LE CONTROLE DES AVIONS ET LES GOUVERNES
Les avions doivent pouvoir être controlés suivant 3 axes:
- A gauche et à droite, c'est le controle en lacet.
- En haut et en bas, c'est le controle en tangage.
- En basculant à gauche et à droite, c'est le controle en roulis.
Pour tourner à gauche ou à droite, le controle se fait par le braquage de la dérive (sur la queue) comme un bateau.
La queue participe aussi à la stabilité latérale de l'avion en contrant les écarts de cap.
Pour incliner son avion, le pilote incline le manche du côté souhaité ce qui a pour résultat de braquer différentiellement ses ailerons.
Les ailerons sont des sortes de volets placés généralement sur la moitié extérieure des ailes, et qui permettent, en les braquant en sens différents l'un de l'autre (différentiellement donc) d'augmenter la portance sur une aile tout en la diminuant sur l'autre.
Ceci permet de faire basculer l'avion.
Dans le même temps, le pilote, pour éviter d'être déporté vers l'extérieur du virage par la force centrifuge, incline son avion vers l'intérieur du virage comme un cycliste.
Remarque: aujourd'hui, le terme de :"force centrifuge" n'est plus beaucoup apprécié; en effet, pour qu'une force soit reconnue comme réelle, il faut qu'elle soit appliquée soit directement par contact (poussée d'une main ou traction sur un cable par exemple) soit à distance par action d'un champs éléctrique ou magnétique.
Ce n'est pas le cas de la force centrifuge. En effet, lorsque vous vous sentez comprimé sur la vitre latérale de votre voiture tant le virage est serré, RIEN NI PERSONNE ne vous y pousse.
La seule force qui agisse réellement, est celle qui pousse la voiture (et vous avec) vers l'intérieur du virage, c'est la force centripète.
Lorsque vous prenez le bus et que le manque de place assise vous force à rester debout, l'accélération du bus vous pousse en avant et seulement en avant.
Par contre comme tout objet possédant une masse, vous avez tendance à résister à la poussée que l'on fait sur vous; on appelle cela l'inertie.
C'est cette tendance à résister à la force qui agit sur vos pieds posés sur le plancher du bus qui vous fait basculer en arrière.
En fait rien ne vous POUSSE en arrière c'est vous qui refusez d'avancer en même temps que vos pieds! De la même façon, rien ne vous pousse en dehors d'un virage ce que vous ressentez c'est l'inertie de votre corps face à la force centripète. Il n'éxiste donc pas de réelle force centrifuge, c'est seulement une réaction d'inertie à la force centripète.
Il n'empèche que lorsque cette force FICTIVE atteint neuf fois le poid du pilote (virage à 9G) il la ressent comme terriblement réelle!
Les ailerons servent donc au contrôle de roulis, mais la stabilité en roulis peut être assurée au moins partiellement sans eux. Cette stabilité est souvent assurée soit par l'adoption d'ailes hautes, soit par l'adoption d'ailes en dièdre.
L'ÉQUILIBRE EN ROULIS:
Pour expliquer l’équilibre en roulis, je vais commencer par "débunker" une explication fausse parce qu’elle est si populaire qu’elle doit être
contredite d’abord je donnerai la vraie explication.
1) POUR LES AVIONS À AILES HAUTES:
La mauvaise explication……… mais populaire….
Intuitivement, on se dit que lorsque l'avion bascule sur le côté, la force aérodynamique (R) se décompose en une force latérale (FL) et un portance (P).
Du fait de la position haute de l'aile, la portance (P) se retrouve décalée par rapport à la direction de G (le poid) et par conséquent, Pet G forment désormais un couple de forces qui tend à redresser l'avion.
Cette explication est fausse, et d’ailleurs elle vient s’opposer à une vérité physique de base:
Pour qu’il y ait un couple il faut qu’au moins une force ne passe pas par le centre de gravité, or ici les deux forces «R» et «G» passent toutes les deux tout le temps par le centre de gravité.
Ce qu’il se passe en fait, lorsque l’on voit les choses ainsi, c'est que l’on imagine qu’il n’y a pas d’autres forces possibles que «R» et «G», avec «R», décomposable en Fl et P (sur le dessin précédent). Mais c’est du coup oublier qu'il y a une autre force, de réaction (inertie) cette fois, qui crée un autre couple formé de la composante FL et de cette réaction d'inertie de l'avion (Ri), et que cet autre couple s'oppose au premier.
Un peu comme sur ce dessin (ci dessous) où le bâton posé sur le doigt est équilibré par les mouvements de la main.
