Les commandes de vol

Les commandes de vols sont ce qui permet à un avion d’être piloté, c’est ce dont dispose le pilote dans son avion. Ces commandes vont agir sur des surfaces qui se trouvent sur l’appareil, lesquelles vont influencer l’orientation de l’appareil et donc la direction dans laquelle il vole.

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Axes d’évolution

Un avion avance grâce à ses moteurs et/ou hélices. Ils lui permettent d’avancer en avant, dans ce qu’on appelle la « trajectoire » de l’avion, la direction dans laquelle il vole. Pour que l’avion se dirige n’importe où dans les airs, il faut qu’il tourne … à gauche, à droite, vers le haut, vers le bas. Malheureusement, ce n’est pas aussi simple qu’une voiture … mais nous allons voir ça dans les grandes lignes. Tout d’abord, comme tout objet, nous pouvons fixer à cet avion un repère de 3 axes, car un avion se place dans les airs et donc dans un volume … donc il y a 3 dimensions. Les trois axes portent des noms bien spécifiques : l’axe de tangage, l’axe de roulis et l’axe de lacet (voir photo ci-contre).

Le tangage

L’axe de tangage est celui qui passe par les ailes d’un avion. Cet axe est celui autour duquel un avion va tourner afin de monter ou de descendre le nez. Dans un cas simple, il sera utilisé afin de prendre de l’altitude, ou d’en perdre.

Le roulis

L’axe de roulis est celui qui va du nez à la queue de l’avion. C’est par cet axe que l’avion vas pouvoir incliner ses ailes à gauche ou à droite. De manière générale, cet axe sera utilisé afin de faire tourner l’avion vers une autre direction.

Le lacet

L’axe de lacet est celui correspondant à l’axe verticale qui passe à travers l’avion. Cet axe est notamment celui qui permet à un avion de corriger son orientation si le vent le pousse un peu trop fort.

Les surfaces mobiles

Nous avons vu précédemment que les ailes créent une force, la portance. En réalité, tout comme une feuille de papier, toute surface peut créer une force de portance. Si on veut faire tourner l’avion, il n’y a pas de secret, il faut appliquer une force. Pensez au volant de voiture, c’est une bonne analogie de comment on fait tourner un avion. Le centre de l’avion c’est le centre du volant, pour le faire tourner, vous exercez deux forces sur le volant. Par exemple pour le faire tourner à gauche, vous appliquez une force vers le bas à gauche et une force vers le haut à droite. Pour un avion ce n’est pas très différent, mais il s’agit plutôt d’un équilibre en réalité. Les ailes poussent toutes les deux vers le haut à cause de la portance. Mais si l’une d’entre elles pousse moins que l’autre, il y a un déséquilibre et l’avion va tourner du côté où il y a moins de force exercée vers le haut.

Mais nous parlions avant du fait que la portance est une force et que les ailes produisent de la portance. Or de ce que l’on voit sur un avion, les ailes semblent symétriques … et donc la portance devrait être symétrique ? La réponse et oui ! pour ce qui est des ailes à proprement parler … mais il y a des éléments spéciaux sur les ailes et eux peuvent ne pas être symétriques ! C’est ce qu’on appellera des « surfaces mobiles ».

Les surfaces principales

Ce qu’on appellera « surfaces principales » ce sont les petites parties des ailes qui vont bouger afin de créer des forces particulières qui viendront déséquilibrer l’avion et le faire tourner. Alors comment créer des forces particulières ? Eh bien utilisons le vent ! le vent créé par la vitesse de l’avion. Imaginez-vous dans une voiture sur l’autoroute et vous passez la main par la fenêtre : il y a du vent ! et si vous mettez votre main à plat face au sol, il n’y a rien de particulier, vous sentez une petite résistance de vent. Mais si d’un coup vous inclinez la main, il y a bien plus de résistance et votre main est poussée vers le bas ou le haut. Et bien ce principe est un de ceux que l’on utilise pour faire tourner un avion. Le deuxième principe utilisé est plus compliqué, il consiste à faire diminuer la portance de l’aile. Les surfaces dont nous somment en train de parler sont au nombre de 4 dans un avion très simple. La première permet de faire tourner l’avion autour de l’axe de tangage, c’est ce que l’on appelle la « Profondeur ». Deux autres sont utilisées pour faire tourner l’avion autour de son axe de roulis et sont appelés « Ailerons ». La dernière, sans surprise, permet de faire tourner l’avion autour de son axe de lacet, on l’appelle la « Direction » ou la « Dérive ». Parfois ses surfaces sont appelées des « Gouvernes » car elle dirige un avion comme le gouvernail d’un bateau le dirige.

