Dérive (empennage)

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Dérive

La dérive est, en aéronautique, une surface verticale qui assure la stabilité de route (sur l'axe de lacet) et le contrôle directionnel des avions, et des aéronefs volant selon les mêmes principes aérodynamiques qu'un avion : planeurs, missiles de croisière, ou encore navettes spatiales. Les hélicoptères ont aussi une dérive, dont le rôle se limite à la stabilité.

Fonctions de la dérive[modifier | modifier le code]

Les frères Wright ont introduit une dérive verticale sur leur Flyer, elle n'existait pas sur les planeurs qu'ils avaient réalisé auparavant. Cela fait partie des innovations déterminantes par lesquelles les Wright ont réussi à réaliser un appareil pilotable[1].

Rôle de stabilisation[modifier | modifier le code]

L'avion est en dérapage, la dérive crée un moment qui la ramène dans l'axe.

Le rôle fondamental de la dérive est de stabiliser l'avion en lacet : lorsque l'avion a une attaque oblique (sa vitesse n'est pas parfaitement dans son axe de symétrie, il « dérape »), la dérive crèe une force qui le ramène en position droite. L'efficacité de la dérive est exprimée par un coefficient adimensionnel, le coefficient de volume de la dérive[2] :

Où :

  • est la surface de la dérive
  • est son bras de levier : la distance entre le centre de la dérive et le centre de gravité de l'avion
  • est la surface alaire
  • est l'envergure de l'appareil

La valeur se situe entre 0.06 et 0.08 pour la plupart des avions, elle est légèrement plus élevée pour un avion de ligne que pour un chasseur[3]. Une valeur trop faible donne un avion instable, sujet au roulis hollandais[2]. Une conséquence de cette expression est que lorsqu'une version d'un avion avec un fuselage raccourci est développée, il faut souvent agrandir la dérive : diminue, ce qu'il faut compenser en augmentant . C'est ainsi que le Boeing 747SP et l'Airbus A318 ont des dérives agrandies par rapport aux avions dont ils sont dérivés.

Rôle de pilotage en lacet[modifier | modifier le code]

Animation du pilotage en lacet.

La dérive possède une ou plusieurs parties mobiles, appelées gouvernes, qui permettent le contrôle en lacet de l'avion[4]. Contrairement à ce que son nom pourrait faire croire, et au gouvernail de direction d'un bateau, la gouverne de direction ne permet pas à l'avion de changer de direction. Il lui faut s'incliner à l'aide des ailerons, la gouverne de direction étant alors utilisée pour éviter le dérapage.

De façon générale, la gouverne d'un avion est dimensionnée pour le pire cas possible, c'est à dire la panne d'un moteur juste après le décollage (donc alors que la vitesse est encore faible). La gouverne doit être capable, à la vitesse de décollage, d'exercicer un couple suffisant pour compenser l'asymétrie liée à l’arrêt inopiné d'un moteur[3].

Fonctions auxiliaires[modifier | modifier le code]

Si la présence de la dérive est une nécessité aérodynamique, elle peut être mis à profit pour d'autres utilisations. Par exemple, un tube de pitot, instrument servant à mesurer la vitesse de l'avion rapport à l'air qui l'environne, est souvent placé sur la dérive, où il rencontre un flux d'air peu perturbé par le reste de l'avion. C'est le cas sur le Boeing 737[5]. Le sommet de la dérive est aussi un bon endroit pour placer certains types d'antennes : cet emplacement réduit leur zone d'ombre créé par l'avion lui-même[6].

Sur les avions pourvues d'une antenne long-fil, dispositif devenu rare, sauf sur les avions légers, elle est généralement tendue entre la dérive et le dessus du fuselage[7]. La dérive peut aussi contenir un réservoir de carburant c'est le cas par exemple sur le Super VC10 de Vickers[8].

Étant la partie la plus visible de l'avion lorsqu'il est au sol, la dérive d'un avion de ligne porte presque toujours le logo de la compagnie qui l'exploite.

Conception aérodynamique[modifier | modifier le code]

Le profil de la dérive vertical est symétrique : elle ne doit pas créer de portance dans une direction ou l'autre. Comme les ailes, la dérive est sujette au phénomène de décrochage : avec un angle trop important par rapport au flux d'air, elle devient inopérante[3].

De rare avions possèdent une dérive monobloc. C'est donc la totalité de la dérive qui pivote pour jouer le role de gouverne. C'est le cas, par exemple, du Lockheed SR-71 Blackbird[9].

Intérêt des dérives multiples[modifier | modifier le code]

Certains avions possèdent deux, ou même trois dérives. Plusieurs raisons peuvent motiver un tel choix de conception.

Contraintes d'encombrement[modifier | modifier le code]

Un Lockheed Super Constellation en vol

Avec plusieurs dérives, leurs valeurs s'ajoutent. Cela permet de réaliser des dérives plus petites. Sur certains appareils, le choix de dérive multiples était motivé par la réduction de la hauteur de l'avion, afin de pouvoir le stationner dans des hangers existants. C'est pour cette raison que le Lockheed Constellation, avion très grand pour son époque, a reçu pas moins de trois dérives[10].

