TD Option Parapente Thèmes abordés : - Aspects historiques et règlementaires Mécanique de vol et forces aérodynamiques - Techniques et motricité en interaction L Rodriguez

Approche systémique Interactions entre différents éléments Pilote Environnement Engin L Rodriguez

TD 1 Historique Réglementation L Rodriguez

Histoire du parapente La Nasa invente parachute pour faire atterrir la capsule deux ingénieurs de la Nasa vont alors marquer l’histoire du vol libre : Françis Rogallo: recherches sur cerfs-volant de forme triangulaire (delta). Nasa s’y intéresse en 1959. De là naitra le Deltaplane David Barish: recherches sur ailes à structure entièrement souple. Mise au point du ‘parafoil’.  Il a presque inventé le ‘sloape soaring’ (vol de pente). L Rodriguez

- Apparait le parapente à caissons 1978 trois parachutistes du club d’Annemasse (Haute-Savoie) se décident à décoller avec un parachute d’une montagne. Idée venue en lisant la revue ‘parachute manuel ’ de 1972. Article de ‘sloape Soaring’ utilisé pour contrôler les parachute qui viennent d’être réparés.. - Jean-Claude Bétemps et André Bohn en France le 27 juin 1978 à Mieussy. Et JC décolle et se repose 100m plus bas!! Le 4 mai 1979 club école les Choucas - En 1985, Laurent de Kalbermaten créé la randonneuse, le premier ‘parapente’. ITV fabriquera un peu plus tard l’Asterion, puis d’autres encore…. Depuis, le parapente existe, il est fabriqué, vendu, enseigné, …   L Rodriguez

Réglementation ce qu’il faut savoir Le parapente est un planeur ultra léger (PUL) Est considéré comme PUL, tout appareil volant décollable par l’énergie musculaire (parapente,  delta, aile rigide, …). Pour voler il faut: Aucun diplôme Aile homologuée RC aérienne Avoir l’autorisation de la part des propriétaires des aires de décollages et d’atterrissages qu’ils utilisent. Se soumettre aux règles de vol à vue L Rodriguez

Quelques aspects réglementaires L Rodriguez

Priorités en vol L Rodriguez

Vol de nuit Très règlementé. Jour aéronautique commence 30’ après le lever du soleil et fini 30’ après le coucher (heure officielle). Vol de nuit interdit la nuit sauf dérogation et 50m mini du sol. L Rodriguez

Règles Espace aérien L Rodriguez

Espace aérien: Division coupe verticale Espace aériens sup classé A, B, C, D et est réservé exclusivement au vol IFR FL195 -------------------------------------------------- Espace aérien inf E, F, G FL195 est une altitude de vol exprimée en niveau de vol (Flight Level), sa valeur correspond à 5850 m environ. IFR : ‘Instrument Flight Rules’ : règles de vol aux instruments, réservés pour des aéronefs et des pilotes qualifiés. VFR : ‘Visual Flight Rules’, les règles de Vol à Vue, seules règles applicables à la pratique du Vol Libre. L Rodriguez

Division Espace Aérien Inf Partagé VFR et IFR ; il se découpe comme suit E,G Attention, par défaut, tout l’espace au dessus de 3450m (FL115) est classé D donc interdit, sauf si l’on est à moins de 1000m du sol. En plaine, le plafond maximum du Vol Libre est donc le FL 115, soit environ 3500m. En montagne, le plafond maximum du Vol Libre peut être plus élevé de 900m/sol L Rodriguez

Espaces contrôlés Type CTR, TMA :Objectif: protection aérien des vols civils ou militaires au départ et à l’arrivée des aéroports CTR: ConTrol Région (Zone de contrôle) Du sol à 1000m par exemple largement étendue (sup 50km) TMA: TerMinal Area (Région de contrôle) Type AWY (couloir aérien) Classé E L Rodriguez

Conséquences L’Aérodrome • Il n’y a pas d ’interdiction, ni de distance d’éloignement à respecter. MAIS Localiser le ‘circuit de piste’: vent arrière, étape de base, finale. Surveiller le trafic en circuit de piste. Certains font l’objet d’une réglementation locale, informez vous ! ( exemple de Luchon) L Rodriguez

