DA

(une horreur furtive de seulement 10m d'envergure pour 30 Tonnes à vide avec un réacteur qui prend toute la place = un contrôle en Tanguage catastrophique... et la même Finesse qu'une enclume. Saurez-vous trouver la différence entre les 2 images ? (pas envie d'expliquer...)).

Quand on parle de performance pour un avion, le premier paramètre c'est la finesse.
une bonne finesse donne : une bonne capacité vitesse ascentionelle, une vitesse élevée, une consommation tres faible, une grande distance franchissable, la possibilité de parcourir une grande distance moteur éteint, permet d'alourdir l'avion (charge embarquée)...
un avion qui a une mauvaise finesse : a du mal à prendre de l'altitude, nécessite un moteur tres puissant, n'arrive pas à voler vite, consomme énormément, ne peut pas voler longtemps ou loin, se pose tres vite en cas de panne moteur, embarque peu de charge utile...

peu d'allongement, BA et BF en tres forte flèche, saumons à tres grande corde, Strakes, mauvais profil biconvexe épais, vrillage de l'aile.
même mauvaise géométrie pour la profondeur. bras de levier trop court, profondeur énorme, déportance de la profondeur qui contamine l'aile.
fuselage énorme, large, applati (porteur), avec des arrêtes anguleuses (pour la furtivité par exemple), des faces plates...

(SU-27, MIG-29, MIG-25, F-35, F-18, FC-1...).

fuselages larges et trainée induite :


Pour augmenter la portance, on veut augmenter l'incidence de l'aile,
seulement l'aile ext fixée sur le fuselage, elle ne pivote pas mécaniquement,
en fait, on augmente l'incidence de l'avion entier.


cela a une conséquence que les concepteurs ne prennent pas toujours en compte ;
le fuselage porte.

 
seulement ce n'est pas son rôle, on conçoit l'aile de manière à ce qu'elle assure la portance de l'avion en faisant un minimum de trainée, c'est son rôle.
 
 
le fuselage lui a une tres mauvaise finesse,
lorsqu'on augmente son incidence il génère beaucoup de trainée,
selon les avions ce problème est plus ou moins grave, il existe une variété considérable de forme de fuselages.
 
 
sur certains avions, notamment beaucoup d'avions de chasse, le fuselage est tres large et porte énormément, parfois même plus que l'aile !
(MIG-25, F-18, F-15, F-14, Mig-29, SU-27, FC-1...),
 
un des pires exemples est le F-14 Tomcat, on lui a mis un dispositif d'ailes à flèche variable dans l'espoir d'améliorer sa finesse en subsonique en ramenant les ailes droites,
mais seulement à l'extrémité. toute la partie centrale porte et produit une trainée considérable, ce qui fait que même avec ce dispositif, sa finesse est toujours mauvaise.
 
il ne faut absolument pas élargir le fuselage,
il faut au contraire lui donner une forme qui porte peu.
 
la solution idéale est celle qui a été choisie pour l'avion anglais BAE/BAC Lightning,
les 2 réacteurs sont l'un au dessus de l'autre.
 
 
les Strakes :
 

Les strakes, présents sur de nombreux avions de combat (voir FA-18 super-hornet, Ching-kuo, Aermacchi M-346 YAK-130, L-15, Chengdu FC-1 JF-17…), on été conçu dans le but d'améliorer la stabilité en roulis,
 plus précisément de diminuer le roulis induit lors des dérapages en lacet.
 chaque strake produit un vortex au dessus de l'aile, lors d'un dérapage en lacet, le vortex sur l'aile reculée augmente, et le vortex sur l'aile avancée diminue, ce qui atténue le moment induit en roulis, et donc évite le "roulis hollandais" ("dutch roll").
 de ce point de vue là on obtient un effet bénéfique, bien que faible.
 
 mais, le fait de rajouter des strakes sur un de ces avions de combat, divise la finesse facilement pas 2 ou 3 ce qui devrait être considéré comme inacceptable.


pour se faire une idée voici ses caractéristiques :
 - c'est un élément porteur qui a parfois un calage avec un angle positif par rapport à l'aile
(F-18 et FC-1 JF-17 par exemple).
 - l'angle de flèche de son BA est considérable (voir SU-27).
 - son allongement est extremement court (voir F-18).
 - son profil est différencié de celui de l'aile, alors que ces 2 éléments sont joints, donc le profil à l'emplanture est un arrangement entre les 2.
 - il est placé devant, collé au BA de l'aile, ce qui fait qu'il détruit l'écoulement au dessus de la partie centrale de l'aile.
 

