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Les effets moteurs

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L'amélioration aérodynamique des avions à hélice au fil du temps a permis de rendre les effets moteurs de moins en moins sensibles mais le pilote doit néanmoins se rappeler qu'ils sont encore malgré tout à l'origine de bien des sorties de piste au décollage et qu'ils peuvent produire des effets déroutants dans les phases de vol les plus délicates.

En outre, plus les avions sont anciens et fortement motorisés, plus les effets sont sensibles. Toutefois, au fil des années, c'est la conception même des appareils qui a intégré la gestion et l'annulation ou presque de ces effets moteur.

En effet, un moteur en fonctionnement engendre un effet primaire et des effets secondaires :

Un moteur a un effet primaire :

L'effet primaire est d'assurer la translation de l'avion par traction ou propulsion.

Un moteur a des effets secondaires :

L'effet secondaire est surtout dû au fait que l'hélice ne tourne que dans un sens ce qui provoque une dissymétrie engendrant une rotation parasite autour de l'un ou l'autre des trois axes suivant le cas.

En outre, un couple moteur et une dérive non compensés peuvent occasionner une sortie de piste au décollage. De même qu' un train d'atterrissage étroit peut augmenter les risques de sortie de piste sur un avion dont les effets moteurs sont importants.

Les principaux effets secondaires moteurs sont :

a) Le couple de renversement :

Le couple de renversement est une application du principe de Newton "toute action produit une réaction égale et de sens opposé".

Par réaction au mouvement de rotation du groupe motopropulseur apparaît un couple antagoniste qui tend à provoquer une rotation de l'ensemble de l'avion autour de l'axe du moteur et en fait, autour de l'axe de roulis, dans le sens inverse de celui de la rotation de l'hélice.

Le couple de renversement est donc une réaction opposée au sens de la rotation du moteur et qui s'exerce sur toute la structure de l'avion faisant peser beaucoup de poids sur la roue gauche (pour une hélice tournant à droite) et tendant à incliner l'avion à gauche une fois la rotation effectuée.

Ainsi, le couple de renversement fait basculer l'appareil dans le sens inverse au sens de rotation de l'hélice. Sur un moteur de plusieurs centaines de chevaux, il peut provoquer un passage sur le dos si la mise en puissance est trop brutale.

L'hélice, en tournant, subit une résistance de la part de l'air. L'avion a alors tendance à se renverser dans l'autre sens en tournant autour de l'axe-moteur.

Ce couple de renversement est d'autant plus important que la puissance mise en jeu est grande, et se fait surtout sentir dans les phases de vol où le moteur est utilisé à plein régime, notamment au décollage.

Le couple de renversement peut s'avérer dangereux sur les avions anciens très motorisés.

En principe, ce couple de renversement est compensé de construction dans la conception de l'appareil pour un régime moteur et une vitesse donnés (régime et vitesse de croisière en général), par le calage des ailes ou l'utilisation d'un tab d'ailerons.

Mais ce couple de renversement est aussi compensé, surtout sur les monomoteurs puissants, par l'augmentation de l'angle de calage ou de la surface de l'aile. Toutefois, l'avion a alors tendance à tourner d'un côté et il convient donc de désaxer la dérive. Cette compensation s'effectue donc en deux temps.

A noter que pour cela, la dérive d'un monomoteur est rarement parallèle au plan de symétrie de l'avion.

Ce couple de renversement se fait sentir au sol et en vol, lors des variations brutales de régime.

En outre, l'effet du couple de renversement plus ou moins marqué est important lors d'une remise de gaz. En effet, et surtout si l'approche s'effectue moteur réduit, si le pilote remet la pleine puissance pour repartir au lieu d'atterrir, il y a de fortes chances qu'une inclinaison vers la gauche se produise si l'hélice tourne à droite, ce qui n'est pas souhaitable près du sol.

b) Le souffle hélicoïdal :

Pour produire la traction, l'hélice envoie vers l'arrière une quantité d'air importante. Le courant d'air qui en résulte est animé d'un mouvement de rotation dans le sens de rotation de l'hélice. Il s'enroule autour du fuselage selon une nappe hélicoïdale qui baigne le fuselage ainsi que d'autres éléments de l'avion et qui attaque la dérive du côté de la pale montante. Il prend le nom de souffle hélicoïdal.


Le souffle hélicoïdal à basse vitesse

Le souffle hélicoïdal est particulièrement sensible à basse vitesse, lors de la mise en puissance au moment du décollage ou lors d'une remise de gaz,.

