Conseils FreeFlight : stabilité du tangage

Normalement, ce site fonctionne sous un format de questions-réponses… mais il y a un sujet qui revient sans cesse et j'aimerais en parler un peu pour ceux qui souhaitent mieux le comprendre (il y a beaucoup de mythes et de désinformation).

Ce sujet est revenu sur le tapis deux fois récemment pour moi - d'abord lors d'une discussion sur notre liste de discussion de pilotes locaux à propos des inefficacités des ailes volantes, et maintenant lors des Championnats du monde de deltaplane de la FAI, où un pilote a fait une chute et a dû déployer sa réserve.

Parlons donc de la stabilité en tangage, et je vais essayer de rester simple et léger. En aérodynamique, la stabilité est la résistance d'une aile aux changements d'attitude, ou la force avec laquelle elle essaie de revenir à un état stable. Les deltaplanes sont généralement très stables en tangage - ils veulent trouver le « trim » et y rester. En tirant vers l'avant ou en poussant vers l'extérieur pour changer l'angle d'attaque, nous subissons la pression de la barre, qui est une force créée par l'aérodynamique de l'aile essayant de revenir au centre.

D’où vient cette force est une grande question que nous devrions explorer. Dans les avions, elle vient de la queue. Mais les deltaplanes n’ont pas de queue. Eh bien… visuellement, c’est vrai – les deltaplanes n’ont pas de queue. Mais aérodynamiquement, nous avons les mêmes besoins que les avions et nous les satisfaisons simplement d’une manière différente. Dans les deltaplanes, la partie extérieure de nos ailes, et en particulier le bord de fuite de l’aile près des extrémités, est notre « queue ». En donnant à un deltaplane des ailes en flèche, les extrémités sont déplacées vers l’arrière du centre de l’aile. Et en tordant les extrémités pour obtenir un angle d’attaque plus faible, cette partie de l’aile est essentiellement notre queue. C’est un peu abstrait de penser à la « queue » sur un avion sans queue, mais j’espère que la simplicité de la chose la rend compréhensible.

En termes d'efficacité, c'est là que nous rencontrons des problèmes. Tout d'abord, les ailes en flèche ne sont pas terriblement efficaces. Une partie de l'air que nous voulons voir circuler SUR les ailes devient un écoulement dans le sens de l'envergure, le long des bords d'attaque inclinés... ce qui entraîne une perte de portance potentielle, ainsi qu'une augmentation de la traînée. Un autre problème d'efficacité est que la « queue » d'un deltaplane n'est pas très loin en arrière du reste de l'aile, donc pour créer une force de tangage en cabré, nous avons besoin d'une quantité décente de torsion dans l'aile - ce qui signifie que moins d'aile crée de la portance, et encore plus de traînée. Si vous pensez à un simple levier et à la façon dont fonctionne l'avantage mécanique... et que vous comparez la distance entre la « queue » d'un deltaplane et celle d'un avion... vous pourriez vous rendre compte que la queue d'un avion peut créer les mêmes forces de tangage que nos extrémités, mais sans être aussi inclinée par rapport à la direction du flux d'air (c'est-à-dire en créant beaucoup moins de traînée).

Ces inefficacités sont ce qu'elles sont… elles sont le prix que nous payons pour la portabilité. Si vous regardez tous les planeurs à la mode, ils ont des ailes et des queues droites… et leurs performances écrasent les nôtres. Mais ils ne peuvent être emballés que dans une remorque, et vous ne pouvez certainement pas les décoller ou les atterrir à pied comme des deltaplanes. Nos planeurs doivent rester sans queue pour rester ce qu'ils sont, et il n'y a rien de mal à cela…

Au sujet de la récente chute aux championnats du monde, un commentaire intéressant a été fait :

« Ce qui est vraiment étrange, c'est qu'il vole avec une queue, donc c'est difficile d'imaginer comment cela a pu arriver… »

Réfléchissons un instant à ce dont nous venons de parler ci-dessus : d'où vient la stabilité en tangage d'un deltaplane. Et réfléchissons ensuite à la longueur de la quille d'un deltaplane et à l'efficacité du montage d'un empennage horizontal dessus. J'espère que vous réalisez que la quille ne dépasse pas vraiment les extrémités - en fait, la plupart des fabricants déterminent la longueur d'une quille comme étant juste assez longue pour maintenir les extrémités hors du sol pendant l'installation. À moins que la quille ne soit considérablement allongée, le montage d'un empennage horizontal à cet endroit dans l'espoir de créer une stabilité en tangage ne sera pas plus utile que de tordre les extrémités. Cela permettra moins de torsion des extrémités, et donc une plus grande zone de portance de l'aile... ce qui aurait un impact négatif sur la maniabilité du planeur, car l'envergure effective serait désormais beaucoup plus large, et nous essayons toujours de le diriger par simple transfert de poids. La torsion des extrémités crée également des effets intéressants, comme des caractéristiques de décrochage douces et progressives… donc réduire cette torsion pour utiliser une queue rendrait l'aile beaucoup moins indulgente au décollage et à l'atterrissage.

