Analyser et comprendre le phénomène pour ne pas s’y trouver… La vrille Analyser et comprendre le phénomène pour ne pas s’y trouver… et savoir en sortir.

Contenu de l’exposé Le mécanisme de déclenchement Description de la trajectoire Les facteurs déclencheurs Les facteurs aggravants Les manœuvres de sortie Qui est concerné ? Les réflexes à retenir

Le mécanisme de déclenchement Influence de l’incidence sur l’écoulement Le décrochage Influence du dérapage

Evolution de l’écoulement avec l’incidence Décrochage d’une aile : Rappeler la notion d’incidence, la tracer et expliquer l’écoulement laminaire, la dépression sur l’extrados… Vent relatif (VR)

Evolution de l’écoulement avec l’incidence Décrochage d’une aile : Commenter l’augmentation d’incidence Vent relatif (VR)

Evolution de l’écoulement avec l’incidence Décrochage d’une aile : Commenter la tendance de la trajectoire à s’installer sur un angle de plané plus fort. Vent relatif (VR)

Evolution de l’écoulement avec l’incidence Décrochage d’une aile : Décrire la perte de portance au-delà de l’incidence limite. Vent relatif (VR) La portance diminue, l’aile s’enfonce.

Incidence forte Illustration du décrochage des filets d’air à forte incidence. L’écoulement n’est plus laminaire. Montrer que les filets d’air sont turbulents à 90° d’incidence.

Le décrochage Passé un angle de 15° d’incidence, l’écoulement devient perturbé et la portance de l’aile diminue sensiblement. La vitesse n’est pas le facteur référant, mais c’est l’incidence de l’aile. Donner les informations générales des 2 premières lignes et faire commenter la trajectoire en dessous. Laisser analyser la phase d’enfoncement et l’effet balistique de ce décrochage. Commenter l’abatée et préciser qu’elle n’est pas systématique. Rappeler que le décrochage peut se produire à vitesse élevée. La vrille se produit quand seule une partie de la voilure décroche (dérapage).

Description de la trajectoire en vrille Vue dans le plan vertical Vue dans le plan horizontal Les variations de trajectoire

Vue dans le plan vertical L’aile qui décroche en premier s’enfonce sur une trajectoire quasiment verticale. L’aile extérieure tourne autour avec une vitesse de rotation plus élevée. L’incidence peut dépasser les 40° et atteindre parfois 55°. Exploiter l’animation et faire référence aux pignons de pin qui vrillent avec leur aile unique. Axe de la vrille

Vue dans le plan horizontal L’axe de rotation est situé à l’intérieur de la trajectoire hélicoïdale décrite par le CG du planeur. L’extrémité de l’aile décrochée en premier peut dans certains cas reculer par rapport au CG. Le vent relatif aborde le fuselage du coté opposé à la rotation Axe de la vrille Faire observer et expliquer les impressions au départ de vrille : fuselage qui dérape sur le coté extérieur et bref passage « dos ». NB : les planeurs accidentés en vrille ont souvent l’aile intérieure rabattue vers l’avant (effet de la rotation inverse). Vent relatif (VR)

Les variations de trajectoire Le comportement du planeur est irrégulier autour des 3 axes ; la vitesse de rotation de la vrille  :  =  P²+Q²+R² = cte si P/S=cte P = vitesse de rotation en roulis Q = vitesse de rotation en tangage R = vitesse de rotation en lacet Vitesses angulaires exprimées en Rad/s Expliquer que lorsque le planeur s’installe en vrille, il existe des variations parfois fortes en tangage et en roulis. Quand elles apparaissent, la vitesse de rotation diminue en lacet. Cela peut fausser le jugement du pilote. Exemple du Discus 2. Pour la certification, vrille autorisée signifie : délai de sortie de moins d’un tour pour vrille stabilisée.

