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Construisez facilement votre avion personnel

Vous voulez construire votre avion pendant votre temps libre ?...

Voici quelques bases pour le construire vous-même et à peu de frais
Dans ces pages vous apprendrez à construire vous-même votre avion personnel pendant votre temps libre, assez facilement et à peu de frais. Informez-vous auprès de: gilbert.pernot@aliceadsl.fr

Calcul et Construction d'un Avion

Chapitre 1 - Les bases pour construire un avion

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4 Forme de l'aile

4.1 Allongement
4.2 Profil d'aile - Polaire

... Polaire de profil, P. d'avion, P. logarithmique, P. logarithmique réduite

4.3 Nombre de Reynolds Nr
4.4 Finesse X ou Cx
4.5 Coefficient Aéronautique C.A.
4.6 Hypersustentation

... Décrochage (stall), Hypersustentation, Surface alaire, Cambrure et performances, Volets hypersustentateurs, Becs de bord d'attaque, Perte de vitesse et chute en vrille



4.1 Allongement λ


L’allongement λ est le rapport de l'envergure E sur la corde moyenne Cm (ou profondeur de l’aile)

f4.1-1

Par exemple, pour un ULM biplace de 450 kg une aile de 15 m2 porte 30 kg/m2. Ce qui convient très bien pour des vitesses de 50 à 150 km/h. On recommande alors un allongement d'au moins 7, (plus la vitesse est faible plus l'allongement doit être grand), soit :
f4.1-2

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4.2 Profil d'aile - Polaire


Les caractéristiques aérodynamiques de chaque profil d'aile sont mesurées en soufflerie :
portance, traînée, Polaire de profil, pour différents angles d'incidence usuels de vol.
Chaque profil d'aile est défini par ses ordonnées intrados et extrados par rapport à la ligne de référence.


La ligne de référence (fig. André Morin)
f4.2-1
Les profils d'ailes d'avion (très variés), se trouvent dans des catalogues (Eiffel, NACA, EPPLER, WORTMANN, etc.).

4.2.1 Polaire de profil
C’est une représentation graphique des 100 Cz (portance) en ordonnées, en fonction des 100 Cx (traînée) en abscisses et de l'incidence de vol en degrés.

4.2.2 Polaire d'avion
C’est une représentation graphique des

f4.2.2


S = surface alaire en m2
Σ = traînées parasites

4.2.3 Polaire logarithmique
Elle est utile si l'on ajoute à la polaire d'avion le facteur V2 (portance + traînée) ou V3 (puissance utile Pu)

4.2.4 Polaire logarithmique réduite
Elle s'obtient en divisant les valeurs ci-dessus par la surface alaire. Elle donne ainsi un poids (ou portance) par m2, et la puissance utile Pu unitaire.


Exemples de Polaires de profil

Polaire de profil N° 13 bis du Laboratoire Eiffel (1910)
f4.2.1-1

Polaire de profil N° 426 du Catalogue Allemand
f4.2.1-2
Ainsi, 8 m2 d’aile portent environ 200 kg et freinent 12 kg.

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4.3 Nombre de Reynolds Nr


Le Nombre de Reynolds Nr donne une idée de la résistance à l'air du profil :

f4.3-1


V = vitesse de l'avion en m/s
t = longueur dans le sens de V (profondeur moyenne)
ν = coefficient de viscosité de l'air

ν = 145 x 10 -7 à 15°C et 1 bar

Exemple : Nr d'une aile de corde 1,5m volant à 48m/s (#150km/h) :
f4.3-2

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4.4 Finesse X ou Cx


On appelle finesse X, l'ensemble des traînées parasites (non dues à l'aile) divisé par la surface alaire en m2.

f4.4-1

Pour une surface alaire donnée, plus le Cx est petit moins l'avion est freiné.
Le Cx d’un bon avion est de l’ordre de 0,035 (ou 3,5%)

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4.5 Coefficient Aéronautique C.A.


C’est le carré du poids G divisé par le produit Po x S (puissance x surface)

f4.5-1

Il varie de 170 à 470 en moyenne.

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4.6 Hypersustentation



4.6.1 Décrochage (stall)
Le décrochage est une diminution brutale de la portance si l'incidence croît ( i > 18°). Les filets d'air se décollent de l'extrados (quelle que soit la vitesse).
f4.6.1-1
Que faire en cas de décrochage ?
1/- Mettre pleins gaz,
2/- Réduire l'incidence

4.6.2 Hypersustentation
Le calcul d'aile est adapté à la vitesse de croisière.
Si l'incidence croît ( i > 18°), à basse vitesse, on risque le décrochage (diminution brutale de la portance due au décollement des filets d'air de l'extrados). Pour l'éviter on doit par conséquent :

4.6.2 Hypersustentation
Le calcul d'aile est adapté à la vitesse de croisière.
Si l'incidence croît ( i > 18°), à basse vitesse, on risque le décrochage (diminution brutale de la portance due au décollement des filets d'air de l'extrados). Pour l'éviter on doit par conséquent :
• augmenter la Surface alaire à faible vitesse
• augmenter la Cambrure du profil
Il existe de nombreux dispositifs permettant de jouer sur ces deux paramètres : certains d'entre eux sont décrits ci-dessous.

