VOLS - Définition

La mécanique des vols est une discipline dans laquelle la mécanique est appliquée à l’observation et à l’analyse des déplacements des appareils qui se meuvent sans avoir de contact avec le sol sur tout ou partie de leur trajectoire. En actionnant les gouvernes par le biais d’une manipulation humaine ou automatique, on créé une modification des forces aérodynamiques qui entraîne la rotation de l’appareil autour de son centre de gravité. Les modifications subies par ces forces sont de l’ordre de la grandeur mais également de la direction. Elles influent alors à la fois sur la vitesse et sur la trajectoire de l’appareil.

La mécanique des vols concerne tout autant le calcul des performances que l’analyse de la qualité des vols. Le premier élément dépend de la trajectoire du centre de gravité, et le second des mouvements de l’appareil autour de ce centre. La mécanique des vols nécessite la récolte de nombreuses informations sur l’appareil concerné telles que ses caractéristiques géométriques, massiques (comme le centre de gravité), aérodynamiques (comme la vitesse et la position des gouvernes, et propulsives (comme la pression et la température).La discipline de la mécanique des vols a fait son apparition en même temps que les premiers avions. Depuis, elle a évolué et s’applique aujourd’hui à tous les types de véhicules aérospatiaux.

LES BASES DE LA MÉCANIQUE DES VOLS

VOLS: LA THÉORIE

En mécanique des vols, on considère l’avion comme un corps solide sur lequel s’appliquent trois forces extérieures : la pesanteur, les forces aérodynamiques et les forces de propulsion. Les deux théorèmes fondamentaux de la mécanique des vols rationnelle sont la quantité de mouvement et le moment cinétique. En les appliquant à l’avion, on obtient deux types d’équations : les équations dynamiques qui influent sur la vitesse et la rotation et les équations cinématiques qui influent sur l’altitude et la trajectoire.

VOLS: LES FORCES AÉRODYNAMIQUES

On peut décomposer le résultat des forces aérodynamiques en trois éléments : la traînée, la force latérale et la portance et celui du centre de gravité en trois moments : celui de roulis, celui de tangage et celui de lacet. Les forces aérodynamiques dépendent du mouvement. Ainsi, à altitude et vitesse fixées et gouvernes bloquées, la portance, la résistance et le moment de tangage sont définis par l’incidence alors que la force latérale, le moment de roulis et celui de lacet sont déterminés par le dérapage. La portance et l’incidence connaissent une croissance parallèle qui reste cependant limitée par le phénomène de décrochage, qui correspond à une chute brutale de la portance ayant pour conséquence la diminution de cette dernière ainsi que des vibrations. De la même manière, le moment de tangage croit dans le même temps que l’incidence. Ce moment tend à amener l’avion vers l’incidence nulle avant de le stabiliser en fonction de sa vitesse. L’augmentation simultanée du moment de tangage et de la portance prouve l’existence du foyer, qui est le point d’application de la force issue de l’incidence. Elément capital de l’avion, le centrage est la distance qui sépare le bord d’attaque de la corde de référence du centre de gravité. Un mauvais positionnement de ce centrage entraînerait une mauvaise stabilité dans le cas d’un centrage arrière ou des difficultés de maniabilité dans le cas d’un centrage avant. La résistance est au point le plus bas lorsque l’on avoisine la portance nulle, et elle croît parallèlement à l’incidence. Durant les vols horizontaux, la portance effective permet d’équilibrer le poids alors que la portance maximale peut influer sur la trajectoire dans un plan vertical comme dans un plan horizontal après une inclinaison latérale de l’appareil.Le phénomène de dérapage ne créé qu’une faible force latérale mais engendre à la fois un moment de lacet qui ramène l’appareil vers un dérapage nul et un moment de roulis qui l’engage dans un virage de sens opposé au dérapage. Ces moments sont liés aux effets de la dérive, du dièdre, de la voilure et de la flèche.Le rôle des gouvernes aérodynamiques (ailerons, gouvernes de profondeur et gouvernes de direction) est de créer, par le biais de leur braquage, des forces aérodynamiques qui, malgré leur relative faiblesse, permettent d’appliquer à l’appareil des moments de manœuvre. La rotation créé elle aussi des forces aérodynamiques.L’altitude et la vitesse sont des éléments déterminants qui influent sur les forces et le mouvement. Ainsi, en régime incompressible, la force et le moment sont proportionnels à la fois à la pression cinétique et à certaines dimensions de l’avion. Au delà du régime incompressible, ils varient en fonction du nombre de mach.

VOLS: LA PROPULSION

L’effet propulsif d’un avion est possible grâce à une accélération vers l’arrière d’un débit d’air auquel s’ajoute le carburant consommé. La traction par hélice, en raison des troubles transsoniques qui apparaissent en cas de vitesses élevées, est réservée aux avions effectuant des vols subsoniques. En revanche, la propulsion par turboréacteurs, qui est la plus répandue, peut être utilisée aussi bien pour les vols subsoniques que pour les vols supersoniques. C’est la poussée maximale qui caractérise un réacteur : elle est à peu près indépendante de la vitesse. A vitesse donnée, cette poussée diminue avec l’altitude.