Les variations de trajectoire  est constante mais c’est P, Q, R qui varient au cours de la vrille. Il en résulte des mouvements cycliques à cabrer ou à piquer, d’augmentation ou de diminution de l’inclinaison, des mouvements en lacet. Ces oscillations peuvent sembler contradictoires avec les actions entreprises lors de la manœuvre de sortie, surtout si le délai est important (secteur et temps). Quand on part en vrille, on applique la manœuvre de sortie jusqu’à ce que cela fonctionne.

Les facteurs déclencheurs de la vrille Vol à incidence élevée en ascendance Vol lent avec dissymétrie Braquage des ailerons Rotation en lacet Synthèse

Dans l’ascendance : l’aile se soulève du coté du noyau Sauf que...

Dans l’ascendance : l’aile se soulève du coté du noyau Départ en autorotation du coté du noyau

Dans l’ascendance : l’aile décroche du coté du noyau Pourquoi l’aile qui reçoit la rafale décroche alors que son assiette est la même ? Sous l’effet de la rafale, l’incidence critique est atteinte. VR1 Signaler que cela se produit quand on applique une vitesse faible et donc une incidence déjà en limite des 15°. VOLER AU DESSUS DE LA VITESSE DE TAUX DE CHUTE MINI ! Avant l’entrée dans l’ascendance, le vent relatif et l’incidence des deux ailes sont identiques VR2 RAFALE L’incidence résultante est changée et dépasse la limite Le phénomène est d’autant plus aggravé que le pilote contrera aux ailerons.

Vol lent dissymétrique Le planeur vole symétriquement, puis sur une action au palonnier, une aile s’accélère et l’autre ralentit.

Vol lent dissymétrique Pourquoi l’aile qui ralentit décroche alors que son assiette est la même ? Avant l’action au palonnier, le vent relatif et l’incidence des deux ailes sont identiques L’aile droite est ralentie sur sa trajectoire L’aile gauche accélérée VR1 L’incidence résultante est changée et passe la limite Signaler que cela se produit quand on applique une vitesse faible et donc une incidence déjà en limite des 15°. VOLER AU DESSUS DE LA VITESSE DE TAUX DE CHUTE MINI ! VT Vzp VR VT Vzd VT Vzp VR VT Vzd VR VR

L’incidence limite est franchie Braquage des ailerons Action en roulis = incidence dissymétrique des ailes L’incidence limite est franchie Vent relatif (VR) Vent relatif (VR) RxD RxG VR

Synthèse, les erreurs classiques Action au palonnier Action manche arrière et éventuellement à l’opposé

Synthèse, les symptômes Assiette cabrée Dissymétrie Vitesse et Bruit faibles Taux de chute fort Vibrations aux commandes ou en cabine

Les facteurs aggravants La proximité du relief ou du sol Le gauchissement à contre Les aérofreins Les volets de courbure La masse Le centrage L’agitation de la vrille

La proximité du relief ou du sol 1 tour de vrille = 70 à 130 m de chute selon les configurations Lors d’un départ accidentel, la vrille fait un ½ tour et le planeur se retrouve face au relief… (rafale côté relief). Selon le planeur et le réflexe du pilote, la manœuvre de sortie peut durer 1 tour, ne laissant aucune chance de récupération à proximité du sol.

Dernier virage (gauchissement, commandes croisées) Le pilote se trouvant bas (refus du sol), assiette cabrée et peu d’inclinaison Expliquer le processus de départ en vrille quand on refuse d’incliner du fait d’un circuit basse hauteur : 1- pilote bas refuse le sol, assiette cabrée et incline peu par crainte que son aile ne touche le sol ou d’augmenter sa perte de hauteur

Dernier virage (gauchissement, commandes croisées) Il fait virer le planeur par une action au palonnier droit. Un roulis induit apparaît produisant une tendance à piquer et une augmentation de traînée, entraînant une variation d’assiette à piquer… Expliquer le processus de départ en vrille quand on refuse d’incliner du fait d’un circuit basse hauteur : 2- fait virer le planeur par une action au palonnier droit

