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Dispositifs hypersustentateurs

Phraséologie Anglaise

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Un avion doit pouvoir voler à une grande vitesse en croisière mais aussi à faible vitesse en phase d'atterrissage et de décollage.

Ces deux objectifs sont contradictoires car une aile, qui a un bon rendement pour une vitesse donnée, voit ses performances diminuées pour toute autre vitesse.

La relation L = CL. ½..V². S montre que la portance diminue avec la vitesse. Si l'on veut diminuer la vitesse en conservant la portance constante en vol horizontal, il faut augmenter l'angle d'attaque pour augmenter CL . Or on a vu qu'il existe un angle d'attaque critique correspondant à la valeur maximum de CL qui ne peut être dépassé sans provoquer le décrochage. Il existe donc une vitesse minimale de sustentation, vitesse de Stall (décrochage) qui, pour un poids donné G, vaut :

Si l'on veut conserver une portance suffisante à des vitesses inférieures à Vs on voit qu'il est nécessaire d'augmenter l'un des autres paramètres :

  • soit , la masse volumique de l'air, ce qui est impossible ;
  • soit S, la surface alaire (avion à géométrie variable) ;
  • soit CL, le coefficient de portance.

Il existe différents dispositifs, dits hypersustentateurs, qui permettent de compenser une diminution de vitesse, en augmentant CL. Nous n'en citerons ici que les principaux modèles utilisés sur les avions légers. On les classe en deux groupes en fonction de leur mode d'action :

  • les fentes dont l'effet est d'améliorer l'écoulement d'air sur l'extrados aux grands angles d'attaque pour retarder le décollement de la couche limite et par conséquent l'apparition du décrochage (fig.2.35) ;
  • les volets (flaps) dont l'effet est principalement d'augmenter la portance et la traînée par modification de la courbure du profil (fig.2.36) .

Fente de bord d'attaque

(Fig. 2.35)

Ce dispositif comporte un volet ou bec (SLAT) qui est, en fait, un bord d'attaque mobile pouvant s'étendre sur toute la longueur de l'aile (fig. 2.35 - A). La commande du SLAT peut être manuelle ou automatique, comme sur les avions Morane.

Il utilise l'effet de fente (SLOT) qui supprime les tourbillons d'extrados aux grands angles d'attaque, ce qui permet d'augmenter CL et de diminuer Vs .

Aux petits angles d'attaque, les filets d'air qui s'écoulent de part et d'autre du bord d'attaque maintiennent le slat fermé. L'aile et le slat forment un seul profil.

Lorsque l'angle d'attaque augmente et que l'écoulement d'air turbulent décroche de la partie arrière de l'aile, le diagramme des dépressions sur l'extrados est brusquement modifié ; la dépression devient très grande sur la partie avant de l'aile et, si son ouverture est automatique, le SLAT est aspiré vers l'avant.

La fente (SLOT) qui se crée ainsi forme un couloir de section décroissante qui accélère l'écoulement d'air (effet Venturi) qui redevient laminaire (fig. 2.35 B). La portance augmente mais l'angle d'attaque est très grand et la position du nez de l'avion est très haute.

La figure 2.35 C montre l'effet du slat sur le coefficient de portance et l'angle de décrochage qui augmentent sensiblement. Il en résulte que la vitesse de décrochage sera sensiblement réduite.

Les slats automatiques s'ouvrent toujours au même angle d'attaque donc, en vol rectiligne, à une même vitesse. Par ailleurs, dans les virages serrés, les slats s'ouvrent à des vitesses plus élevées qu'en vol rectiligne. Ceci apparaîtra plus clairement après l'étude du vol en virage. (Chap. 19).


Fig 2.35

Volets de courbure (FLAPS)

Il s'agit de volets dont le braquage entraîne une augmentation de la cambrure du profil et de l'angle d'attaque (Fig. 2.36).


Fig 2.36

On distingue (Fig.2.37) :

a) LE VOLET ORDINAIRE ou PLAIN FLAP constituant un bord de fuite mobile autour d'un axe fixe.

b) LE VOLET A FENTE ou SLOTTED FLAP, qui subit une rotation, en même temps qu'une translation. A l'augmentation de la cambrure s'ajoute ainsi un effet de fente qui retarde le décollement des filets d'air sur le volet.


Fig 2.37

Les diagrammes de la figure 2.38 schématisent les effets des flaps :

  • les volets ordinaires augmentent la portance et la traînée, pour un même angle d'attaque, mais l'angle d'attaque de décrochage diminue ;
  • les volets à fente augmentent la portance, la traînée et l'angle de décrochage ;
  • le braquage des flaps augmente à la fois la portance et la traînée. L'augmentation de la traînée est surtout sensible pour les grands angles de braquage. La polaire de l'aile est modifiée ; la sortie des flaps diminue la finesse maximum. La sortie et la rentrée des flaps modifient la position du centre de poussée et provoquent, selon le type d'avion, un couple cabreur ou piqueur.

Fig 2.38

Ces propriétés sont exploitées :

  • au décollage : avec 10 à 15° de flaps, la portance nécessaire pour équilibrer le poids de l'avion est atteinte à une vitesse plus faible qu'en configuration lisse. La vitesse de décollage et la distance de roulement sont ainsi légèrement réduites.
  • en approche : un braquage de 20 à 40° des flaps permet de réduire la vitesse tout en augmentant l'angle de descente.
  • à l'atterrissage : pour réduire la vitesse de décrochage et la distance de roulement, grâce à l'augmentation de la traînée.
  • dans les phases de vol lent : pour diminuer la vitesse de décrochage et réduire l'angle d'attaque, ce qui améliore la visibilité vers l'avant.

Volets d'intrados

(Fig. 2.39)

a) le "split-flap" est un volet placé à l'intrados, où il ne subit qu'une rotation et modifie la cambrure de l'aile ;

b) le "fowler-flap" est soumis à une rotation et une translation, créant une fente. L'augmentation de portance est due, dans ce cas, à l'effet de fente, à l'augmentation de cambrure et à l'augmentation de la surface alaire.


Fig 2.39