Les TMA peuvent souvent s’étendre à plus de 50km de l ’aéroport Protégé par une CTR Entouré de TMA, zones de protection pour la descente et la montée des avions vers l’aéroport. Les TMA peuvent souvent s’étendre à plus de 50km de l ’aéroport • Les routes aériennes AWY, au dessus, accueillent le trafic L Rodriguez

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Infractions à la réglementation aérienne • Délit pénal => peines d’emprisonnement ET/OU fortes amendes Emprisonnement de 3 mois à 1 an Amendes de 2300 à 76200 euros Interdiction de vol de 3 mois à 3 ans L Rodriguez

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Les forces aérodynamiques Pourquoi ça vole? L Rodriguez

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Les Forces Schéma des forces RFA P T CP CG Poids Corde trajectoire L Rodriguez

La trainée: Force opposée au déplacement L Rodriguez

Formule L Rodriguez

LA TRAINEE : force parallèle et opposée à l'écoulement 1°/ La traînée est proportionnelle à un coefficient de profil de l'obstacle (coefficient de traînée Cx) 2°/ Si je vais plus vite, je sens que la traînée augmente beaucoup (inversement) La traînée est proportionnelle à la valeur au carré de la vitesse. 3°/ expérience en bateau, pour une même vitesse la traînée sera beaucoup plus importante car l'eau est beaucoup plus lourde que l'air pour un même volume La traînée est proportionnelle à la masse volumique du fluide traversé. 4°/ Enfin, Si je place ma main à la verticale, la traînée augmente. La traînée est proportionnelle à la surface exposée au vent: maître-couple. L Rodriguez

Ex de coef de trainée Cx L Rodriguez

Trainée Trainée de forme: profil (Sur laquelle nous agissons avec nos mains) Trainée de frottement: à la surface (colle) Trainée induite: liée à l’allongement de l’aile L Rodriguez

Elle à tendance à faire montrer la main PORTANCE force perpendiculaire à l’écoulement Si, maintenant, j'incline ma main dans le filet d'air sans la mettre ni verticale ni horizontale : Elle à tendance à faire montrer la main L Rodriguez

Formule L Rodriguez

2°/ La portance est proportionnelle à la surface. 1°/ La portance est proportionnelle à la valeur au carré de la vitesse. 2°/ La portance est proportionnelle à la surface. 3°/ La portance est proportionnelle à la masse volumique du fluide traversé . 4°/ La portance est proportionnelle à un coefficient de profil de l'obstacle. L Rodriguez

LA RFA La R.F.A. est égale à l'addition vectorielle de la portance et de la traînée en vol stabilisé. Elle est d’intensité égale et de sens opposé au poids. L Rodriguez

La RFA est égale et opposée au poids en vol rectiligne stabilisé La RFA est la somme vectorielle de la Portance et de la Traînée . L Rodriguez

Mais d'où vient-elle, cette portance ? Pourquoi ça vole??? L Rodriguez

Une partie de l’air passe par l’extrados L’air arrive sur le bord d’attaque Une partie de l’air passe par l’intrados Pour faire circuler cet air, soit il y a du vent, soit le pilote doit courir . Pour voler, il faut donc de la vitesse . Pourquoi ça vole L Rodriguez

Relation écoulement et pression autour profil En contournant le profil par l’extrados, le flux d’air a moins de place pour passer, il accélère donc par effet venturi . En plaçant des capteurs de pression sur l’extrados du profil, on met en évidence une dépression d’extrados. Cette répartition des pressions sur l’extrados varie avec l’incidence . L Rodriguez

Vrai ou Faux?? L Rodriguez

Visualisation des variations des pressions sur un profil à une i donnée L Rodriguez

La dépression sert à maintenir le profil de l’aile !!!!! Déviation des molécules vers le bas donc par réaction portance vers le haut Les molécules du dessus vont plus vite que celles du bas sur profil de l’aile (effet venturi) L Rodriguez

Donc ça vole parce qu’il y a Du poids De la vitesse Un profil (des forces aérodynamiques) Gravité Et déviation des molécules d’air vers le bas. L Rodriguez

Angles et finesse L Rodriguez

LES ANGLES Incidence : c’est l’angle entre la corde et le vent relatif ou la trajectoire Corde de profil hz assiette Trajectoire ou vent relatif incidence Angle de plané L Rodriguez