Alors peut-être que l'empennage horizontal crée une force de tangage EN PLUS des pointes… augmentant la stabilité ? C'est peu probable, car rappelez-vous que créer une force de tangage signifie créer une traînée… et nous ne voyons ces empennages horizontaux que sur les navires à hautes performances, où chaque élément de traînée compte.

Mais ces queues ont UN véritable avantage : elles créent une force d'amortissement pendant une rotation en tangage. C'est une façon élégante de dire qu'elles rendent la rotation le long de l'axe de tangage plus difficile. Cet avantage est ressenti même si la queue est à un angle d'attaque neutre et ne crée aucune force de tangage à proprement parler. L'amortissement du tangage est un facteur important dans les deltaplanes, car nous n'avons pas de queue conventionnelle et parce que notre corps déplace le centre de gravité de l'aile sous l'aile elle-même (nous accrochons plus lourd que le poids de notre planeur). Si vous rencontrez des turbulences et que le nez s'incline de plus de 20 degrés très rapidement... votre corps, qui est sous le centre de gravité de l'aile, aura plus d'élan que l'aile après ces 20 degrés de rotation... ce qui peut en fait "pousser" l'aile à s'incliner plus loin ! De nombreux replis/culbutes semblent avoir un élément de ce genre, où le planeur a été piqué de manière spectaculaire, et c'est en fait "l'inertie de rotation" qui a terminé la culbute. En termes simples, l'amortissement du tangage est conçu pour résister à cette rotation de tangage - NON PAS POUR L'EMPÊCHER - mais pour la ralentir (d'où le terme « amortissement ») de sorte que lorsque le tangage s'arrête, il y ait moins d'élan de rotation accumulé. Cela vous semble logique ?

Alors, pour revenir au commentaire sur le pilote avec la queue qui a chuté aux championnats du monde… pourquoi ne devrions-nous pas être surpris ?! Les chutes ne se produisent pas très souvent de nos jours, et même dans cet article, j'ai dit que les deltaplanes sont généralement très stables en tangage, et que même les queues horizontales qui ne créent aucune force de tangage sont toujours utiles pour empêcher une chute ? La réponse réside dans le dernier facteur, mais le plus important, de la stabilité en tangage des deltaplanes. La relation entre le CG et la stabilité en tangage.

C'est une relation simple : plus le CG est en avant (plus on tire vers l'intérieur), plus notre planeur devient stable en tangage. En revanche, pousser vers l'extérieur déplace notre CG vers l'arrière, ce qui diminue la stabilité en tangage. Comme les deltaplanes ont une distance assez courte entre la partie portante de nos ailes et la partie faisant office de queue… et comme notre avion est plus léger que notre corps… nous avons une assez grande variation du CG avant/arrière. Traduction : nous avons un contrôle total du tangage ! Et avec une grande puissance, viennent de grandes responsabilités…

Je ne suis pas aux Mondiaux. Je n'ai pas vu la chute. Mais sachant que c'est un championnat du monde et que tout le monde est susceptible de piloter des planeurs certifiés avec des systèmes de stabilité en tangage (sprogs) qui sont conformes aux spécifications certifiées du concepteur... et ce pilote volait même avec un empennage horizontal... je pense qu'il est prudent de dire qu'il a probablement poussé vers l'extérieur exactement au mauvais moment. Peut-être qu'il montait dans un thermique difficile, et qu'il s'est montré un peu trop gourmand en essayant de voler plus lentement et de monter plus vite - en poussant vers l'extérieur - et qu'il a suffisamment déstabilisé son aile pour que les turbulences puissent surmonter tous les systèmes de sécurité en tangage. Ou peut-être qu'il volait normalement et qu'il a été piqué vers le bas, et a répondu en poussant vers l'extérieur pour « repousser le nez vers le haut »... un instinct commun que les gens ont lorsqu'ils ne comprennent pas complètement à quel point c'est faux. Mais le fait est de savoir si nous devons être surpris qu'un deltaplane « sûr » puisse tomber ? NON. Être surpris montre un manque de compréhension et de respect pour la façon dont tout cela fonctionne. Et si nous pouvons comprendre comment cela fonctionne et respecter ce dont l’aile a besoin pour éviter de culbuter, nous pouvons nous sentir « en sécurité » et confiants pendant le vol.

Pour en savoir plus sur la position du pilote et la stabilité en tangage, Consultez cet excellent article avec des graphiques et des données de véhicules d'essai publié par Wills Wing.

Et pour voir EXACTEMENT comment faire tourner un deltaplane, même en pilotant une aile certifiée et stable en tangage dans un air parfaitement calme, regardez ce type qui utilise un décrochage pour initier une rotation en tangage, puis pousse pour déstabiliser le planeur en tangage. Il l'a fait « exactement comme il faut »... et ce faisant, il nous montre exactement ce qu'il ne faut PAS faire (ou si nous pensons faire le contraire, nous pouvons voir ce qu'il faut faire en cas de tangage excessif).

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