L'élément qui doit assurer la portance est l'aile, et uniquement l'aile !
 on conçoit la géométrie de l'aile avec rigueur, afin d'obtenir une bonne finesse.
 
un autre élément qui porte, comme le fuselage ou les strakes, a forcément une mauvaise finesse, leurs caractéristiques géométriques sont contraires à celles qui donnent une bonne finesse à l'aile.
 
 
 
 sur certains avions comme le Mirage-2000 il a été choisi une solution qui génère les vortex de la même manière sans les désagréments du strake, ce sont de petits générateurs de vortex séparés en avant de l'aile.
 
 
 
Observez le F-5 Tiger, puis la nouvelle version de cet avion rebaptisé T-38 Talon,
le T-38 est plus performant que l'ancien F-5. Quelle est la différence ?

...on a enlevé les Strakes.

L'instabilité en tanguage (et par là aussi la difficulté de gestion de l'incidence), est due avant tout au mauvais choix de l'aile,
ensuite à un bras de levier arrière trop court (longueur queue).

voici une aile-volante : BA sans flèche, BF en flèche inverse, profondeurs à l'arrière de l'aile.
un truc comme ça est quasiment impossible à faire voler, surtout motorisé et lourd.

le pire exemple que je connaisse du truc le plus improbable à faire voler est un drone américain : l'aile-volante Dark-star.

La stabilité sur l'axe du Lacet est la plus simple à comprendre,
il n'y a que le principe Girouette.
ce qui est devant le CG _déstabilise, et ce qui est derrière le CG déstabilise. et plus c'est éloigné devant ou derrière (bras de levier) plus c'est efficace (pour déstabiliser ou stabiliser).

un mauvais avion qui a une stabilité girouette pas terrible, pourra toujours voler correctement à un fort nombre de reynolds (grande vitesse, basse altitude).
la règle du Reynolds critique nous dit que les cordes décrochent des plus petites en premier aux plus grandes en dernier.
le fuselage est un élément aérodynamique à prendre en compte. et c'est toujours cet élément qui a de loin la corde la plus grande.
par conséquent on peut dire qu'il ne décroche jamais.

il faut se méfier des stabilisateurs verticaux trop petits (corde trop mince),
et des fuselages courts derrière et longs devant.

le phénomène du Noze-Slice (dérappages, oscillation, mouvements de rotation en Lacet de droite à gauche) apparait et s'aggrave, au fur et à mesure que la vitesse diminue.
l'amplitude (angle de dérappage) augmente...
lorsque le stabilisateur vertical a complètement décroché, l'alternance des dérappages droite/gauche cesse, l'avion part complètement en tête à queue, puis en vrille à plat.

l'aile à l'interieur restant décrochée et pas l'autre, cette vrille s'entretient d'elle même.
sortir de cette vrille à plat est possible, mais parfois difficile et prend du temps (donc de l'altitude).
il faut mettre plein gaz, piquer, contrer à la dérive, et braquer les ailerons dans le même sens de rotation de la vrille, afin de l'aligner pour obtenir une vrille simple (tonneau). puis commandes au neutre.

voici un exemple, de caractéristiques géométriques favorisant le Noze-Slice :
aile tres en arrière à cause des moteurs à l'arrière, queue courte derrière et fuselage long devant,
petit stabilisateur vertical maigre.
ailes en flèche inverse.
ailes en dièdre négatif.
profondeur avec grande corde (efficace tardivement).