Si le bâton veut tomber vers la gauche, il suffit que la main s'avance brusquement, vers la gauche aussi, (sur le dessin, c’est désigné par P).
Du coup le bâton a tendance à basculer vers la droite en réaction à l'impulsion donnée vers la gauche par la main (réaction vers la droite désigné par R).
Il apparaît bien un couple entre une force réelle P (la main) et une force fictive (la réaction inertie R)
la poussée P sur le bâton correspond à la force FL (pour l'avion), et la réaction R correspond à Ri (pour l'avion).
Les deux couples (P, G) et (Fl, Ri) s’annulent mutuellement et donc…...
Et donc ce n’est pas l’explication intuitive et populaire qui explique pourquoi l'avion retrouve son équilibre.
La VRAIE explication:
La stabilité en roulis est d'origine dynamique et suppose d'abord que la trajectoire d'un avion qui s'incline de l'un ou l'autre côté, soit déviée latéralement. En d'autres termes: un avion qui "penche à gauche" va nécessairement glisser vers la gauche et c'est cette glissade qui est "utilisée" pour le redresser.
La force latérale (FL) entraîne l'avion dans un déplacement "en crabe" (c'est à dire que l'avion "glisse" latéralement), avec pour résultat l'apparition d'une composante latérale du vent relatif.
En arrivant "en biais", l'air est géné par la présence du fuselage qui lui masque une partie de l'aile opposée. Cette aile, recevant moins de vent relatif, affichera aussi moins de portance. Comme ceci :
La zone en jaune (très exagérée) reçoit moins de vent relatif, porte moins, et l'avion se redresse.
Vu du haut, ça donne ça :
2) POUR LES AVIONS AVEC AILES EN DIÈDRE:
On parle de dièdre lorsque les ailes ne sont pas parfaitement horizontales. Et si elles ont tendance à remonter en s'éloignant du fuselage, on parlera de dièdre POSITIF.
Là aussi, je commence par la mauvaise explication. Celle qui est hélas populaire, mais fausse.
Instinctivement on peut penser qu'un tel dièdre peut servir à stabiliser l'avion comme ceci:
Côté 1, la force aérodynamique (FA) (toujours perpendiculaire au plan de l'aile) est inclinée et donc se décompose en une force latérale (FL) et une portance (p2) plus petite que FA.
Côté 2, la force aérodynamique (FA) n'est pas inclinée et elle se confond avec la portance (P1) > p2.
Une autre façon de voir les choses, dans cette explication populaire, courante, et fausse est de considérer que la portance vraie c'est à dire la composante strictement verticale de la force aérodynamique est proportionnelle à la surface de l'aile projetée au sol (la surface de son ombre au sol si l'avion était éclairé du dessus). Dans ce cas, on voit bien sur le dessin que le côté 2 est plus grand que le côté 1; donc la portance en 2 est plus grande qu'en 1.
Si P1 est plus grand que p2, il devrait donc exister un couple tendant à redresser l'avion.
Là encore, cette explication intuitive est fausse. Comme pour l'avion à aile haute dont on a parlé précédemment, la composante FL et l'inertie de l'avion au déplacement latéral, constituent un autre couple contraire et annulant le premier. Comme sur le dessin ci dessous:
Donc il faut donner la "vraie" explication.
Comme pour l'avion à aile haute:
La stabilité en roulis est d'origine dynamique et suppose d'abord que la trajectoire d'un avion qui s'incline de l'un ou l'autre côté, soit déviée latéralement. En d'autres termes: un avion qui "penche à gauche" va nécessairement glisser vers la gauche et c'est cette glissade qui est "utilisée" pour le redresser.
la composante FL "pousse" l'avion sur le côté.
Cette fois, ce n'est plus l'obstacle constitué par le fuselage qui compte, mais la position "en dièdre" des ailes.
On voit sur ce dessin que l'aile descendante reçoit le vent relatif avec un angle d'attaque plus grand que l'aile montante, et si l'angle d'attaque est plus grand, la portance est aussi plus grande et c’est ça qui redresse l'avion.
Si, en plus, c'est une rafale de vent, et non le pilote, qui est responsable du déséquilibre, la glissade latérale n'en sera que favorisée.
Parfois le dièdre ne concerne que les extémités, mais le principe reste le même.
Pour avoir plus de détails sur ce sujet, et voir une autre méthode d’équilibrage en roulis, cliquez ici.
Certains avions militaires ne présente pas de dièdre ou même un dièdre négatif (c'est à dire vers le bas).
Dans ce cas, l'équilibre en roulis est réalisé par un dispositif automatique (par exemple électronique) agissant par le biais des ailerons.