Dernier virage (gauchissement, commandes croisées) Qu’il combat par une action manche arrière et à gauche. Expliquer le processus de départ en vrille quand on refuse d’incliner du fait d’un circuit basse hauteur : 3- un roulis induit apparaît produisant une tendance à piquer, qu’il combat par une action manche arrière et à gauche

Questions Quelle est la configuration des commandes ? Quel effet sur l’incidence ? Quel effet sur la perte de hauteur par tour ? Quel est l’effet sur le délai de sortie ? Corrigé Manche arrière : incidence générale forte Manche droite : aileron droit baissé, augmentation de l’incidence Palonnier gauche : aile droite ralentie instantanément, augmentation de son incidence

Le gauchissement pendant la vrille Manche du coté opposé à la vrille (réflexe courant du pilote qui contre) L’aileron intérieur traîne plus, et crée un couple anti-redresseur Cette action entraîne un couple piqueur Augmentation de la perte de hauteur de 20% par tour La rotation est plus rapide en roulis Evolution vers l’auto-tonneau Délai de sortie variable mais vitesse élevée

Le gauchissement pendant la vrille Manche du coté de la vrille (peu habituel) L’aileron extérieur traîne plus, et crée un couple redresseur Cette remise dans l’axe du fuselage crée un couple cabreur car l’inclinaison diminue. L’incidence augmente. Délai de sortie + long (2 à 3 tours). Défilement plus faible + agitation, on a du mal à reconnaître le comportement typique d’une vrille. Réduction de la perte de hauteur de -30% par tour Vrille plate et agitée Délai de sortie plus long ( incidence élevée)

La sortie des aérofreins pendant la vrille entraine : RxD RxG sens de rotation de la vrille lacet Couple redresseur en lacet Inclinaison diminuée Variation d’assiette à piquer Taux de chute / tour x 1,8 à 2,5 Délai de sortie inchangé Le facteur de charge en sortie de vrille peu atteindre 3,8g lors de la ressource, or les AF sont limités à 3,5 à la VNE… Les AF sont fortement déconseillés, c’est une erreur ancienne dans l’enseignement de la vrille. NB : sur le Duo Discus, la sortie des AF accélère la rotation ! (alimentation de la dérive)

Les volets de courbure Influence des volets de courbure VR Les volets de courbure peuvent aggraver la difficulté à stopper la vrille car ils maintiennent une incidence plus forte au cours de la vrille. Sortie plus difficile.

La masse La masse du planeur joue sur l’inertie et augmente le temps de sortie, elle augmente également la vitesse de rotation . Quand la répartition des masses est éloignée du CG, la sortie est rendue plus difficile par une réaction inertielle (grande plumes, dispositif d’envol, ballast).

Favorable à l’arrêt de la vrille Le centrage Centrage avant Tendance à piquer Incidence faible Favorable à l’arrêt de la vrille d

Défavorable à l’arrêt de la vrille Le centrage Centrage arrière Dans ce cas le planeur est plus sensible et tend vers les assiettes cabrées et les incidences fortes. d Tendance à cabrer Incidence plus forte Défavorable à l’arrêt de la vrille

L’agitation de la vrille Phénomène classique sur les appareils de grande envergure (traînées différentielles). Les variations de vitesse de rotation en lacet et les variations d’assiette ou d’inclinaison, peuvent donner l’impression d’effets contradictoires avec les actions de sortie entreprises.

Les manœuvres de sortie Les manœuvres de sortie classiques Les consignes spécifiques

Les manœuvres de sortie classiques En général : *action du palonnier à l’opposé de la rotation, *manche vers l’avant, *maintien des ailerons au neutre, dès l’arrêt de la rotation, ramener le palonnier au neutre et retour à l’assiette de référence par une ressource souple. * Ces manœuvres peuvent être faites simultanément. Dans tous les cas : lire les consignes spécifiques du manuel de vol… (document de référence)

Exemples de consignes spécifiques Cas de la profondeur en T Les gouvernes de direction et de profondeur sont alimentées par le vent relatif. L’action au palonnier est efficace de suite (pas d’effet de masque). Vent relatif (VR)

Exemples de consignes spécifiques Cas de la profondeur cruciforme La gouverne de direction est partiellement masquées par la profondeur. L’action au palonnier n’est pas prépondérante. Vent relatif (VR) L’action à piquer participe fortement à réalimenter la direction.