Déclenché :

Le déclenché est un phénomène brutal, provoqué par le décrochage aérodynamique des filets d'air d'extrados de l'aile, de façon instable et disymétrique.
la disymétrie de ce décrochage est due au Noze-Slice.
une avion qui déclenche est donc avant tout un avion qui a du Noze-Slice.
réglez ce problème d'abord. il est fort probable que ça le fasse disparaitre.

ce phénomène est particulièrement présent sur les modèles sans flèche au BA de l'aile.

il se produit soit à faible vitesse (décrochage du à un faible reynolds), soit à tres forte incidence (décollement des filets d'air). (pire si c'est les 2).

en noze slice les oscillations en lacet font alternativement avancer puis reculer les ailes, il y a donc une aile qui prend de la vitesse et une aile qui en perd, l'aile qui recule décroche, et pas l'autre.

de plus, plus on se rapproche du sol plus il y a de turbulences.

penser aussi à l'oubli de différentiel aux ailerons !

ce phénomène a tué pas mal de gens. il concerne particulièrement les planeurs, L-39 Albatros... vous pouvez voir sur internet pas mal de vidéos de déclenchés, de crashs...

Le Deep-Stall-rear, est un phénomène qui démontre une particulièrement mauvaise conception de l'avion. c'est assez rare.
il concerne principalement les avions ayant une forte flèche au BF.
l'aile décroche progressivement, d'abord de l'arrière, puis vers l'avant.
le CP se déplace, il avance considérablement, et passe devant le CG.
ce mouvement de "Cobra involontaire" est brutal.
il n'y a aucun signe préventif !
ça surprend.

voici les caractéristiques géométriques favorisant le Deep-Stall-rear :
forte flèche au BF,
grand effilement, saumons minuscules.
BA en double flèche (la partie avant ne décroche pas).

( en image le pire exemple que j'ai trouvé : le Cesna Citation X )

Le Dutch-roll est un phénomène peu connu en aviation grandeur, mais qui s'observe fréquemment en RC.
c'est un mouvement induit en roulis, provoqué par des dérappages en lacet.
ici aussi, le coupable principal est le Noze-Slice.
puis une mauvaise géométrie de l'avion.

géométries favorisant le Dutch-roll (en dehors de ce qui concerne le Noze-Slice) :
dièdre positif à l'aile.
aile avec tres faible allongement.
aile haute, avec grande corde (interraction avec le fuselage).
stabilisateur vertical tres haut.
empennage en V.
empennage en T.
ou pire en Y.
centre de gravité bas.
 

Il est préférable de toujours faire l'aile parfaitement à plat, sans aucun dièdre. 

Les effets du dièdre concernent 2 axes ; le lacet (z) et le roulis (x). il faut prendre en considération les 2.
les effets du dièdre se manifestent en cas de décallage angulaire en lacet (z) relatif entre le trièdre avion et le trièdre air.
(rotation en z).
on peut considérer l'avion pivotant en prennant l'air comme repère fixe, ou considérer l'air pivotant en prenant l'avion comme repère fixe.
c'est à dire : soit l'air est stable, et c'est l'avion qui a un défaut de stabilité le faisant pivoter en lacet (Noze Slice) ; soit l'avion est stable, et c'est l'air qui est instable changeant de direction en lacet (turbulence).

(je pense que pour mieux visualiser il vaut mieux considérer l'avion en dérappage et considérer l'air comme repère stable).
donc, on a une aile qui avance et l'autre qui recule.

Pour bien visualiser les conséquences il faut s'immaginer un dièdre positif tres fort ;
l'incidence (par rapport à l'air) de l'aile qui avance va augmenter, et l'incidence de l'aile qui recule va diminuer (voir même devenir négative).

(afin de visualiser le déséquilibre engendré, on se représente les résultantes des 2 ailes séparément).
la résultante de l'aile qui avance augmente, et la résultante de l'aile qui recule diminue.

Pour comprendre les 2 effets : en lacet (z) et en roulis (x) ; on décompose les 2 résultantes sur ces 2 axes, c'est à dire : en portance (Cz) et trainée (Cx).

