4.6.1 Forces tour à tour #
Si un avion était vu en vol droit et à niveau depuis l’avant [Figure 4-28], et si les forces agissant sur l’avion
On pourrait voir, la portance et le poids seraient apparents : deux forces. Si l’avion était dans une banque, il serait évident que la portance n’a pas agi directement en face du poids, mais plutôt dans la direction de la banque. Une vérité fondamentale sur les virages : lorsque l’avion s’incline, la portance agit vers l’intérieur vers le centre du virage, ainsi que vers le haut.
La première loi du mouvement de Newtons, la loi d’inertie, stipule qu’un objet au repos ou se déplaçant en ligne droite reste au repos ou continue de se déplacer en ligne droite jusqu’à ce qu’il soit mis en pratique par une autre force. Un avion, comme tout objet en mouvement, nécessite une force latérale pour le faire tourner. Dans un virage normal, cette force est fournie par la mise en service de l’avion afin que la portance soit exercée vers l’intérieur, ainsi que vers le haut. La force de levage lors d’un virage est séparée en deux composantes à angle droit l’une de l’autre. Un composant, qui agit verticalement et opposé au poids (gravité), est appelé « composante verticale de la portance ». L’autre, qui agit horizontalement vers le centre du virage, est appelé « composante horizontale de la portance », ou force centripète. La composante horizontale de la portance est la force qui tire l’avion d’un trajectoire de vol droit pour le faire tourner. La force centrifuge est la « réaction égale et opposée » de l’avion au changement de direction et agit de manière égale et opposée à la composante horizontale de la portance. Cela explique pourquoi, dans un virage correctement exécuté, la force qui tourne l’avion n’est pas fournie par le gouvernail. Le gouvernail est utilisé pour corriger tout écart entre la voie droite du nez et la queue de l’avion. Un bon virage est celui dans lequel le nez et la queue de l’avion suivent le même chemin. Si aucun gouvernail n’est utilisé dans un virage, le nez de l’avion s’élance vers l’extérieur du virage. Le gouvernail est utilisé pour ramener le nez en phase avec le vent relatif.
Un avion n’est pas dirigé comme un bateau ou une automobile. Pour qu’un avion tourne, il doit être mis en banque. S’il n’est pas mis en banque, il n’y a aucune force disponible pour le faire s’écarter d’un trajectoire de vol droite. À l’inverse, lorsqu’un avion est mis en banque, il tourne, à condition qu’il ne glisse pas à l’intérieur du virage.
Un bon contrôle directionnel est basé sur le fait que l’avion tente de tourner chaque fois qu’il est mis en banque. Les pilotes doivent garder ce fait à l’esprit lorsqu’ils tentent de maintenir l’avion en vol droit ou à niveau.
Le simple fait de mettre l’avion dans un virage ne produit aucun changement dans la quantité totale de portance développée. Étant donné que la portance pendant la berge est divisée en composants verticaux et horizontaux, la quantité de levage opposé à la gravité et de support du poids de l’avion est réduite. Par conséquent, l’avion perd de l’altitude à moins que la portance supplémentaire ne soit créée. Cela se fait en augmentant l’AOA jusqu’à ce que la composante verticale de Lift soit à nouveau égale au poids. Étant donné que la composante verticale de la portance diminue à mesure que l’angle d’inclinaison augmente, l’AOA doit être progressivement augmenté pour produire suffisamment de portance verticale pour supporter le poids de l’avion. Un fait important pour les pilotes lors des virages en altitude constante est que la composante verticale de la portance doit être égale au poids pour maintenir l’altitude.
À une vitesse donnée, la vitesse à laquelle un avion tourne dépend de l’amplitude de la composante horizontale de la portance. On constate que la composante horizontale de la portance est proportionnelle à l’angle de la banque, c’est-à-dire qu’elle augmente ou diminue respectivement à mesure que l’angle de la banque augmente ou diminue. Au fur et à mesure que l’angle de la banque augmente, la composante horizontale de la portance augmente, augmentant ainsi la pourriture. Par conséquent, à une vitesse donnée, la pourriture peut être contrôlée en ajustant l’angle de la banque.
