Dynamique du vol de l’avion léger Équilibre, Stabilité Statique et Stabilité Dynamique

Équilibre de l’avion et centre de gravité Z V T X Z + P = 0 X + T = 0 En première approximation, l’équilibre longitudinale de l’avion est assuré lorsque la portance est égale au poids de l’avion et que son point d’application (centre de poussée) est le centre de gravité, et lorsque la traction de l’hélice est égale à la traînée. P ΣF = 0 et ΣMG = 0

Équilibre de l’avion et foyer avion Z Z V T X M0 Z + P = 0 X + T = 0 M0 + Z(xG-xF) = 0 Il est plus pratique d’appliquer la portance au foyer de l’avion, et de s’assurer, pour l’équilibre longitudinale, que le moment aérodynamique au foyer de l’avion compense le moment au centre de gravité créé par la portance. P ΣF = 0 et ΣMG = 0

Équilibre de l’avion et foyer aile+fuselage Za V Ze T X M0 Za + Ze + P = 0 X + T = 0 M0 + Za(xG-xFa) + Ze(xG-xFe)= 0 La portance de l’avion se décompose principalement en deux parties, la portance de l’aile (et du fuselage) et la portance de l’empennage. Chaque portance de surface portante est appliquée au foyer de la surface (foyer de l’aile+fuselage et foyer de l’empennage). Si l’empennage est symétrique, le moment au foyer est nul. L’équilibre des moments imose qu’au centre de gravité, la somme des moments de tangage s’annule. La gouverne de profondeur est là pour piloter le moment de tangage global. P ΣF = 0 et ΣMG = 0

Norme CS-VLA sur la manoeuvrabilité CS-VLA 161 : tenir un équilibre pour différentes vitesses et différents cas de masse et centrage. CS-VLA 145 : garder une marge de commande suffisante CS-VLA 143 : limiter les efforts aux commandes CS-VLA 161  dimensionnement de la gouverne de profondeur pour l’arrondi à l’atterrissage (CZ max en effet de sol à faible puissance et au centrage le plus avant) CS-VLA 143  25daN en effort temporaire et 2daN en effort prolongé sur la commande de tangage.

Foyer avion manche bloqué Z Ze Za  Le moment de tangage au foyer avion est indépendant de l’incidence. La gouverne de profondeur ne bouge pas car le manche est bloqué par le pilote. Sa position est une moyenne des foyers de chaque surface portante, pondérée par les surfaces, les gradients de portance et l’influence de la déflexion des surfaces amonts sur les surfaces aval. Le gradient de portance dépend principalement du gradient de portance du profil et de l’allongement, mais également de la flèche. q.S.CZ = q.Sa.CZa+qe.Se.CZe xF.q.S.CZ = xFa.q.Sa.CZa+xFe.qe.Se.CZe(1-d/d)

Foyer avion manche libre Le moment de charnière de la gouverne de profondeur est nul si le manche est libre Le foyer manche libre est devant le foyer manche bloqué sauf s’il y a un anti-tab MC = MCa.a + MCdm.dm

Foyer de manœuvre manche bloqué et manche libre

Foyer de manœuvre manche bloqué et manche libre

Effet direct de l’hélice sur les foyers Augmentation de la traction hélice et de la force normale avec l'incidence Effet destabilisant pour une hélice tractive et/ou dont l'axe passe sous le centre de gravité Effet stabilisant pour une hélice propulsive et/ou dont l'axe passe au dessus du centre de gravité

Effet du souffle de l’hélice sur les foyers Augmentation de la pression dynamique sur l'empennage Stabilisant pour un empennage porteur Déstabilisant pour un empennage déporteur Augmentation de la déflexion sur l'empennage Déstabilisant

Détermination expérimentale du Foyer manche bloqué

Détermination expérimentale du Foyer manche libre

Détermination de la position des foyers par les essais en vol

Stabilité Statique

Stabilité statique de l’avion

Norme CS-VLA sur la stabilité statique CS-VLA 173 et 175 : augmentation de l’effort de la commande de profondeur à piquer avec la vitesse CS-VLA 155 : augmentation de l’effort de la commande de profondeur à cabrer avec le facteur de charge vertical CS-VLA 173 & 175  CdG devant le foyer manche libre de l’avion CS-VLA 155  CdG devant le foyer de manœuvre manche libre de l’avion

Stabilité Dynamique

Stabilité dynamique de l’avion

Stabilité dynamique longitudinale

Oscillation d’incidence

Force de rappel de la Phugoïde

Amortissement de la Phugoïde

Phugoïde

Phugoïde Mode visible lors de l’équilibrage en croisière Oscillation de l’altitude, de la vitesse et de la pente; l’angle d’incidence restant constante La fréquence, faible, dépend de la vitesse L’amortissement dépend de la finesse et du type de motorisation

Phugoïde

Oscillation d’incidence et Phugoïde

Norme CS-VLA sur la stabilité dynamique CS-VLA 181 : oscillation d’incidence fortement amortie, commandes libres et bloquées