Le principe des ailerons et des volets :
Le fonctionnement d'un aileron ou d'une gouverne est basé sur
une variation de portance du profil occasionnée par le
braquage de cet aileron ou de cette gouverne. Lorsqu'on baisse un
aileron ou une gouverne (braquage négatif), le coefficient de
portance (Cz) du profil est augmenté et lorsqu'on le
lève (braquage positif), le Cz est diminué.
Pour la profondeur, si on baisse le volet alors que
l'avion était en vol stable, il s'ensuit une augmentation de
portance DCz et donc un couple autour de
l'axe de tangage qui fait piquer l'avion (cf Fig.1).
Pour la direction, même principe.
Pour les ailerons : l'ailerons baissé produit
une augmentation de portance DCz alors que
l'aileron levé produit une diminution de portance D'Cz; il faut noter que pour un même angle
de braquage, D'Cz est inférieur
à DCz, c'est-à-dire que
l'aileron baissé est plus "efficace" vis-à-vis de la
variation de portance que l'aileron levé.
Donc, l'effet combiné de variation de portance et du bras de
levier jusqu'à l'axe de roulis (axe du fuselage) produit un
moment qui fait pivoter le planeur autour de cet axe de roulis (cf
Fig.2).
Remarque : le braquage d'un angle a d'un aileron sur un profil en
écoulement plan donne une variation du coefficient de portance
proportionnelle à a :
DCz = A.a
avec DCz = A1.a
pour un braquage négatif
et DCz' = A2.a pour un braquage positif
et, d'après les constatations inscrites
ci-dessus, A1 < A2
En fait, les essais en soufflerie ont permis d'établir que
la variation de la portance et donc du coefficient de portance, pour
un braquage d'aileron donné, est linéaire
jusqu'à 14° environ, et qu'à partir de 18°,
on observe une chute de portance.
On peut observer ces deux phénomènes sur la (Fig.3)
où apparaissent :
- des courbes théoriques (droites)
- des courbes expérimentales qui s'infléchissent
pour de forts braquages et qui montrent que la portance est plus
fortement modifiée lorsque l'aileron est baissé
(a < 0) que lorsqu'il est
levé (a > 0).
L'aile à incidences variables :
Une méthode pour incliner le planeur sur son axe de roulis
(qui reste sur le même principe d'augmenter la portance d'une
aile et de diminuer la portance de l'autre) est de réaliser un
système permettant de faire varier l'incidence sur chacune des
deux ailes. Pour virer à gauche, par exemple, on augmente la
portance de l'aile droite en diminuant la portance de l'aile gauche
en diminuant son incidence. Ce système est employé avec
succès sur de nombreux planeurs.
On peut voir sur la (Fig.4) les effets comparés d'une
variation d'incidence d'un aileron et d'une aile entière sur
le Cz.
La courbe montre DCz (variation du Cz) en
fonction de a.
Remarques : Ces courbes montrent la variation de portance induite
par un aileron ou un changement d'incidence de l'aile.
Mais cette variation de portance s'accompagne toujours d'une
variation de traînée d'autant plus grande que la
variation de portance est grande. Ceci explique par exemple le
phénomène du lacet inverse: l'aileron baisé
produit plus de traînée supplémentaire que
l'aileron levé (car plus de portance). Ce qui se traduit par
un déséquilibre sur l'axe de lacet qui tend à
faire tourner le planeur dans la direction inverse de celle obtenue
par l'action sur les ailerons. En cas de virage à gauche,
l'effet de traînée différentielle (lacet inverse)
fait pivoter le planeur vers la droite autour de l'axe de lacet.
L'inconvénient de l'aile à incidences variables est
que la variation de portance, donc la variation de
traînée s'effectue tout le long d e l'aile et en
particulier vers l'emplanture; à ce niveau de l'aile, la
variation de portance ne sert pas à grand chose puisque le
bras de levier jusqu'à l'axe de roulis est faible; par contre,
elle engendre une forte traînée tout à fait
néfaste à la finesse du planeur.
Par contre, cette aile étant lisse (pas d'aileron donc pas de
charnière, de guignol...), on diminue la traînée
pendant tout le reste du vol.
Un bilan global de la traînée d'une telle aile reste
à faire pour pouvoir la comparer à une aile classique
à ailerons !