- Conséquence du déséquilibre des trainées des 2 ailes (Cx) en lacet :
la trainée de l'aile qui a avancée est plus forte, et la trainée de l'aile qui a reculée est plus faible.
cela crée donc un effet identique à l'effet flêche, stabilisant ainsi activement le lacet.
ce qui est une bonne chose, mais n'oublions pas que ce n'est pas le rôle de l'aile et qu'il y a le stabilisateur vertical pour ça (avec l'effet girouette).
(donc effet bénéfique mais innutile).

- Conséquence du déséquilibre des portances des 2 ailes (Cz) en roulis :
la portance de l'aile qui a avancée est plus forte, et la portance de l'aile qui a reculée est plus faible.
cela crée donc un moment en roulis, qui va imprimer à l'avion un mouvement de rotation en roulis (involontaire et non souhaitable).
l'avion va s'incliner violemment (plus ou moins fort selon l'importance du déséquilibre, le moment inertiel spécifique à l'avion, et les phénomènes de frottements... s'opposant à ce mouvement de rotation).
on peut ainsi se retrouver incliné à 45°, ou sur la tranche, voir plus...

"Dutch Roll" :

Le "Dutch Roll" est une séquence de mouvements d'instabilités combinés en lacet (z) et en roulis (x), qui se répète en une oscillation synchronisée sur ces 2 axes (phénomène involontaire et non souhaitable).

Le début de la séquence est la situation expliquée précédemment,
donc on se retrouve incliné en roulis à 45°,

(évidemment on considère toujours que le pilote n'intervient pas, aucun braquage de gouverne),

Suite à cette nouvelle position ; l'avion ne va pas maintenir son altitude,
la force de gravité (poids) appliquée à l'avion, étant toujours allignée avec l'axe z du trièdre sol (vers le centre de la terre),
le poids n'est plus alligné avec l'axe Z de l'avion (opposé à la portance, qui elle est toujours dans l'axe Z de l'avion).

nous obtenons donc une composante du poids, en Y (trièdre avion),
cette force sur Y, n'est pas compensée (à moins que le pilote intervienne, et braque la dérive pour donner une incidence au fuselage et donc créant une force sur Y, compensant cette composante du poids. se retrouvant dans une position appellée : "passage à l'anglaise").

Cette force non-compensée donc ; va engendrer une accélération en Y (trièdre avion). c'est à dire que l'avion va glisser latéralement (suivant son axe Y).

l'avion obtient donc une composante de vitesse en Y ;
cette vitesse, change la direction du vent relatif.
ainsi on se retrouve à nouveau dans la situation en lacet expliquée précédemment, mais dans l'autre sens.

l'aile qui est en bas a plus d'incidence, et l'aile qui est en haut en a moins, provoquant un déséquilibre des portances des 2 ailes,
créant un moment qui va imprimer à l'avion un mouvement de rotation en roulis (x) dans l'autre sens du premier... le redressant.

L'avion se retrouve donc à plat.

si ce n'était que ça, ce ne serait pas bien grave.
un seul évènement momentané, l'avion rétablissant son instabilité lui-même.

Seulement il faut considérer la valeur de l'énergie cinétique engendrée en rotation en roulis (x).
en fait, l'avion ne va pas s'arrêter à plat, son inertie en rotation lui faisant continuer son mouvement... pour pencher de l'autre côté.
et idem de l'autre côté, ainsi-dessuite...

cette séquence va se reproduire, c'est une oscillation. l'avion se balançant en roulis comme une balançoire, ou gitant comme un bateau.

L'amplitude du mouvement de balancement, est proportionnelle à l'amplitude des successifs déséquilibres des forces.

ce qui signifie que :
plus le défaut de stabilité en lacet (Noze Slice) est important,
ou plus les turbulences sont fortes,
ou pllus la vitesse de l'avion est élevée...
et plus l'avion va pencher de chaque côté.

pour les avions volants tres vite (jets), il est intéressant de noter :
qu'à partir du moment où un de ces mouvements, atteint la verticale, c'est à dire que l'avion arrive sur la tranche...
et bien, l'avion ne va pas revenir en sens inverse.
en fait le défaut va rester bloqué du même côté.
l'avion va tourner en roulis en permanence. c'est à dire qu'il sera en vrille.

pour sortir de cette vrille il faut que le pilote réduise la vitesse (vite couper les gaz).

