12/03/2016Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 1 Puissances et vitesses d’utilisation

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16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 6 Formules de la Portance et de la Traînée

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 7 Grande incidence Faible vitesse

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 8 VOL EN PALIER : équation de sustentation Poids (P) Portance (R z ) Traînée (R x ) Traction (T) Equilibre quand Poids (P) = Portance (R z ) Equilibre à vitesse stabilisée, sans facteur de charge, atteint à Vitesse minimum de sustentation V s v ’ v Le terme P/S est appelé "charge alaire" Vent relatif Résultante aérodynamique (R a )

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 9 VOL EN PALIER : équation de propulsion Poids (P) Portance (R z ) Traînée (R x ) Traction (T) Equilibre quand Traction (T) = Traînée (R x ) Puissance nécessaire au déplacement horizontal W nh = T V Equilibre de puissance à vitesse stabilisée, sans facteur de charge : W nh = W ua W ua : Puissance utile appliquée, fournie par le moteur via l ’hélice v ’ v avec

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 10 VOL EN PALIER : autonomie maximum Autonomie = temps de vol effectué avec l'énergie disponible L’énergie disponible à bord est limitée : le temps de vol effectué sera maximum si la puissance nécessaire au vol est minimum L'autonomie est maximum en adoptant la vitesse "plafond"

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 11 VOL EN PALIER : rayon d ’action maximum L ’énergie disponible E disp est consommée pour fournir le travail moteur T.d (travail de la traction T pendant son déplacement d) Rayon d’action = déplacement effectué avec énergie disponible Rayon d'action d maximum si T minimum En palier T = R x et R z = P Traction minimum quand la Finesse est maximum. Rayon d'action maximum en adoptant la vitesse de finesse max.

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 12 VOL EN PALIER : quelques données chiffrées Quelle puissance faut-il fournir à l ’avion dans ce cas ? Quelle traction faut-il exercer pour qu ’un avion de 1000 kg et de finesse 10 vole à la vitesse de finesse max de 145 kmh? W nh = T V T (Newtons) = 1000kg.9,81m/s 2  10 T = 981 Newtons W nh (Watts) = T (Newtons) V (m/s) W nh (Watts) = 981.(80 kts.1/2) m/s W nh = 39,25 KW (environ 53 CV)

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 13 Variation de la Puissance nécessaire au vol horizontal selon la Vitesse d ’équilibre W (KW) Grande incidence Forte traînée Petite incidence Faible traînée W nh Vol “normal” V (kmh) Vitesse “plafond” V finesse max W nh min Vitesse de “décrochage”  Vol “lent”

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 14 « Points de fonctionnement à l'équilibre en palier » W (KW) W nh W ua V (kmh) Vitesse de palier en vol lent Vitesse de croisière Excédent de puissance W ua -W nh > 0 W croisière W palier Vol lent Déficit de puissance

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 15 Notion de vol aux premier et second régimes W (KW) W nh V (kmh) 2ème régime : à la Wu max (décollage) le déficit de puissance est divergent donc "dangereux" –l’avion ne peut pas monter- la vitesse ne peut que diminuer -le palier est impossible ! 1er régime : l'excédent de Wu sur Wnh traduit un déséquilibre de propulsion "avantageux" permettant à l'avion de monter ou d'accélèrer (Traction > Traînée) pour converger naturellement vers Wnh = Wu (stabilité de la vitesse) Une variation instantanée de l’incidence provoque une variation de la vitesse et un différentiel des puissances Augmentation d’incidence : diminution de vitesse, déficit de puissance utile

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 16 Variation de la Vitesse en palier selon la Puissance utile appliquée Wua ( régime moteur) W (KW) En volant au 2 ème régime, diminuer la vitesse d’équilibre implique d’augmenter W utile ! W nh W ua 2600 t/min W ua 2000 t/min Palier en Vol lent Croisière “attente” V (kmh) VzVz Croisière “rapide” En volant au 1er régime, augmenter la vitesse d’équilibre implique d’augmenter W utile En volant au 1er régime, à vitesse d’équilibre constante l’augmentation de la puissance utile provoque l’augmentation de la vitesse verticale

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 17 VOL EN MONTEE : équation de sustentation P R a m R z m R x m TmTm RvRv P cos  P sin   Equilibre quand P cos  = R z m Vitesse d ’équilibre en montée V m entre palier et montée, à Cz constant (vol effectué à la même incidence) V éq palier > V éq montée car cos  <1 R z montée < R z palier v ’ v