Pour fournir une composante verticale de portance suffisante pour maintenir l’altitude dans un virage de niveau, une augmentation de l’AOA est nécessaire. Étant donné que la traînée du profil aérodynamique est directement proportionnelle à son AOA, la traînée induite augmente à mesure que la portance augmente. Ceci, à son tour, entraîne une perte de vitesse proportionnelle à l’angle de la banque. Un petit angle de banque entraîne une petite réduction de la vitesse, tandis qu’un grand angle de banque entraîne une grande réduction de la vitesse. Une poussée supplémentaire (puissance) doit être
Appliqué pour éviter une réduction de la vitesse dans les virages de niveau. La quantité de poussée supplémentaire requise est proportionnelle à l’angle de la banque.
Pour compenser la portance supplémentaire, ce qui résulterait si la vitesse a été augmentée pendant un virage, l’AOA doit être diminuée ou l’angle de rive augmenté, si l’on veut maintenir une altitude constante. Si l’angle de la banque est maintenu constant et que l’AOA a diminué, la pourriture diminue. Afin de maintenir une pourriture constante à mesure que la vitesse est augmentée, l’AOA doit rester constant et l’angle de banque a augmenté.
Une augmentation de la vitesse de l’air entraîne une augmentation du rayon de braquage, et la force centrifuge est directement proportionnelle au rayon du virage. Dans un virage correctement exécuté, la composante horizontale de la portance doit être exactement égale et opposée à la force centrifuge. Au fur et à mesure que la vitesse est augmentée dans un virage à taux constant, le rayon du virage augmente. Cette augmentation du rayon de virage entraîne une augmentation de la force centrifuge, qui doit être équilibrée par une augmentation de la composante horizontale de la portance, qui ne peut être augmentée qu’en augmentant l’angle de berge.
Dans un virage glissant, l’aéronef ne tourne pas au taux approprié à la banque utilisée, puisque l’avion est écarté vers l’extérieur de la trajectoire de vol de virage. L’avion est trop incliné pour la pourriture, de sorte que la composante de levage horizontal est supérieure à la force centrifuge. [Figure 4-29] L’équilibre entre la composante de levage horizontale et la force centrifuge est rétabli en diminuant la banque, en augmentant la pourriture ou en une combinaison des deux changements.
Un virage de dérapage résulte d’un excès de force centrifuge sur la composante de levage horizontal, tirant l’avion vers l’extérieur du virage. La pourriture est trop grande pour l’angle de la banque. La correction d’un virage de dérapage implique donc une réduction de la pourriture, une augmentation de la banque ou une combinaison des deux changements.
Pour maintenir une pourriture donnée, l’angle de la banque doit être modifié avec la vitesse. Cela devient particulièrement important dans les avions à grande vitesse. Par exemple, à 400 miles par heure (mph), un avion doit être mis en banque d’environ 44° pour exécuter un virage à taux standard (3° par seconde). À cet angle de rive, seulement 79 % environ de la portance de l’avion comprend la composante verticale de la portance. Cela entraîne une perte d’altitude à moins que l’AOA ne soit suffisamment augmenté pour compenser la perte de portance verticale.
4.6.2 Forces en montée #
À toutes fins pratiques, la montée des ailes dans une montée normale normale est la même que dans un vol en continu à la même vitesse. Bien que la trajectoire de vol de l’avion ait changé lorsque la montée a été établie, l’AOA de l’aile par rapport à la trajectoire de vol inclinée revient pratiquement aux mêmes valeurs que l’ascenseur. Il y a un changement momentané initial, comme le montre la figure 4-30. Au cours de la transition d’un vol droit et palier à une montée, un changement de portance se produit lorsque la pression d’ascenseur arrière est d’abord appliquée. L’élévation du nez de l’avion augmente l’AOA et augmente momentanément la portance. L’ascenseur à ce moment est maintenant supérieur au poids et commence l’escalade de l’avion. Une fois que la trajectoire de vol est stabilisée sur la pente ascendante, l’AOA et la portance reviennent à environ les valeurs de vol de niveau.