Contraintes de furtivité[modifier | modifier le code]

La dérive verticale d'un avion contribue de façon assez importante à sa surface équivalente radar (SER). Utiliser deux dérives de plus petite taille, au lieu d'une dérive unique, réduit déjà quelque peu la SER[11]. Ainsi, nombre d'avions furtifs ont des doubles dérives : c'est le cas du Lockheed Martin F-117 Nighthawk, du Lockheed Martin F-22 Raptor, du Soukhoï Su-57, du Chengdu J-20.

Contraintes aérodynamiques[modifier | modifier le code]

Certains avions ont vu la conception de leur dérive affectée par des considérations aérodynamiques spécifiques. À titre d'exemple, l'Antonov An-225 a été conçu pour transporter sur son dos la navette Bourane et d'autres charges. Ainsi, l'avion ne pouvait être stabilisé par une dérive classique (unique et placée dans son axe de symétrie) : elle aurait été située dans la masse d'air perturbée par la charge dorsale. L'An-225 a donc reçu un empennage « en H » : deux dérives aux extrémités de son stabilisateur horizontal[12].

Dans le même ordre d'idées, voir ci-dessous l'image du transport de la navette spatiale de la NASA ou encore l'image de cet avion russe de transport de charges externes. De même (ci-dessous), les quatre dérives du Grumman E-2 Hawkeye permettent de limiter leur hauteur afin qu'elles ne soient pas dans le sillage du radôme[13].

Surviviabilité en combat[modifier | modifier le code]

Sur certains avions militaires, le choix de placer deux dérives est dicté par l'amélioration de la capacité de l'avion à survivre au combat. C'est le cas du Fairchild A-10 Thunderbolt II : d'une part, ses dérives sont redondantes. Il peut continuer à voler si l'une est détruite par le feu ennemi. D'autre part, elles réduisent sa vulnérabilité aux missiles à guidage infrarouge, en occultant sous certains angles le jet des moteurs[14],[15].

Cas des avions bipoutres[modifier | modifier le code]

Le Lockheed P-38 Lightning, chassseur bipoutre.

Dans le cas des avions bipoutres, il n'y a simplement pas de fuselage arrière pour placer une dérive centrale. Le choix d'avoir deux dérives est ici imposé par la configuration de l'avion.

Rupture en vol[modifier | modifier le code]

Des ruptures d'empennage vertical ont mené à une perte de contrôle et au crash :

  • Vol 123 Japan Airlines (520 morts), rupture due à une explosion d'une paroi de pressurisation mal réparée entrainant sa rupture, la dépressurisation et la perte de contrôle de l'appareil.
  • Vol 587 American Airlines (265 morts), rupture due à des actions trop brutales du pilote sur les commandes de la dérive, entraînant la perte de contrôle de l’appareil.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. « Wright Flight Stability and Control Wright Flight Stability and Control- Flight Science and Technology - University of Liverpool », sur liverpool.ac.uk (consulté le )
  2. a et b (en) « Lab 8 Notes – Basic Aircraft Design Rules », sur semanticscholar.org (consulté le )
  3. a b et c « Aircraft Design Opening », sur fzt.haw-hamburg.de (consulté le )
  4. Définitions lexicographiques et étymologiques de « gouverne » (sens A. pext.) dans le Trésor de la langue française informatisé, sur le site du Centre national de ressources textuelles et lexicales
  5. Abdelhamid Aly Soltan says, « Why does B737 have pitot tubes on vertical stabilizier? », sur Aircraft Technic, (consulté le )
  6. Allen J. Lockyer, Jayanth N. Kudva, Daniel P. Coughlin et Kevin H. Alt, « Prototype testing and evaluation of a structurally integrated conformal antenna installation in the vertical tail of a military aircraft », aircrafttechnic,‎ , p. 173–181 (DOI 10.1117/12.276605, lire en ligne, consulté le )
  7. (en-US) Editorial Team, « The Different Types of Aircraft Antennas And Their Function », sur Aero Corner, (consulté le )
  8. « Fuel System », sur vc10.net (consulté le )
  9. (en) Yvonne Gibbs, « Past Projects - SR-71 Blackbird », sur NASA, (consulté le )
  10. (en) « CELEBRATING THE CONNIE PART 1 », sur Simanaitis Says, (consulté le )
  11. (en) « Numerical simulation on the stealth characteristics of twin-vertical-tails for fighter--《Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics》2014年02期 », sur en.cnki.com.cn (consulté le )
  12. Uwe Clausen, Heinrich Frye et Harald Sieke, « Integrated Air Cargo Hub (IACH) – The Air Cargo Transport Chain of the Future », dans Efficiency and Logistics, Springer Berlin Heidelberg, (lire en ligne), p. 63–69
  13. « IRE3 Member: IRB Membership Roster », dans Handbook of SOPs for Good Clinical Practice, CRC Press, (lire en ligne), p. 221–222
  14. Mohammad H. Sadraey, « Aircraft Design », Aircraft Design,‎ (DOI 10.1002/9781118352700, lire en ligne, consulté le )
  15. Holcomb, Darrell H., Aircraft battle damage repair for the 90's and beyond, Air University Press, (OCLC 39717697, lire en ligne)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]