(de plus ; avec l'effet gyroscopique dù à l'importante vitesse de rotation, cette vrille peut s'applatir, il en sera encore plus difficile d'en sortir).

Aussi ; à l'opposé, lorsque l'on vole trop lentement, à cause d'un décrochage progressif des ailes (ayant de l'effilement) ;
ce phénomène s'accentue aussi, quand l'avion est sur le point de décrocher (c'est un tres bon indicateur du décrochage, remettez vite les gaz).

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Maintenant le Dièdre Négatif :

Repronons à l'identique la situation du début ; mais cette fois ci les ailes ayant un fort dièdre négatif.

donc ; on a une aile qui avance et l'autre qui recule.

L'incidence (par rapport à l'air) de l'aile qui recule cette fois ci va augmenter, et l'incidence de l'aile qui avance va diminuer, voir même devenir négative.

la résultante de l'aile qui recule augmente, et la résultante de l'aile qui avance diminue.

On décompose les 2 résultantes sur les 2 axes Z et X, en portance (Cz) et trainée (Cx) ;

- Conséquence du déséquilibre des trainées des 2 ailes (Cx) en lacet :
la trainée de l'aile qui a reculée est plus forte, et la trainée de l'aile qui a avancée est plus faible.

par conséquent, cela crée cette fois ci, un effet d'instabilité, qui tend à aggraver le déséquilibre (l'aile qui a reculée veut reculer encore plus), c'est à dire du Noze Slice.
mettre un dièdre négatif important à l'aile peut donc s'avérer être une mauvaise chose.

- Conséquence du déséquilibre des portances des 2 ailes (Cz) en roulis :

la portance de l'aile qui a reculée est plus forte, et la portance de l'aile qui a avancée est plus faible.
cela crée donc un moment en roulis, qui va tendre à imprimer à l'avion un mouvement de rotation en roulis.
l'avion peut donc s'incliner.

Or, sur la plupart des avions il ne se passe rien en roulis ;
c'est dù au fait que d'autres caractéristiques géométriques de l'avion créent en cas de dérappage en lacet (z) un moment inverse, qui s'y oppose donc l'annule.
(il peut y avoir au moins 4 origines différentes à ce moment opposé...).

(concernant le choix d'un dièdre à l'empennage horizontal, ça a pour moi encore moins d'intérêt que le dièdre de l'aile. dans les 2 cas je n'en met pas).

Inertie en tanguage :

Un problème d'inertie (en rotation) peut être rencontré plus particulièrement en grandeur, rarement en RC, à cause de la différence de charge alaire (disproportionelle).

le pilote ne contrôle pas directement le tanguage avec la profondeur, mais il imprime un mouvement de rotation qui reste... et met du temps à se stopper.
souvent, le pilote réagit, mal, c'est à dire en compensant fortement et longuement. ça a pour effet d'aggraver considérablement le problème, c'est le "Marsouinage".

on le rencontre particulièrement sur des avions ayant un court bras de levier arrière, et ayant des masses éloignées devant et derrière (réacteur qui dépasse beaucoup derrière).

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Inertie en roulis :

Même chose mais cette fois-ci aux ailerons.
le pilote engage un virage, remet le manche au neutre, et croit que son avion va s'arrêter de tourner. il n'en n'est rien, l'avion continue de pivoter et se retrouve sur la tranche, voir pire...

on rencontre ce phénomène sur des avions ayants des réservoirs en bouts d'ailes, ou les multimoteurs (écartés sur les ailes).
oubien tout simplement sur des avions militaires lorsqu'ils sont chargés de missiles et de bombes sous les ailes.

ce piège a tué pas mal aussi. notament beaucoup de pilotes de F-104 Starfighter.

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plus précisément :