La pale montante est à gauche pour une hélice tournant dans le sens des aiguilles d'une montre vue de la place pilote. Dans ce cas, la dérive est attaquée sur sa face gauche et l'avion aura alors tendance à pivoter vers la gauche. Puis, dès que l'avion prend de la vitesse, le vent relatif devient plus prépondérant et le souffle de l'hélice s'écoule pratiquement de manière parallèle aux génératrices de fuselage. En vol , le souffle hélicoïdal est d'ailleurs faible autour de l'axe de lacet de l'avion.

Le souffle hélicoïdal crée donc une veine d'air qui s'enroule autour du fuselage et vient taper dans la dérive, poussant l'avion vers la droite si l'hélice tourne vers la droite (cas de la plupart des moteurs à pistons) ou vers la gauche dans le sens contraire. Lorsque la vitesse augmente, les spires se desserrent ce qui diminue l'effet. Mais dans les phases de décollage et de vol lent, où la puissance est maximale et la vitesse faible, le souffle hélicoïdal peut facilement entraîner l'avion hors de la trajectoire voulue. En effet, pousser la queue de l'avion vers la gauche le fait tourner à droite et inversement.

Le souffle hélicoïdal est l'effet le plus sensible sur un avion léger monomoteur. Plus le régime moteur est élevé et la vitesse faible, plus l'effet est sensible. A noter qu'en ce qui concerne le régime moteur, la poussée exercée sur la dérive est d'autant plus importante que le souffle est puissant. Par contre, pour la vitesse, c'est une histoire de vent relatif : plus elle est élevée, moins l'écoulement de l'air autour du fuselage forme une spirale serrée. De ce fait, l'action sur la queue est moins intense.

Certaines surfaces latérales, comme la dérive, reçoivent d'une face à l'autre des pressions différentes qui varient selon le régime du moteur. En effet, ce souffle ne frappe l'empennage vertical que d'un seul côté, et en début de roulement au décollage, quand le pilote met le moteur, tournant à droite, à pleine puissance, l'empennage vertical est poussé à droite, et l'avion embarde violemment à gauche.

Au décollage, on est en général à pleine puissance dès le début, alors que la vitesse n'a pas encore atteint une valeur suffisante pour le vol. Aussi, sur un avion à train d'atterrissage tricycle, les roues contrent cet effet en partie, ce qui fait que la sortie de piste n'est pas brutale. Par contre, sur un avion à train d'atterrissage classique, la roulette arrière est libre et la queue se lève avant la rotation, ce qui peut déclencher un virage brutal si le phénomène n'est pas rapidement contré. Pour empêcher ce phénomène, le pilote doit agir avec douceur mais fermeté sur le palonnier droit pour maintenir l'avion dans l'axe.

Cet effet diminue avec l'accroissement de la vitesse de l'avion mais pendant toute la montée, il est nécessaire d'exercer une pression sur le palonnier droit pour maintenir la cadence nulle car l'avion est réglé pour maintenir une cadence nulle au régime de croisière.

Pendant la descente moteur réduit, au contraire, le souffle est inexistant et l'avion embarde à droite. Il faut donc compenser en exerçant une pression constante sur le palonnier gauche pour maintenir la cadence nulle.

Par ailleurs, la vitesse de l'air ainsi soufflé étant plus grande que la vitesse de déplacement de l'avion, la traînée des éléments soumis à son action est beaucoup plus importante que celle des autres parties de l'avion.

A noter que l'effet du souffle hélicoïdal rend toutefois plus efficaces les gouvernes de profondeur et de direction, particulièrement quand l'avion se déplace à faible vitesse : roulage au sol, décollage, vol aux grands angles.

Néanmoins, le souffle hélicoïdal a une influence néfaste sur la stabilité de l'avion autour de ses axes de roulis et de lacet. Cet aspect nuisible peut être compensé en déportant la dérive par rapport à l'axe longitudinal de l'avion ou en décalant l'axe du moteur.

L'avion est donc réglé pour maintenir la cadence nulle au régime de croisière principalement par le calage approprié de la dérive. La dérive peut être aménagée d'un tab fixe placé au bord de fuite du gouvernail de direction qui permet, par torsion du métal, de fignoler ce réglage le cas échéant. Par contre, sur les avions plus importants, ce tab est remplacé par un tab de direction commandé du poste de pilotage comme le tab de profondeur.