Voilà un schéma général sur lequel vous pouvez voir les surfaces d’un avion très simple :

Les surfaces secondaires

Il y a d’autres éléments utilisé pour modifier les forces exercées sur l’avion. Elles ne servent pas à diriger l’avion directement mais aident à son pilotage :

Les volets

Ce sont des surfaces sur des ailes que l’on peut déployer afin d’étendre la surface de l’aile. Comme vous savez, si on étend la surface, on augmente la portance. Les volets sont donc utilisés quand on a besoin de plus de portance, par exemple au décollage ou à l’atterrissage.

Les aérofreins

Comme leur nom l’indique, ce sont des éléments qui vont faire freiner l’appareil lorsqu’ils sont déployés. En général, ce sont des surfaces plates perpendiculaire au vent afin de s’opposer à l’air. Lorsqu’ils sont positionnés sur les ailes, ils vont diminuer la portance lorsqu’ils sont déployés.

Les compensateurs

les compensateurs sont comme des petites gouvernes. Ils sont placés sur les gouvernes et peuvent bouger très légèrement. Le but est qu’ils aient de petits effets constants pour stabiliser l’avion. Si on imagine un avion qui vole droit, si le pilote règle bien les compensateurs, il n’aura pas besoin de fournir un effort, l’avion restera stable.

Les commandes et leurs effets

Les commandes

On a vu que pour faire bouger un avion, il faut faire bouger des surfaces qui sont sur ses ailes et sur l’arrière (sur un avion simple). Maintenant le pilote doit pouvoir agir sur ses surfaces pour pouvoir diriger son avion. Bien évidemment, le pilote ne va pas sortir de l’avion pour aller les faire bouger … il a donc besoin d’un intermédiaire entre le pilote et les surfaces : ce sont les commandes ! Les commandes de vol sont à portée de main du pilote dans l’avion et commandes la position des différentes surfaces de l’avion.

Mais alors quelles sont ces commandes de vols ?

Le manche

C’est comme une poignée au bout d’un bâton qui serait fixé au sol, et que l’on peut bouger de droite à gauche, et de devant à derrière.

Le palonnier

Ce sont deux pédales reliées entre elles et qui commandent la gouverne de direction (elles ne servent pas à accélérer et freiner non !). Les deux pédales sont liées : faire reculer une des pédales fait avancer l’autre.

Effets des commandes

Comment ses commandes sont reliées aux surfaces ? Au début avec des ficelles ou des câbles, puis avec l’avancée de la technologie, on a utilisé des circuits hydrauliques et de l’informatique (très compliqué …). Ce qu’il faut surtout savoir :

le manche est relié aux ailerons et à la gouverne de profondeur
le palonnier est relier à la gouverne de direction

Sur ce schéma on a un modèle d’un système qui utilise des câbles pour relier les commandes aux surfaces. C’est ce que l’on trouve encore sur de nombreux appareils de petite taille.

Bon, ça fait beaucoup d’informations est tous les liens ne sont pas forcément très clairs, alors faisons un petit résumé avec les liens entre les éléments.

L’exemple de l’inclinaison à gauche

Maintenant que vous connaissez les liens entre les différents éléments qui permettent de diriger l’avion, on va peut-être expliquer le comment …

De manière générale

Pour cela nous allons prendre un cas simple : « je veux que mon avion s’incline à gauche. » Qu’est-ce que cela veut dire ? