Mécanique du vol

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

Introduction[modifier | modifier le code]

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[1], composée de :
    • la traînée ;
    • la portance ;
  • le poids ;
  • la poussée des moteurs (hélice, turboréacteuretc.[2]).

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

Repères et angles[modifier | modifier le code]

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) (x_0 est orienté nord, y_0 ouest et z_0 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_b 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 \pi_x=(x_0,y_0) (vue de dessus), dit Lacet :
  1. le cap \Psi de l'avion défini son orientation par rapport au nord : \Psi=\hat{(x_0,x)}
  2. le dérapage \beta défini l'orientation de l'avion par rapport à sa direction : \beta=\hat{(x_a,x)}
  • Dans le plan \pi_x=(x_0,z_0) (vue latérale), dit Tangage :
  1. l'incidence \alpha entre l'axe de l'avion et l'axe de déplacement : \alpha=\hat{(x_a,x)}
  2. la pente \gamma entre l'axe de déplacement et l'horizontale : \gamma=\hat{(x_0,x_a)}
  • Dans le plan \pi_x=(y,z) (vue arrière), dit Roulis :
  1. la gîte \Phi entre l'axe de l'avion et l'horizontale : \Phi=\hat{(y_0,y)}

L'angle \alpha est également appelé incidence ou angle d'attaque. L'angle \theta=\alpha+\gamma 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[modifier | modifier le code]

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
  • etc.

Vol en palier[modifier | modifier le code]

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[modifier | modifier le code]

Dynamique du vol transversal[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]