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 18 VOL EN MONTEE : équation de propulsion P R a m R z m R x m TmTm RvRv P cos  P sin   Equilibre quand T m = R x m + P sin  La traction T m doit être suffisante pour vaincre la « traînée » [R x m + P sin  ] et ainsi maintenir la Vitesse d’équilibre en montée

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 19 VOL EN MONTEE : équation de propulsion P R a m R z m R x m TmTm RvRv P cos  P sin   Pour monter, il faut appliquer W uam > W nh W uam = W nh + P V éq.montée sin  (excédent de puissance suffisant pour obtenir la traction nécessaire au maintien de la vitesse de montée)

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 20 VOL EN MONTEE : vitesse verticale Vz VmVm V s =V m cos  V z = V m sin  Pente  Vitesse de montée V m = V éq.montée de V z = V m sin  il vient PV z = PV m sin  W uam = W nh + P V m sin  devient W uam = W nh + PV z d'où l'on tire

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 21 Quelle puissance faut-il appliquer à l ’avion dans ce cas ? Quelle traction faut-il exercer pour qu ’un avion de 1000 kg de finesse 10 et volant à la vitesse de finesse max de 145 kmh monte avec un taux de montée de 900 ft/mn? T palier = 981 Newtons PV éq.montée sin  = 1103 Newtons x 40 m/s = 44,12 KW (environ 60 CV) W nh = 39,25 KW (environ 53 CV) EN MONTEE : quelle traction, quelle puissance ? Pour monter, il faut appliquer W uam = W nh + PV éq.montée sin  V z (m/s) = V z (ft/mn) /200 V montée (m/s) = V montée (kts) /2 Puissance pour monter à 145 kmh et 900 ft/mn 83,37 KW (environ 113 CV) T montée = 2084 Newtons

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 22 Variation de Vz selon V à régime moteur constant W (KW) W nh W ua 2400 t/min V z max V (kmh) Excédent de puissance pour la montée W ua -W nh > 0 Vitesse de taux de montée max

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 23 Graphe de Vz en fonction de V à régime moteur constant W (KW) W nh Vitesse de palier en vol lent Vitesse de croisière “normale” V (kmh) V z max Vitesse V z max  max  = pente de la trajectoire de montée Vitesse  max Vz

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 24 Facteurs physiques qui influent sur les performances Pression à l'admission P a Puissance utile appliquée W ua Configuration avion Surface équivalente SC z max C x 2 / C z 3 Finesse maximum (C z / C x ) max Masse avion, répartition chargement, accélérations Poids P (d'où la charge alaire P/S) Position du centre de gravité (centrage- influence sur la traînée) Facteur de charge n ("g") Altitude Z (pression atmosphérique) et Température T °C Masse volumique de l'air  Densité relative

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 25 Influence de l ’altitude : évolution de la vitesse d ’équilibre et de la puissance nécessaire au vol V éq et W nh sont affectés par le même facteur Courbe de puissance selon l'altitude-densité déduite par l ’homothétie

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 26 Influence de l ’altitude : évolution de la courbe de puissance nécessaire au vol  W(KW) V(kmh) W nh Z = z W nh Z = 0 Finesse max inchangée mais Vitesse de Finesse max plus élevée en altitude Pour une même puissance utile appliquée, la vitesse d’équilibre est plus élevée en altitude

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 27 Influence de l ’altitude : évolution de la vitesse verticale (Vz max) W(KW) V(kmh) W nh à Z = z W nh à Z = 0 W ua 2500 t/mn à Z = z W ua 2500 t/mn à Z = 0 Pour un même nombre de tours moteur (représentatif de Wua), la Vz max est plus faible en altitude

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 28 Influence de l ’altitude : « le plafond » W(KW) V(kmh) W nh à Z = plafond W nh à Z = 0 W ua à Z = plafond Vitesse plafond Toute variation d’incidence (donc de vitesse) fait descendre l’avion Au plafond théorique la Vz est nulle Au plafond pratique Vz = 0,5 m/s (100 ft/mn)

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 29 Influence de l ’altitude : conclusions Si Altitude croît, il y a augmentation de : Vitesse d’équilibre en palier, en montée et descente Vitesse minimale de sustentation (Vs) Vitesses rotation/décollage et approche/atterrissage Puissance nécessaire au vol horizontal Distances de roulement :  décollage (+ de temps pour atteindre V rotation)  atterrissage (+ d ’énergie cinétique à perdre) Ordre de grandeur de la correction sur les distances : + 20 % par tranche de 500 m jusqu'à 5000 ft d ’altitude + 30 % par tranche de 500 m au dessus de 5000 ft d ’altitude

