Comment vole un planeur?

La mécanique ludique



Comment aborder la mécanique d'une manière ludique? C'est simple, je vous propose en haut de l'article quelques notions, pour comprendre l'essentiel de la mécanique du vol à voile, du moins quelques principes. Plus loins vous verrrez des notions de plus en plus approfondi, qui permettent à ceux qui veulent apprendre plus, de se retrouver. Ceci dit, cet article est loin d'être exaustive, mais dans un esprit d'allier le ludique et le plaisir avec l'information, je me dis que celui qui souhaite aller encore plus loin trouvera les sites appropriés pour apprendre toujours plus... ici c'est la découverte!!!
 Bonne lecture et visualisation 

 trouvé sur le site de Tourraine planeur
http://www.glidezar.com

Le planeur vole d'une part parce que les ailes sont construit de manière aérodynamique.
D'autr e part un  planeur peut rester en air parce qu'il trouve des ascendances dans le ciel.

 








Le planeur est tiré par un avion en air, c'est à dire il est remorqué et puis le pilote largue le cable pour essayer  de rester en air par ses propres moyens. Comment est-ce possible?









 Le principe est simple: le soleil chauffe le sol, les champs clairs permettent un échauffement plus rapide qu'au dessus des forêts. 

 






L'air qui se trouve au dessus des champs a tendance  à monter dans le ciel, comme l'eau lorsqu'elle commence à bouillir au dessus du feu.




vidéo
link



L'air monte, puis se refroidi  (1°C par 100m), mais cette air montante reste toujours plus chaude que la masse d'air dans l'ensemble.

Lorsque la bulle montante devient de plus en plus froide, l'humidité se condense en  gouttelettes d'eaux et il se forment des nuages,
les cumulus se forment dans le ciel.  Ils matérialisent les ascendances.

Au dessus des forêts il est plus rare que les  bulles d'airs montent, parce que la forêt ne s'échauffe pas si vite.

L'air est donc froid et lorsque nous traversons la campagne avec nos planeurs, nous traversons  des mouvements ascendants et des mouvements descendants, les "pompes", qui nous permettent de gagner de l'altitude et des "degueulantes", lorsque nous traversons des zones descendantes.


L'altitude gagné nous donne de l'autonomie, comme si les ascendances représentaient les stations d'essences et l'altitude gagné l'essence pour l'autonomie..

 A 1000m par exemple un planeur peut parcourir 40km en air  calme.

Pour pouvoir parcourir des distances, le planeur monte et descend selon qu'il rencontre les masses d'aires et selon sa décision de s'arrêter à une station d'essence, c'est à dire dans une ascendance sous un cumulus, pour spiraler et de regagner de l'altitude, cad l'autonomie.

Le principe

Si nous décidons d'aller de Colmar à Strasbourg, il nous faut au moins une à deux fois prendre des ascendances pour pouvoir joindre le but. Un planeur a une trajectoire descendante, par principe, il est lourd et l'aérodynamique  ne peut pas tout compenser. Le problème de l'aérodynamique va être abordé plus tard.

Le vol dans les pompes
 Il faut donc, pour pouvoir se déplacer, remonter dans une pompe. Comment cela se fait? C'est simple, on met le planeur en spirale dans une ascendance et le planeur  monte  comme dans  un ascenseur, qui n'est pas tant l'ascenseur que ça: ça bouge,  comme vous avez pu voir dans les vidéos!!!!  Les aspects techniques sur le comment on peut changer la trajectoire va être expliqué plus tard dans l'article.


link  Explication pour comprendre la formation de nuage

      LES PLANEURS  

 Les planeurs modernes sont des engins sportifs les plus aérodynamiques du monde, issus des progrès technologiques et scientifiques les plus développés.

Biplaces ou monoplaces, ils sont entièrement profilés en matière plastique, fibre de verre ou de carbone et résine époxy. Le très haut degré de finition des surfaces, dont dépendent leurs performances en vol, fait l'objet d'un entretien méticuleux.

On distingue trois parties essentielles:

a) la voilure: de 15 à 30 mètres d'envergure, elle est constituée de deux ailes (des "plumes" en langage courant) qui portent le planeur.

b) le fuselage: partie centrale cylindro-conique de 6 à 8 mètres de longueur recevant à l'avant la cabine de pilotage et le train d'atterrissage.

c) les empennages: vertical et horizontal ils portent les gouvernes de direction et de profondeur.

