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Forces

Un aéronef en mouvement (un aérodyne) subit et développe des forces :

force de gravité,

force de propulsion,

forces aérodynamiques (qui sont décomposées en portance et traînée).

Ces forces agissent à une certaine distance (bras de levier) par rapport à un point fixé arbitrairement (le centre de gravité, ou le foyer aérodynamique, ou un point situé au quart de la corde moyenne aérodynamique (CMA).

Moments

Le produit d'une force par la distance donne un moment.

Selon les trois axes d'étude des mouvements : roulis (x), tangage (y), lacet (z), on aura trois moments :

moment de roulis, avec son coefficient ${\displaystyle Cl}$ (ne pas confondre avec le CL anglais avec L pour lift = portance)

moment de tangage, avec son coefficient ${\displaystyle Cm}$

moment de lacet, avec son coefficient ${\displaystyle Cn}$

Variation des moments

On étudie la variation des moments en modifiant l'attitude de l'avion sur deux axes principaux :

en incidence : rotation d'un angle α (alpha) sur l'axe de tangage

en dérapage : rotation d'un angle β (béta) sur l'axe de lacet

les angles sont le plus souvent mesurés en radians.

• effet de l'incidence sur le moment de tangage, stabilité en tangage

On étudie la variation d (pour delta) du moment de tangage dCm en fonction de la variation de l'angle d'incidence dα :

dCm / dα : noté pour simplifier Cmα, dérivée de stabilité en tangage.

une valeur négative de Cmα indique une stabilité en tangage positive, et inversement.

Exemples :

avion conventionnel, Cmα = environ -0.50 à -1.50 (avec α mesuré en radian)

• effet du lacet sur le moment de roulis, roulis induit

en dérapage, une aile porte plus que l'autre (roulis induit par le lacet). On étudie la variation du moment de roulis dCl en fonction de la variation de l'angle de lacet dβ :

dCl / dβ : noté pour simplifier Clβ, dérivée de couplage lacet-roulis.

une valeur positive élevée de Clβ indique un roulis induit important, et inversement.

Exemples :

planeur "deux axes" (voir stabilité), Clβ = environ XXX (roulis induit important pour la mise en virage)

avion conventionnel, Clβ = environ XX

avion de voltige, Clβ = X (faible roulis induit, peu de couplage lacet-roulis).

• effet du lacet sur le moment de lacet, stabilité directionnelle

On étudie la variation δ (delta) du moment de lacet Cn en fonction de la variation de l'angle de lacet β :

dCn / dβ : noté pour simplifier Cnβ, dérivée de stabilité en lacet.

une valeur positive élevée de Cnβ indique une stabilité directionnelle importante, et inversement.

Exemples :

avion conventionnel, Cnβ = environ

Convention d'axes et de signes

Soit un avion vu en plan, vu du dessus; Dans le mode "géométrique" :

axe X vers l'arrière,

axe Y vers la droite,

axe Z vers le haut.

Tangage

• convention : un moment de tangage à cabrer est positif, un moment à piquer est négatif.
• équilibre en tangage : la somme des moments doit être nulle. Une aile à profil classique a un Cm négatif; elle fait piquer. Le stabilisateur placé à l'arrière (s'il est déporteur) donne un moment à cabrer : son Cm est positif.

Roulis

Lacet

• convention : une rotation ou un moment est positive dans le sens trigonométrique (inverse des aiguilles d'une montre)...

Rotation en lacet de 10° : le nez de l'avion part vers la gauche, l'avion vole en dérapage vers la droite. Son aile droite porte plus, son aile gauche porte moins. à suivre

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