Les angles â angle d'assiette du profil, entre la corde et l'horizontale (piqueur en général) f angle de plané du profil, entre l'horizontale et la trajectoire î angle d'incidence du profil, entre la corde et la trajectoire. En vol stabilisé l’angle d’incidence pour les parapentes est 5° et 18°. ATTENTION : l’angle d’incidence dépend du régime de vol. Nous pouvons donc agir du l’angle d’incidence La plage d'incidences: ensemble des incidences, d'une limite à l'autre en vol équilibré. La limite basse (incidence la plus faible) = fermeture avant, mais le réglage d'assiette (ou calage de la voile) d'origine ne permet pas de l'atteindre normalement en vol calme. La limite haute d'incidence = décrochage, qu'il est possible d'atteindre en vol calme, en enfonçant complètement les commandes L Rodriguez

La plage d’incidence La plage d’incidence varie en fonction des conditions météo/aérologiques et des actions aux commandes Incidence nulle ou trop faible : angle î <= 0 Accélérateur et/ou aérologie FERMETURE FRONTALE La fermeture ne se produit que par effet dû à l'aérologie, et non par rapport à une position de commandes en vol équilibré. On passe rapidement d'une situation correspondant au vol à vitesse maxi, à une situation où la coordination entre couple piqueur (visible sur le spectre des pressions) et position du point d'arrêt en dehors de l'alimentation des caissons fait que l'aile bascule sur l'avant en se dégonflant. On rattrape ceci en redonnant de l'incidence à la commande. . L Rodriguez

angle î ~ 4° 0% commande VITESSE MAXI Incidence faible : angle î ~ 4° 0% commande VITESSE MAXI Le profil n'est pas déformé, la voile produit une traînée assez importante due à la vitesse, la pression au bord d'attaque est maximale . Le profil ne produit que peu de turbulence. Incidence normale : angle î ~ 8° à 12° 10 à 30% commande FINESSE MAXI Le profil est très légèrement déformé. La portance est maximale et donc la traînée minimale. La turbulence est faible. L Rodriguez

angle î ~ 15° 30 à 60% commande TAUX DE CHUTE MINI Incidence forte : angle î ~ 15° 30 à 60% commande TAUX DE CHUTE MINI Le profil est déformé. La traînée devient importante, mais comparable à celle de la vitesse maxi, car sa production est limitée par la vitesse sur trajectoire plus lente. La turbulence derrière l'aile est importante. Incidence trop forte : angle î >= 20° à 25° 100% commande DECROCHAGE Les filets d'air n'arrivent plus à suivre l'extrados de l'aile : ils décrochent. Comme pour la fermeture, on passe rapidement à une situation où n'existe plus que la traînée, la trajectoire devient progressivement verticale. La situation se récupère en relâchant les commandes et en se préparant à amortir l'abattée qui est inévitable. L Rodriguez

L’incidence avec action sur les commandes Corde de profil En jaune, l’incidence en vol rectiligne stabilisé trajectoire En turquoise, la nouvelle incidence suite à l’action maintenue sur les commandes L Rodriguez

i’ = incidence nouvelle L’incidence modifiée par l’application des rafales ou les effets transitoires +4 i’ i i i = incidence en vol rectiligne i’ = incidence nouvelle Etude des autres rafales possibles Rafale Quand Incidence Risque Action mains Dessous Dessus Arrière De face Faire faire les schémas des autres rafales par EM sous forme de TP au tableau L Rodriguez

Tableau des angles d’incidence et ses conséquences Rafale Quand Incidence Risque Action mains Dessous Entrée thermique Aug Décrochage Lever mains Dessus Sortie thermique Dim Frontale Baisser mains Arrière Cisaillement, inversion bise De face Inversion brise L Rodriguez

Finesse Parler le performance de l’aile passe par des mesures précises ces mesures ce font en vol stabilisé et vent calme ces mesures dépendent des données du constructeur L Rodriguez

Finesse La finesse peut s’utiliser pour parler de : - la performance d’une aile en air calme . On parle de finesse par rapport à l’air (finesse/air). - la "pente" qui sépare un décollage d’un atterrissage "L’atterrissage est situé à finesse 4 du décollage" - l’augmentation ou la diminution de la distance parcourue au sol par un parapente en vol droit lorsqu’il subit l’influence d’un vent de face ou d’un vent arrière ou une action sur les commandes. On parle alors de finesse/sol L Rodriguez