Le poids à vide varie de 250 kgs (monoplace) à 450 kgs (biplace).

Un calculateur de vol

Autrement dit: 


LA PRATIQUE DU VOL A VOILE

altitude, ce qui revient au même— peut être considérée comme son carburant.

Un pilote débutant "fait le plein" tous les 7 à 8 km, si les conditions le permettent. Un pilote confirmé, qui exploite mieux les performances du planeur, peut espacer les reprises d'altitude jusqu'à 25 à 50 km.
 Il se contente, lorsqu'il traverse une ascendance mais estime avoir encore assez d'énergie pour poursuivre sa route, de réduire sa vitesse pour profiter au mieux de l'ascendance, sans pour autant s'arrêter et décrire des cercles sur place.

Les masses d'air ascendantes les plus connues sont :

• Thermiques
  courants ascendant ou thermiques qui sont le résultat des différences de température de l'air ;
  
   
  
  
  
  
  
  
  
  
  Le vol à voile, c'est la recherche sportive des masses d'air ascendantes. Le sport consiste à prendre et à reprendre de l'altitude par ses propres moyens dans le but d'accomplir des circuits. Ces prises d'altitude se font à l'aide des masses d'air ascendantes qui sont de trois sortes. Les ascendances thermiques : les masses d'air chauffées par conduction près du sol s'élèvent dans l'air plus froid et forment des colonnes dont le sommet est quelquefois matérialisé par un nuage appelé cumulus que les pilotes utilisent pour les repérer. 
  
  
  
  
• La pente
  
  
  
  
  
  
  
  
  

  
  Gliders on the ridge (Grand Prix Chile 2010)

  
  
  
  les ascendances dues à l'effet de pente lorsque le vent frappe les contreforts d'un relief le forçant à passer par-dessus, le gain d'altitude dépasse rarement 700 m au-dessus du sommet des reliefs ; ces ascendances sont appelées ascendances dynamiques

• 
  
  
  
    
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  L' ONDE
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  les ascendances du vol d'onde dépendant des reliefs et de la météo et qui permettent des gains d'altitude très importants autorisant ainsi les records d'altitude à plus de 13 000 m ;
  
  L'exploitation des effets du vent sur le relief —effet de pente, onde ou gradient de vent— est désignée sous le terme générique de vol orographique.
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
   Voler en onde veut dire qu'il y a deux parties du vol. Dans les basses couches, il y a des  turbulence très fortes, due aux frottements du vent au relief, mais dans les couches d'airs hautes, on peut rencontrer un "calme plat", une masse d'air totalement stable, qui permet de monter à côté des nuages, de les surmonter et de voir si loin, aussi loin qu'on peut. D'ailleurs bon nombre de films que vous pouvez visionner ici montrent les planeurs au dessus des nuages.
  
  
  
  Ces sensations sont unique, puisque nous pouvons observer dans les nuages le jeux des lumières, tout en se sentant porter toujours plus haut. Le seul ennuie est l'oxygen qui vient à manquer, notre corps nous le rappelle sans cesse, et la circulation aérienne,  puisqu'on vole haut, il  y a aussi d'autres utilisateurs de l'espace aériens: les avions de ligne. Là on rentre dans le domaine de la reglementation qu'on va aborder plus tard....
   (ce n'est pas une partie de plaisir....  ;-(  )
  
  
  
  Aéromécavol:
  
  
  Mais plus précisement: Comment vole un planeur ?
  
  
  Le planeur est plus lourd que l'air. Pour qu'il vole, il faut   faire apparaître une force qui s'oppose à son propre     poids. Cette force est une résultante de la résistance de l'air qui se développe sur les surfaces portantes lorsque le planeur adopte une trajectoire descendante appropriée
  
  

Imaginez une bille posée sur une planche. Inclinez la planche et la bille, par son poids, roule. Pour un planeur, le principe est le même; il lui faut un certain angle à piquer. Par définition, il descend constamment (de l'ordre de 0,45 à 0,9 mètre par seconde).

 

Le principe du vol plané se caractérise par une trajectoire descendante par rapport à l'air environnant. Lorsque la masse d'air est stable ou descendante, le planeur descend par rapport au sol. Le planeur est en descente permanente. Ainsi, la résultante aérodynamique (trainée + portance) équilibre le poids du planeur. 