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 30 Influence de la température T°C La densité relative de l ’air à une altitude Z varie avec la température qui règne à cette altitude  ISA Z masse volumique de l'ISA à une altitude donnée Z (par exemple, +5° C à Z = 5000 ft)  t° C Z masse volumique de l'air lorsqu ’à l ’altitude Z considérée pour  ISA Z il est à la température t° C

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 31 INFLUENCE DE LA TEMPÉRATURE : conclusions identiques à celles de l ’influence de l ’altitude Si t° C air > t° C ISA il y a augmentation (diminution si t° C air < t° C ISA ) de : Vitesse d’équilibre en palier, en montée et descente Vitesse minimale de sustentation (Vs) Vitesses rotation/décollage et approche/atterrissage Puissance nécessaire au vol horizontal Distances de roulement : –décollage (+ de temps pour atteindre V rotation) –atterrissage (+ d ’énergie cinétique à perdre) Ordre de grandeur de la correction sur les distances :  15% pour  10° C d'écart entre t° C air et t° C ISA

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 32 Influence du poids et du facteur de charge: évolution de la vitesse d ’équilibre et de la puissance nécessaire au vol  avec plus de poids (et/ou de facteur de charge) : aux mêmes incidences (C z constant), il y a augmentation :  de la vitesse minimale de sustentation (Vs)  des distances de décollage et d'atterrissage (voir conclusions pour l'altitude ou la température)  de W nh dans une proportion + grande que V éq Il faut voler plus vite (en vitesse vraie) pour garder le palier, décoller et atterrir !

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 33 Influence du poids : évolution de la courbe de puissance nécessaire au vol W(KW) V(kmh) W nh pour P 2 W nh pour P 1 P 2 > P 1 W ua Sous facteur de charge, attention au second régime : La vitesse du point de fonctionnement Vol lent augmente Une variation du poids P modifie la charge alaire P/S

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 34 VOL EN DESCENTE AVEC MOTEUR : équation de sustentation P R a d R z d R x d TdTd RvRv P cos  P sin  Pente  Equilibre quand R z d = P cos  entre palier et descente, à Cz constant (vol effectué à la même incidence) R z descente < R z palier V éq. palier > V éq. descente (car cos  <1) Vent relatif Vitesse sur la trajectoire (V d )

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 35 VOL EN DESCENTE AVEC MOTEUR : équation de propulsion P R a d R z d R x d TdTd RvRv P cos  P sin   Equilibre quand R x d = T d + P sin  La somme de la traction T d et de la composante P sin  doit être suffisante pour vaincre la traînée R xd et ainsi maintenir la vitesse d’équilibre en descente

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 36 VOL EN DESCENTE AVEC MOTEUR : équation de propulsion P R a d R z d R x d TdTd RvRv P cos  P sin  Pente  Pour descendre, il faut appliquer W uam < W nh W uam = W nh - P V éq.descente sin  (déficit de puissance P V éq.descente sin  adapté pour obtenir la traction nécessaire au maintien de la vitesse de descente)

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 37 VOL EN DESCENTE AVEC MOTEUR : vitesse verticale Vz VdVd V s =V d cos  V z = V d sin  Pente  Vitesse de descente V d = V éq de V z = V d sin  il vient PV z = PV d sin  W uad = W nh - P V d sin  devient W uad = W nh - PV z d'où l'on tire  + W uad est faible et + la vitesse de chute V z est forte  quand W uad = 0 c'est la descente "moteur réduit" (vol plané) W uad = W nh - P V d sin 

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 38 VOL EN DESCENTE PLANEE (moteur réduit): Forces en présence Vitesse sur la trajectoire (V d ) Vent relatif P R a d R z d R x d P cos  P sin  Pente 

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 39 VOL EN DESCENTE PLANEE (moteur réduit): équation de sustentation P R a d R z d R x d RvRv P cos  P sin   Equilibre quand  à l ’équilibre, pour un C z donné, une seule V éq et une seule pente de trajectoire sont possibles  si C z modifié (par variation d ’incidence due à un changement d ’assiette ou de la direction du vent relatif), la vitesse s'auto-adapte pour retrouver les conditions de l’équilibre et la pente de trajectoire est modifiée