Finesse air F = distance h parcourue (d) = PORTANCE (cz)= vitesse horizontale altitude perdue (h) TRAINEE (cx) vitesse verticale L Rodriguez

Taux de chute (/ air, /sol) Vitesse verticale On relèvera donc l'altitude au départ de la mesure, le temps de mesure et l'altitude à la fin de la mesure. Le taux de chute sera déduit en faisant le rapport dénivelé / temps de mesure. En moyenne 1 à 1,5 m/s (relation à la charge ailaire) Que l'on monte ou que l'on descende par rapport au sol, on descend toujours dans l'air ascendant... !? Le taux de chute en air stable étant une valeur connue pour un poids pilote et une aile donnée. Vitesse horizontale Anémomètre L Rodriguez

Finesse sol Sous l’influence du vent, la distance que peut parcourir une aile en vol va augmenter si l’aile se déplace dans le même sens que la masse d’air ("vent arrière") et diminuer si elle se déplace dans le sens opposé au vent ("vent de face"). La finesse de l’aile par rapport au sol (finesse/sol) augmente "vent arrière" et diminue "vent de face" L Rodriguez

La polaire des vitesses donnée par le constructeur Faire faire sous forme de TP les autres exploitations avec vent ar, haut et bas L Rodriguez

1°/ Calcul des taux de chute : "X", on obtient le relevé suivant (il s'agit d'une voile dont la conception date de 1990) : A 25 km/h, je perds 136m d'altitude en air calme en 90 secondes, A 33 km/h, je perds 169m en 90s (position bras hauts), A 21 km/h, je perds 147m en 90s (vitesse mini avant décrochage) . 1°/ Calcul des taux de chute : à 21 km/h :147/90 = 1,63 m/s à 25 km/h : 136/90 = 1,51 m/s à 33 km/h : 169/90 = 1,88 m/s 2°/ Calcul des vitesses horizontales : ( 3,6 km/h = 1 m/s, donc ) : 21/3,6 = 5,83 m/s =>Vh = ¹(5,83²-1,63²) = 5,60 m/s (20,15 km/h) 25/3,6 = 6,94 m/s =>Vh = ¹(6,94²-1,51²) = 6,78 m/s (24,40 km/h) 33/3,6 = 9,17 m/s =>Vh = ¹(9,17²-1,88²) = 8,97 m/s (32,30 km/h) 3°/ Calcul des finesses/air respectives : à 21km/h sur trajectoire : 5,60/1,63 = 3,44 à 25km/h sur trajectoire : 6,78/1,51 = 4,49 à 33km/h sur trajectoire : 8,97/1,88 = 4,77 On observe que pour cette voile, la finesse/air maxi s'obtient à proximité de la vitesse maxi. Même si les valeurs propres de finesse ne sont pas très bonnes ici, ceci est une caractéristique commune à presque toutes les voiles actuelles. L Rodriguez

Il ne nous reste plus qu'à tracer la courbe correspondante : 4°/ Représentation : Il ne nous reste plus qu'à tracer la courbe correspondante : Connaitre la polaire des vitesses de son aile en air calme est important pour optimiser son usage. Mais la plupart du temps, ce qui est intéressant en vol, c'est de pouvoir optimiser non la finesse/air, mais la finesse/sol qui peut être très différente par conditions de vent ou de convection. De plus, à moins de tracer soi-même la polaire correspondant à chaque situation de charge alaire sous sa propre voile, il est impératif de savoir comment elle varie en fonction de celle-ci L Rodriguez

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La vitesse maxi augmente si le poids augmente, Variation de poids On a vu que la R.F.A. est d’intensité égale et de sens opposée au poids total en vol. L'augmentation de celui-ci entraînera une augmentation de la R.F.A. : portance et traînée augmentent Si augmentation du poids: aug de la vitesse horizontale et verticale. Leur rapport restant constant, la finesse/air (p/t; Cz/Cx) ne change pas. Par contre, il est intéressant de noter les éléments suivants : La vitesse maxi augmente si le poids augmente, Le taux de chute mini diminue si le poids diminue. Quant à la polaire des vitesses/air, son allure générale ne change pas mais elle glisse le long de la pente de finesse maxi : vers le bas et la droite s'il y a augmentation de poids, vers le haut et la gauche s'il y a diminution de poids . L Rodriguez

