VOL MÉCANIQUE DU
La mécanique du vol est une application de la mécanique rationnelle à l'étude du mouvement des appareils, pilotés, autoguidés ou téléguidés n'ayant pas de contact avec le sol sur une partie de leur trajectoire.
Toute action d'un pilote humain ou automatique sur les gouvernes modifie, par suite du changement de géométrie du véhicule, les moments des forces aérodynamiques, ce qui provoque une rotation de l'appareil autour du centre de gravité. Ce changement d'attitude par rapport à la vitesse engendre alors une modification en grandeur et en direction des forces aérodynamiques et entraîne, par conséquent, des modifications de la vitesse et de la courbure de la trajectoire. Celle-ci peut être également modifiée par les forces de propulsion qui proviennent de l'action aérodynamique du fluide traversant le moteur (hélice, réacteur, fusée, par exemple).
L'étude de la mécanique du vol comprend habituellement deux parties :
– le calcul des performances, qui traite de la trajectoire du centre de gravité ;
– l'étude des qualités de vol, qui traite plus particulièrement du mouvement du véhicule autour du centre de gravité.
L'étude de la mécanique du vol d'un aéronef nécessite la connaissance de ses caractéristiques géométriques, massiques (position du centre de gravité, tenseur d'inertie), aérodynamiques (influence de la vitesse, du nombre de Mach, de l'incidence, du dérapage, de la position des gouvernes), propulsives (influence de la pression, de la température, de la vitesse, de l'humidité, entre autres). La difficulté de cette étude au niveau du projet provient du fait que toutes ces caractéristiques ne sont pas indépendantes ; par exemple, la masse et les dimensions d'un avion dépendent de la quantité de combustible à emporter, et celle-ci, pour une performance donnée, dépend, entre autres facteurs, de la masse au décollage et des dimensions de l'appareil.
Enfin, l'étude de la mécanique du vol des avions pilotés ne peut se faire sans tenir compte de la présence de l'homme dans la « boucle de pilotage » ; même en pilotage automatique, l'homme intervient en recueillant des informations sur la trajectoire et en agissant sur celle-ci par l'intermédiaire du pilote automatique. La mécanique du vol exige donc l'étude du comportement de l'homme vis-à-vis de la machine (ergonomie) pour permettre la mise au point d'appareils non seulement hautement performants, mais également faciles à piloter (souci de sécurité).
Née avec les premiers avions, la mécanique du vol s'est étendue depuis lors à tous les types de véhicules aérospatiaux, mais l'aéronautique en demeure le domaine le plus classique.
Bases de la mécanique du vol
Aspects théoriques
En mécanique du vol classique, l'avion est considéré comme un corps solide soumis à trois types de forces extérieures : la pesanteur, les forces aérodynamiques et les forces de propulsion. L'application à ce corps des deux théorèmes fondamentaux de la mécanique rationnelle (quantité de mouvement et moment cinétique) fournit le système des équations dynamiques qui régissent les variations du vecteur vitesse et du vecteur rotation, auxquelles on associe les équations cinématiques de la trajectoire et de l'attitude. Ces équations ne sont qu'exceptionnellement envisagées en totalité, car la plupart des mouvements s'accommodent d'une réduction importante du nombre des variables à considérer, qui est adaptée chaque fois au problème traité.
L'avion étant un système commandable, deux sortes de problèmes se présentent : ceux où les paramètres de commande sont des fonctions connues du temps ou des variables d'état, et ceux ou l'on recherche précisément ces fonctions en vue d'un résultat déterminé. Les premiers relèvent des techniques d'intégration et de calcul symbolique,[...]
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Écrit par
- Marcel BISMUT : directeur des études de synthèse à l'Office national d'étude et recherche aérospatiales (O.N.E.R.A.), Châtillon sous Bagneux
- Huu Thanh HUYNH : ingénieur civil de l'aéronautique, chef de division "Systèmes aéronautiques" à l'O.N.E.R.A. (Office national d'études et de recherches aérospatiales)
- Jean-Claude WANNER : Ingénieur Général de l'Armement.
Classification
Médias
Forces aérodynamiques
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Équilibrage longitudinal
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