Les contraintes qui s'exercent occasionnent ce que l'on appelle la "force aérodynamique" qui entraîne l'aile vers le haut.

Examinons les quelques croquis suivants
www.futura-sciences.com/.../617/rapace_024a.jpg






Voici une animation trouvé sur un site de parapente
http://www.experience-parapente.com/cadre.php?contenu=http://www.experience-parapente.com/recits/recit.php?id=1

C'est donc le  profil de l'aile qui entre en action et sa forme est très importante.

Profil d'une aile d'avion ou d'oiseau !


Il provoque dans l'air une dépression dessus et une surpression dessous.

  c'est quoi une dépression et une surpression?

... C'est pas compliqué! l'air, en contournant le profil va se séparer en deux zones, dessous et dessus. Cela n'aurait pas d'effet si la direction de l'air était dans l'axe du profil.

Mais comme l'air contourne le profil en venant légèrement du bas c-a-d avec une certaine incidence, les particules d'air passant au dessus vont devoir accélérer pour rejoindre les particules d'air passant dessous qui, elles, ralentiront!

• Les particules d'air dessus accélèrent, se dilatent et provoquent une
  diminution de la pression ou "DEpression".
• inversement, les particules d'air dessous ralentissent, se compriment et provoquent une augmentation de la pression ou "SURpression".

La dépression "aspire" l'aile vers le haut
La surpression "pousse" l'aile vers le haut!
Environ 2/3 de dépression pour 1/3 de surpression, c'est donc les particules d'air qui passent au dessus qui, en grande partie, portent la voile!

Ce sont ces deux réactions aérodynamiques qui constituent la portance, autrement dit, la portance est un facteur important pour qu'une voile puisse planer!

Mais ça n'est pas tout, la portance représente une force. A celle-ci s'additionne une autre force : la traînée orientée dans le sens de l'air et opposée à la trajectoire.

La somme vectorielle de la portance et de la traînée nous donne la Résultante des Forces Aérodynamiques que l'on applique à un point (le Centre de Poussée) sur le profil.

Donc :

Portance (P) + Traînée (T) = Résultante des Forces Aérodynamiques (RFA)

Cela ne permet pas à la voile de monter mais de descendre le moins vite possible. C'est ce qu'on appelle la finesse.

La finesse est le rapport de la distance horizontale parcourue sur l'altitude perdue.

Autrement dit:


Le profil de l'aile a une forme particulière: l'avant est nommé "le bord d'attaque" et l'arrière le "bord de fuite". Passer d'un bout à l'autre en ligne droite, c'est ce que fait globalement le flux qui circule sous l'aile. Mais impossible de faire un trajet aussi direct par le dessus de l'aile: L'air doit contourner l'extrados… et un détour c'est plus long ! D'autant qu'il faudra absolument essayer de rattraper le retard, lequel crée donc une différence de vitesse entre les deux flux.

Cette différence d'itinéraire et de temps bouscule les flux d'air. Celui d'en haut tente donc de combler naturellement le retard se créant par rapport à celui du dessous pour arriver en même temps au bord de fuite. Le résultat est une accélération du flux supérieur dès qu'il est engagé dans ce processus "d'inégalité". Et, point essentiel, cette accélération fonctionne comme aspirateur pour le nouveau flux d'air qui arrive au bord d'attaque sur l'extrados. Ce perpétuel jeu "anti-vide" produit la "force aérodynamique". L'aile est bien contrainte à aller vers le haut, et, qui plus est, légèrement vers l'avant.


Voici les forces en présence :

Forces exercées sur l'aile

Forces provoquant une poussée

• En atteignant l'intrados, l'air se bouscule, se presse sous l'aile, et il en résulte une compression bien au-delà du profil.
• En atteignant l'extrados, l'air ne peut continuer son chemin tout droit car sinon il y aurait le vide derrière l'aile.

Comme nous l'avons déjà dit, les filets viennent donc se coller au profil, et cette courbe a un effet de succion sur l'aile par la dépression qu'elle engendre. Passé le profil, la dépression continue puisqu'il faut que les filets s'écoulent en réagissant à l'effet de compression de l'intrados. Les deux effets s'additionnent (pression sous l'aile et succion sur l'aile), mais l'effet "aspirateur" de la dépression est bien plus puissant.


