Exemples de consignes spécifiques Cas particulier de certaines profondeur cruciformes (cap10) La gouverne de direction est masquée Le plus efficace est de mettre manche arrière ! Vent relatif (VR)

Exemples de consignes spécifiques Cas particulier des certaines profondeurs cruciformes La gouverne de direction est dégagée quand la profondeur est très en avant de la partie mobile. C’est une formule qui évite le masquage total de la direction. Vent relatif (VR)

Efficacité de l’action au palonnier Si l’angle de dérapage est important (planeur à dispositif d’envol incorporé – vrille à plat), le braquage de la gouverne de direction à contre aura peu d’influence sur l’arrêt de la vrille. Vent relatif (VR)

Gérer la sortie de vrille Après les actions d’arrêt en 1 à 2 tours la vrille cesse : la rotation s’arrête la vitesse augmente Il faut gérer la ressource…

Domaine de vol du planeur catégorie U Risque de déformation Risque de rupture 5,3 +4 Zone de décochage Risque de déformation ou de flutter Domaine de vol VA VRA VNE VD Zone de décochage -1,5 -2,65

Qui est concerné ? Tout le monde est concerné… Jeunes pilotes inexpérimentés Pilotes d’expérience moyenne (200-400 h) Instructeurs Compétiteurs Dans quelle phase du vol ? Prise de terrain basse hauteur Vol près du relief Vol thermique Principalement mais pas exclusivement

Ce qu’il faut retenir (I) La vrille étant le résultat d’une dissymétrie aux grands angles d’incidence, il faut appliquer systématiquement les réflexes de mise en garde chaque fois qu’apparaissent les symptômes de départ : (dans tous les cas, se référer au manuel de vol pour les cas particuliers) Manche vers l’avant en conjuguant

Ce qu’il faut retenir (II) Les actions au manche en gauchissement à contre aggravent toujours les conditions de déclenchement puis d’entretien de la vrille. En thermique on ne volera pas en dessous de 1,1.Vs compte tenu de l’inclinaison et du facteur de charge résultant. En montagne, on ne volera jamais en dessous d’une vitesse correspondant à celle de la finesse max (voire plus). En tour de piste, même à basse hauteur, ne pas effectuer de virage à plat. La sortie des AF n’apporte rien à la manœuvre de sortie de vrille et dans certains cas peut l’aggraver (manuel de vol).

Bibliographie sur la vrille Manuel de pilote de planeur, éditions Cepadues, Phase 6, Cours de mécanique du vol, éditions SEFA Fiches techniques FFVV, réunions SV de l’hiver 2003

Exercices en vol

Formation Montrer aux débutants le départ, Enseigner et faire exécuter les manœuvres d’arrêt, Entraîner au réflexe de mise en garde. Planeur autorisé vrille : Accoutumer les élèves à la vrille (plus d’un tour) dans le cadre du perfectionnement Planeur non autorisé vrille : démontrer le départ en provoquant la vrille (nez légèrement plus haut, Vs majorée de 5km/h, actions conjointes et rapides manche arrière et palonnier à fond).

Manœuvre d’arrêt « se conformer aux consignes décrites dans le manuel de vol, qui est le document de référence » En l’absence de manuel de vol, appliquer la procédure suivante : *action du palonnier à l’opposé de la rotation, *manche vers l’avant, *maintien des ailerons au neutre, dès l’arrêt de la rotation, ramener le palonnier au neutre et retour à l’assiette de référence par une ressource souple. Éventuellement sur planeur moderne, sortie des AF pour limiter la vitesse (ne pas oublier que dans ce cas là, le facteur de charge limite est de 3,5g à la VNE – voir manuel de vol) Attention : ne pas débuter l’exercice en dessous de 800m/sol * Ces manœuvres peuvent être faites simultanément. Daniel SERRES