Petit rappel : l'air est un mélange de gaz transparent mais dense (1,2 kg/m3 à 20 °C). Le fait que l'air soit invisible, renforce l'incompréhension, car on voit la route lorsque l'on roule en voiture, l'eau en prenant le bateau, mais en avion, on ne voit que du vide, alors que ça n’est pas le cas.
Lorsque que l'avion accélère avant le décollage, poussé par ses réacteurs, l’air qui passe au-dessus des ailes, va plus vite que l’air qui passe en dessous, du fait de leur forme, plus bombée au-dessus et donc plus longue à parcourir pour l'air qui doit accélérer sa course. Une force est créée et aspire les ailes et donc l’avion vers le haut.
Quand le vent relatif passe au-dessus et au-dessous de l'aile, l'air qui passe sur l'extrados va plus vite que l'air qui passe sur l'intrados, obéissant ainsi à la condition de Kutta. La pression à l'extrados va être plus faible que celle à l'intrados. La dépression sur l'extrados et la pression sur l'intrados engendrent une force sur l'aile appelée portance.
Un Avion subit quatre forces lors d’un vol qui peuvent être représentées par quatre vecteurs :
La Portance : Force engendrée par la vitesse de déplacement qui s’exerce sur les ailes d’un avion et qui le maintien en l’air.
C’est la composante aérodynamique perpendiculaire aux filets d’air du vent relatif*. Elle assure la sustentation* de l’avion. Elle compense le poids de l’avion lorsqu’il est en vol horizontal.
Elle est due à la dépression qui se forme au-dessus de l’aile : les molécules d’air sont accélérées au-dessus de l’aile et sont plus espacées qu’en dessous.
Un vol en palier à vitesse constante suppose que la résultante du système de forces est nulle : le poids est équilibré par la portance, la traînée est compensée par la traction. À partir de cette position d'équilibre, toute modification de l'un des paramètres entraîne une modification du comportement. Si le poids diminue, par exemple suite à la consommation de carburant, la portance devient prépondérante et l'avion monte. À l'inverse, si la traction diminue, par exemple suite à une réduction des gaz, la portance diminue et l'avion descend. Tout l'art du pilotage consiste à maîtriser en permanence la trajectoire de l'avion en intervenant sur ces trois forces.Plus la courbure de l’aile est importante, plus la dépression est importante, donc plus la portance est importante. Cela s’applique aussi à la vitesse : plus elle est importante, plus la dépression est importante, et de même pour la portance.
- La trainée : Force de sens opposée à la traction ou à la poussée qui crée une résistance au déplacement de l’avion et qu’il faut réduire.
C’est la composante aérodynamique parallèle aux filets d’air du vent relatif
Elle est due aux frottements de l’air sur la surface de l’aile de l’avion, et augmente avec l’incidence et le carré de la vitesse, tout comme la portance.
- La traction : Force développée par les hélices du moteur qui le tirent vers l’avant. Dans les avions à réaction, la traction est remplacée par la poussée des tuyères.
La vitesse, nécessaire à la portance, est assurée par le moteur, c’est la traction.
D’après la première loi de Newton, dans le système de l’avion et dans le référentiel terrestre, dit galiléen, en vol horizontal et à vitesse constante, elle équilibre la trainée.
La vitesse et la surface des ailes étant très inférieures, la traînée est inférieure sur un aéromodel par rapport à un avion grandeur nature. Le moteur est aussi beaucoup moins puissant, mais le poids aussi est moins important.
- Le poids : Force qui résulte de la masse de l’avion soumise à la gravité terrestre que la puissance des moteurs doit vaincre pour le maintenir en l’air.
Il est opposé à la portance. D’après la première loi de Newton, il équilibre la portance en vol horizontal et à vitesse constante.
Il est exprimé par la relation P = M x g
P = poids en Newton(N) ;
M = masse en kg ;
g = gravité = 9.81kg/N
Lors de la mise en virage d’un avion, le poids apparent et le poids réel sont différents.
Le rapport poids apparent / poids réel est appelé facteur de charge (G).
En virage à altitude constante, on calcule le nombre de G par la formule :
G = 1 / cos x
Est l’angle d’inclinaison de l’avion.
Exemple : pour un virage incliné à 60° : G = 1 / 0.5 = 2
Donc lors d’un virage à altitude constante avec une inclinaison de l’avion à 60°, l’avion et les passagers subissent un facteur de charge de : 2G.
En montée, le poids apparent augmente, l’avion et les passagers subissent des G positifs.
En descente, le poids apparent diminue, l’avion et les passagers subissent des G négatifs.
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