C'est donc essentiellement de sa convexité qu'une aile tire ses performances. Tout cela fonctionne très bien tant que les filets d'air restent "collés" sur l'aile, au plus près de l'avant. Mais une basse vitesse ou une mauvaise orientation de l'aile provoquent des décollements, puis des tourbillons néfastes.


En aviation, on appelle cela "décrocher": les filets de l'extrados se décollent et l'aile n'est plus aspirée… c'est la descente.

Ascendants et vol plané

Pour les oiseaux il y a une différence:

Plus une aile est large, plus elle génère de gros tourbillons. Et il s'en produit de tout les cotés de l'aile. Certains, ceux générés par l'arrière, sont turbulents dans le mauvais sens et risquent de freiner l'oiseau. Pour contrer le phénomène, les grands planeurs qui étalent de larges ailes ont un bord de fuite où les plumes s'écartent. Le bord paraît ainsi dentelé. Cela n'annule pas le phénomène, mais transforme les grands tourbillons en petits.

Digitation des rémiges et petits tourbillons

Les grands oiseaux planeurs ont des rémiges digitées. Au bout de chacune un tourbillon spiralé se forme et revient vers l'aile en formant un rond. La succession de ces ronds forme un tunnel qui se rétrécit vers l'arrière et dans lequel l'air s'engouffre en étant accéléré. L'oiseau en retire un effet propulseur avec une consommation d'énergie nulle.

Pour réaliser une mise en virage, on commence par "incliner" le planeur grâce aux ailerons. L’aileron de l’aile intérieure au virage se lève, diminuant la portance de cette aile, tandis que l’aileron de l’aile extérieure se baisse, augmentant le creux du profil et sa pôrtance. La résultante aérodynamique s’incline alors vers l’intérieur du virage et sa somme avec le poids constituer ce qu’on appelle une force centripète (dirigée vers l’intérieur du virage) qui provoque un changement de trajectoire du planeur dans le plan horizontal. Une fois l’inclinaison désirée obtenue, on relâche les ailerons.


Cette mise en virage provoque :

  Une force centrifuge due à l’inertie 
  Du lacet inverse 
  Du roulis induit

LE MOUVEMENT DE TANGAGE

 

Axe de tangage

Le tangage résulte du mouvement de rotation autour de l’axe transversal d’un aérodyne. Il est provoqué par une poussée ou une traction sur le manche.

Le planeur en virage est soumis à une force supplémentaire due à l’inertie ; c’est une force centrifuge (dirigée vers l’extérieur du virage) et que l’on compose avec le poids propre pour former le poids apparent plus grand que le poids propre et que doit équilibrer la résultante aérodynamique. Pour équilibrer cette force il faut augmenter la résultante aérodynamique et augmentant l’angle d’incidence en tirant sur le manche pour diminuer l’angle de plané.

LE MOUVEMENT DE LACET

Le lacet est le mouvement de rotation horizontal d’un aérodyne autour d’un axe vertical, ce mouvement est commandé par l’action sur les palonniers.


Lacet inverse :
Il apparait dès la mise en virage provoquée par l’inclinaison, le phénomène de lacet inverse se produit, l’aileron baissé (aile extérieure au virage) provoque plus de traînée que l’aileron levé (aile intérieure au virage), le planeur a tendance à pivoter vers l’extérieur du virage. On doit rétablir le planeur en vol "symétrique" par l’action sur la dérive par l’intermédiaire des palonniers dans le sens du virage. Cette action est appelée la conjugaison.

Le roulis induit : pendant le virage, l’aile extérieure a une vitesse par rapport à l’air plus importante que l’aile intérieure ; elle est ainsi soumise à une portance supérieure à celle de l’aile intérieure, ce qui a pour effet d’augmenter l’inclinaison ; pour contrer cet effet, il faut agir sur les ailerons dans le sens contraire au virage. Pendant le virage, après l’inclinaison acquise grâce aux ailerons, on doit corriger simultanément les effets de l’inertie, du lacet inverse et du roulis induit pour garantir un virage symétrique à vitesse constante.

Si le vol à voile vous tente après tous ces explications,   vous pouvez joindre le club du CICVVA Colmar les week-ends, pour voir le site officiel du club regardez dans la colonne des liens, mais voici le numéro de téléphone du club:

03.89.41.95.03

pour trouver le chemin, cliquez sur

 Aérodrome Colmar Houssen