Si la montée est entré sans changement de puissance, la vitesse diminue progressivement car la poussée nécessaire pour maintenir une vitesse donnée en vol en palier est insuffisante pour maintenir la même vitesse dans une montée. Lorsque la trajectoire de vol est inclinée vers le haut, une composante du poids de l’avion agit dans la même direction que, et parallèlement à, la traînée totale de l’avion, augmentant ainsi la traînée effective totale. Par conséquent, la traînée totale est supérieure à la puissance et la vitesse diminue. La réduction de la vitesse de l’air se traduit progressivement par une diminution correspondante de la traînée jusqu’à ce que la traînée totale (y compris la composante du poids agissant dans la même direction) soit égale à la poussée. [Figure 4-31] En raison de l’élan, la variation de la vitesse est progressive, variant considérablement avec les différences de taille, de poids, de traînée totale et d’autres facteurs. Par conséquent, la traînée totale est supérieure à la poussée, et la vitesse a diminué.
En règle générale, les forces de poussée et de traînée, de soulever et de poids, redeviennent équilibrées lorsque la vitesse se stabilise mais à une valeur inférieure à celle en vol droit et niveau au même réglage de puissance. Étant donné que le poids de l’avion agit non seulement vers le bas, mais vers l’arrière avec de la traînée lors d’une montée, une puissance supplémentaire est nécessaire pour maintenir la même vitesse qu’en vol en palier. La quantité de puissance dépend de l’angle de montée. Lorsque la montée est suffisamment raide pour qu’il n’y ait pas suffisamment de puissance disponible, il en résulte une vitesse plus lente.
La poussée requise pour une montée stabilisée est égale à la traînée plus un pourcentage de poids en fonction de l’angle de montée. Par exemple, une montée de 10° nécessiterait une poussée égale à une traînée égale à 17 % du poids. Monter tout droit nécessiterait une poussée pour égaler tout le poids et la traînée. Par conséquent, l’angle de montée pour les performances de montée dépend de la quantité de puissance excessive disponible pour surmonter une partie du poids. Notez que les avions sont capables de supporter une montée en raison de la poussée excessive. Lorsque la poussée excessive a disparu, l’avion n’est plus en mesure de monter. À ce stade, l’avion a atteint son « plafond absolu ».
4.6.3 Forces dans les descentes #
Comme dans les montées, les forces qui agissent sur l’avion subissent des changements définitifs lorsqu’une descente est entré à partir d’un vol droit et plan. Pour l’exemple suivant, l’aéronef descend à la même puissance que celle utilisée en vol rectiligne.
Comme la pression vers l’avant est appliquée à la chape de contrôle pour initier la descente, l’AOA est diminuée momentanément. Initialement, l’élan de l’avion fait que l’avion continue brièvement le même trajectoire de vol. Pour cet instant, l’AOA diminue, entraînant une diminution de la portance totale. Le poids étant désormais supérieur à la portance, l’avion commence à descendre. Dans le même temps, la trajectoire de vol va de niveau à un trajectoire de vol descendant. Ne confondez pas une réduction de la portance avec l’incapacité de générer suffisamment de portance pour maintenir un vol en palier. La trajectoire de vol est manipulée avec une poussée disponible en réserve et avec l’ascenseur.
Pour descendre à la même vitesse qu’utilisée en vol droit et palier, la puissance doit être réduite lors de la descente. La composante de poids agissant vers l’avant le long de la trajectoire de vol augmente à mesure que l’angle de vitesse de descente augmente et, inversement, diminue à mesure que l’angle de vitesse de descente diminue. La composante de poids agissant vers l’avant le long de la trajectoire de vol augmente à mesure que l’angle de vitesse de descente augmente et, inversement, diminue à mesure que l’angle de vitesse de descente diminue.