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 40 VOL EN DESCENTE PLANEE (moteur réduit): équation de propulsion P R a d R z d R x d RvRv P cos  P sin   La composante Psin  est une « traction » qui compense la traînée R xd et ainsi maintient la vitesse d’équilibre

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 41 VOL EN DESCENTE PLANEE (moteur réduit): la polaire ! Polaire = représentation graphique de la vitesse verticale V z en fonction de la vitesse d'équilibre V éq. sur la trajectoire  La polaire est la représentation graphique de la puissance nécessaire au vol horizontal au facteur 1/P près  Si le moteur est « tout réduit », la puissanceW ua.d = 0

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 42 Puissance W (KW) W nh W ua Vitesse (km/h) Vitesse de descente Wnh à la Vi de descente Déficit de puissance : Wnh-Wua (représente Vz) VOL EN DESCENTE : bilan des puissances Wua à la Vi de descente

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 43 VOL EN DESCENTE PLANEE (moteur réduit): la polaire !  V z m/s V kmh Vitesse de finesse max V z min Vitesse de V z min

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 44 VIRAGE EN PALIER : équation de sustentation Poids P P ’ FcFc F d = R z sin h R z vir. R v = R z vir. cos h h Équilibre si R v = P et si F d = F c R v = R z P

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 45 VIRAGE EN PALIER : équation de sustentation P P ’ FcFc R z sin h R z vir. R z vir. cos h Pour conserver la condition R v = P avec la même V éq qu ’en ligne droite, il faut :  augmenter R z donc C z (facteur n)  d ’où augmentation de la traînée  à compenser par augmentation de la traction (apport de puissance utile appliquée) La vitesse d ’équilibre du virage en palier est multipliée par

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 46 VIRAGE EN PALIER : inclinaison maximum par facteur de charge limite et Vs (décrochage) P P ’ FcFc R z sin h R z vir. R z vir. cos h n = 3,8 cosh = 1/3,8= 0,263 soit h = 75° Facteur de charge maximum Facteur de charge maximum : cf manuel de vol DR B n entre +3,8 et - 1,9 g Catégorie « N » volets rentrés n entre +3,8 et - 1,9 g Avec h=75° Vs multiplié par soit par 1.95 Vs = 99 kmh x 1,95 soit Vs = 193 kmh 1,3 Vs : 1,3 x 193 = 250 kmh !!!! impossible en palier avec la puissance utile appliquée disponible ! Toute évolution doit être exécutée à V > 1,3 Vs

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 47 VIRAGE EN PALIER : équation de propulsion P P ’ FcFc F d = R z sin h R z vir. R v = R z vir. cos h (En virage la puissance nécessaire au vol horizontal est multipliée par ou

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 48 VIRAGE : évolution de la courbe de puissance nécessaire au vol W(KW) V(kmh) W nh pour h = 45° W nh pour h = 0° W ua W nh pour h = 60° En palier, apport de puissance pour conserver la vitesse! Sans apport de puissance appliquée, la V z diminue ! (limiter l ’inclinaison pour garder un bon taux de montée Vz

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 49 VIRAGE : évolution de la courbe de puissance nécessaire au vol W(KW) V(kmh) W nh pour h = 30° W nh pour h = 0° W ua En descente, sans changement d ’incidence (vitesse d ’équilibre constante) le taux de chute V z augmente ! (Dans un virage en descente, il faudrait logiquement augmenter l ’incidence et la puissance appliquée pour conserver la vitesse et le taux de chute de la ligne droite En descente, pour taux de chute V z constant, augmenter incidence (d’où diminution de Vitesse d'équilibre )

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 50 VIRAGE : évolution de la courbe de puissance nécessaire au vol W(KW) V(kmh) W ua (En pratique lors d'un virage en descente, pour conserver le taux de chute de la ligne droite : (veiller à maintenir l'assiette (l ’incidence augmente "naturellement" par l'effet de stabilité en tangage – inflexion vers le bas du vecteur Vitesse) (apporter le cas échéant un peu de puissance appliquée pour conserver la vitesse d'équilibre obtenue en ligne droite (vitesse sur trajectoire) ViVi Variation d’incidence VzVz

16/10/2008Formation théorique Pilote privé Avion (PPL) Aéroclub du CE AIRBUS France Toulouse René Barbaro 51 VIRAGE EN PALIER : inclinaison maximum, hors facteur de charge limite et décrochage W(KW) V(kmh) W nh pour h = 0° W ua max (Plein gaz) W nh pour h max (Plein gaz, l ’inclinaison maximum est obtenue à la vitesse plafond