En conséquence, il convient au départ de mettre les gaz très progressivement en agissant en même temps sur le palonnier pour éviter de s'embarquer.

Sur les avions tricycles, surtout quand la roue avant est dirigée par le palonnier, roue conjuguée, le souffle hélicoïdal au départ a moins d'effet, et se corrige plus aisément.

A noter que deux hélices contrarotatives annuleraient l'effet hélicoïdal mais cette dépense serait injustifiée.

Quand le moteur tourne à droite, le souffle hélicoïdal agit sous l'aile gauche et sur l'aile droite, ce qui aurait tendance à faire incliner l'avion à droite autour de l'axe de roulis. En réalité, cet effet est peu sensible du fait qu'il se produit à l'emplanture. En outre, il agit en sens inverse du couple de renversement qu'il aurait tendance à compenser.

De même, le souffle hélicoïdal tend à soulever la queue en agissant sous l'empennage horizontal gauche, mais il agit également sur l'empennage horizontal droit, et ceci compense cela.

Le vol lent consiste à utiliser l'aérodynamique de l'avion pour le freiner grâce à la traînée. Dans ce cas, le pilote se trouve à nouveau avec de la puissance et une faible vitesse, mais cette fois en vol, assez proche de la vitesse de décrochage. Du fait du souffle hélicoïdal sur la direction, l'avion peut se retrouver en dissymétrie, ce qui correspond alors à une situation favorisant le départ en vrille.

c) Le couple gyroscopique :

Pour bien comprendre l'effet gyroscopique en tant qu'effet moteur, le pilote doit se remémorer le comportement d'un gyroscope car au niveau des effets moteurs l'effet gyroscopique est lié à l'hélice. La ralentir en réduisant les gaz revient à la freiner et donc à provoquer un virage dans la direction du sens de rotation de l'hélice (donc vers la droite pour une hélice tournant vers la droite). La mise en puissance provoquera par contre l'effet inverse qui viendra s'ajouter aux effets précédents. Ce dernier effet apparaît davantage comme un effet cumulatif que constatable directement.

L'hélice en rotation et les masses tournantes du moteur peuvent donc être comparées au niveau de leurs réactions, à un volant gyroscopique. Or, une force appliquée à l'axe d'un gyroscope entraîne une réaction de celui-ci perpendiculairement à la direction de la force perturbatrice et dans le sens de la rotation, c'est la précession du gyroscope. Ainsi, si l'on veut faire varier le plan de rotation d'un gyroscope, il réagit à 90°.

Donc, si l'hélice, vue de la place du pilote, tourne dans le sens des aiguilles d'une montre, l'avion aura tendance à piquer dans les virages à droite et à cabrer dans les virages à gauche.

Cet effet est d'autant plus marqué que la vitesse de l'avion est faible et le régime moteur élevé, notamment lors du vol aux grands angles.

Il se manifeste au décollage si l'avion est mis trop rapidement en ligne de vol. Si l'hélice tourne à plein régime, la vitesse est encore faible et les gouvernes sont encore peu efficaces, l'avion tend à embarder sur la droite ou sur la gauche.

Ainsi, au décollage, au moment où le pilote soulève la queue de l'avion, le plan de l'hélice bascule vers l'avant sur l'axe de tangage, le couple gyroscopique fait alors tourner le plan de rotation, donc, l'avion à gauche ou à droite suivant le sens de rotation autour de l'axe de lacet. Ce qui est un avantage pour un avion tricycle.

En vol, le couple gyroscopique est la cause de variations de pente ou d'assiette en virage, variations que le pilote doit contrôler.

d) Le couple de tangage :

Si l'augmentation de puissance a pour conséquence une augmentation de la portance et que cet effet est purement aérodynamique, elle peut aussi agir en tant qu'effet moteur.

En effet, la veine fluide (écoulement d'air) générée par l'hélice est en partie canalisée par l'extrados (surface supérieure de l'aile) et ainsi déviée vers le bas. Cette veine d'air vient alors frapper l'empennage et crée des variations d'assiette (angle d'attaque) par action sur la gouverne de profondeur.

Selon la position de la gouverne de profondeur par rapport au bord de fuite de l'aile, l'effet est plus ou moins marqué.

Ainsi, en croisière, lors d'une réduction complète des gaz, l'avion va prendre une légère pente à piquer. Par contre, en remettant plein gaz, l'avion prendra une légère pente à cabrer.