4.6.3 Surface alaire
Il est possible d'augmenter la Surface alaire à faible vitesse à l'aide de volets.

La figure ci-dessous montre que la surface S d'une aile devient S + ΔS avec les volets sortis

f4.6.3-1

4.6.4 Cambrure et performances
Pour une vitesse donnée, le profil d'aile a une grande influence sur les performances d'un avion. Par exemple, un profil d'aile cambré est plus performant aux faibles vitesses.

Pour cambrer une aile, il suffit de cambrer la ligne de référence ou "squelette" ci-dessous.

f4.6.4-1

augmenter la Cambrure du profil avec :

- des volets d'intrados (sous l'aile) : on en trouvait sur les avions anciens.

f4.6.4-2

- des volets de courbure : on en trouve sur les avions récents.

f4.6.4-3

4.6.5 Volets hypersustentateurs
Des volets hypersustentateurs augmentent à la fois la surface alaire et la courbure.

Volets hypersustentateurs

f4.6.5-1

4.6.6 Becs de bord d'attaque
Les becs de bord d'attaque servent à plaquer les filets d'air sur l'extrados.
Le Rallye MS-880, par exemple, en est équipé.

Becs de bord d'attaque

f4.6.6-1


Combinaison Becs de bord d'attaque et Volets hypersustentateurs
Ici encore nous prenons l'exemple du Rallye MS-880.

Becs de bord d'attaque et Volets hypersustentateurs du Rallye MS-880

f4.6.6-2

f4.6.6-3


Du point de vue du pilotage, ce qu'il faut retenir, c'est que...

Plus on réduit les gaz,
• plus on augmente l'incidence,
• plus on sort les volets,
• plus on les courbe.


4.6.7 Perte de vitesse et chute en vrille
La perte de vitesse, qui se soldait souvent hélas par une chute en vrille, et par la mort certaine du pilote dans le crash de son avion, était la hantise des pilotes d'autrefois.

Henri Mignet rappelait que "piloter est une négation" :
• Ne pas se laisser ralentir,
• Ne pas virer sans accélérer,
• Ne pas croiser les commandes,
• Ne pas glisser quand on manœuvre.

Le manche a en effet deux actions, sur :

L’inclinaison verticale (on pique ou on lève du nez)
Quand on pousse le manche, l’avion descend et accélère,
Quand on tire sur le manche, l’avion monte et ralentit (on corrige alors en poussant la manette des gaz).

L’inclinaison latérale
Manche à droite, l’avion s’incline à droite, et normalement, on tend à virer à droite sous l’effet de la composante déviatrice de la portance vers la droite (voir votre cours de pilotage).

Le début de rotation
Mais pour certains avions anciens aux masses disséminées, ce qui prédominait, c’était l’effet pervers suivant :
Avec le manche à droite, l’avion tendait à virer à gauche (et vice versa pour manche à gauche) : on corrigeait alors à l’aide du gouvernail de direction.
Avec le manche à droite, en effet, l’aileron droit se lève et l’aileron gauche s’abaisse.

L’aileron gauche abaissé créait un point d’appui à gauche qui faisait virer l’appareil autour de ce point d’appui. L’aileron gauche baissé donnait une cambrure plus forte qui augmentait la portance, et freinait d’autant plus si l’aile d’avion était cambrée.

L’aileron droit levé donnait une cambrure plus faible qui diminuait la portance, et à faible vitesse avec un avion à ailes cambrées, un coup d’aileron provoquait un début de rotation (les masses disséminées, éloignées du centre de gravité, formant volant).


Avant la guerre de 1939-1945 la perte de vitesse, à l’origine de la chute en vrille, était la cause de nombreux accidents. Aujourd’hui, tous les avions certifiés sont testés sur leur comportement en sortie de vrille.

Mais dès cette époque, certains dispositifs permettaient déjà de limiter le danger de perte de vitesse :

1) Pour rendre la vrille moins probable ou moins grave, la solution consiste à grouper les masses lourdes et à donner aux gouvernes des surfaces surabondantes.

2) Le bord de fuite (arrière) de l’aile incurvé vers le haut de 3 ou 4°, ou mieux, un volet mobile au bord de fuite, s’opposait à toute perte de vitesse en redressant la queue en cas de piqué en arrière, et l’avion repartait aussitôt en avant en reprenant de la vitesse. En cas de piqué en avant, le bord de fuite incurvé ramenait l’avion à l’horizontale en abaissant la queue. (voir plus loin le principe de l’avion AEL5)

3) Les dispositifs hypersustentateurs tels que le bec à fente fixe, articulé ou commandé retardent la production des remous non sustentateurs quand on cabre l’avion. Mais ces becs à fente sont lourds, compliqués et constituent un frein. Malheureusement, lorsqu’on améliore la portance à faible vitesse on dégrade la finesse. Les avions fins nécessitent de longues courses pour l’envol ou l’atterrissage.

4) Une aile haute est plus sustentatrice qu’une aile basse car la surface extrados de l’aile haute est plus grande (les 2/3 de la portance proviennent de la succion sur l’extrados). Ainsi, les avions “ STOL ” (Short Take Off and Landing) sont des avions à ailes hautes. Mais une aile basse a tout de même l’avantage de faciliter l’envol en créant un matelas d’air entre le sol et l’aile.

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