deltaplane, hélicoptère, planeur et avion, bien sûr. La “finesse” d’un avion est sa capacité à planer tous moteurs éteints.
La finesse d’un aérodyne à voilure fixe est le rapport entre sa portance et sa traînée aérodynamique. En vol plané (sans force de traction/propulsion) à vitesse vraie (vitesse de l’aéronef par rapport à la masse d’air dans laquelle il se déplace) constante, et donc à pente constante, elle est égale au rapport entre la distance horizontale parcourue et la hauteur de chute ou encore au rapport entre la vitesse horizontale et la vitesse verticale (taux de chute). Bien sûr, cette définition est à adapter suivant l’objet étudié: voile de bateau, profil de carène…