Variation de vent horizontal : vers le haut et la gauche s'il y a diminution de poids . Variation de vent horizontal : Lorsqu'on vole dans un vent horizontal, la finesse/sol diffère de la finesse/air de la manière suivante : Par vent de face : La Vh de la polaire/sol est égale à la polaire/air diminuée de la valeur du vent. Les finesses/sol sont donc inférieures aux finesses/air. Par vent arrière : La Vh de la polaire/sol est égale à la polaire/air augmentée de la valeur du vent. Les finesses/sol sont donc supérieures aux finesses/air. Il est important de le savoir et de l'utiliser à bon escient si l'on veut réaliser une distance maxi ! De plus, il est intéressant de noter que les finesses/sol maxi ne s'obtiennent pas à la même vitesse/air. L Rodriguez

Variation de vent vertical Lorsqu'on vole dans un vent vertical, la finesse/sol diffère de la finesse/air de la manière suivante : En descendance : La Vv de la polaire/sol est égale à la polaire/air diminuée de la valeur du vent. Les finesses/sol sont donc inférieures aux finesses/air. En ascendance : La Vv de la polaire/sol est égale à la polaire/air augmentée de la valeur du vent. Les finesses/sol sont donc supérieures aux finesses/air. On constate que les ascendances et descendances ont une très grande importance pour la finesse/sol. L Rodriguez

En résumé on peut noter les faits suivants : Par vent de face ou en descendance : La finesse/sol se dégrade, le meilleur résultat est obtenu en se rapprochant de la vitesse maxi. Par vent arrière ou en ascendance : La finesse/sol s'améliore, le meilleur résultat est obtenu en se rapprochant du taux de chute mini Détermination de la meilleure finesse sol : Pour une aile donnée, dont on a tracé la polaire, il est possible de déterminer la meilleure finesse sol en traçant la tangente à la courbe à partir de l’origine. Cette ligne est la trajectoire. Le point de contact entre la polaire et la trajectoire détermine le régime de vol (vitesse) à adopter. L Rodriguez

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La polaire des vitesses: exploitation L Rodriguez La polaire des vitesses: exploitation 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Vitesse hz en m/s -1 -2 -3 Vitesse vert en M/s Faire faire sous forme de TP les autres exploitations avec vent ar, haut et bas Je vole à un régime de vol donné, disons au Taux de chute Mini Ma trajectoire sera donc celle représentée en jaune Je rencontre un vent de face de 3 m/s. Quelle sera ma nouvelle trajectoire ? Utilisons pour cela ce que nous savons des additions de vecteurs Ma nouvelle trajectoire sera alors matérialisée par la flèche rouge Si je veux aller plus loin avec ce vent de face, je dois voler à un régime de vol plus élevé que TCM

Dans des conditions aérologiques calmes, l’origine de la droite est au point 0. La finesse / sol est identique à la finesse / air. Pour tenir compte de la situation à étudier, il faut déplacer le point d’origine de la droite représentant la trajectoire . Vers la gauche pour un vent arrière Vers la droite pour un vent de face Vers le bas pour une ascendance Vers le haut pour une descendance L Rodriguez

Utilisation dérivée de la polaire pour la technique de vol      . Vent descendant ou "dégueulante", il faut accélérer pour améliorer la finesse/sol. "Voler vite pour rester peu de temps dans le secteur défavorable".     Vent arrière, il faut ralentir pour améliorer la finesse/sol. "Voler lentement pour utiliser le plus longtemps possible une masse d’air qui se déplace dans la direction où vous voulez aller... le plus loin possible ! ". Vent de face, il faut accélérer pour améliorer la finesse/sol. "Augmenter ma vitesse améliore la vitesse de la composante horizontale de ma trajectoire même si je dégrade mon taux de chute". Vent montant ou ascendance, il faut ralentir pour améliorer la finesse/sol. "Voler lentement pour rester longtemps dans un secteur favorable". L Rodriguez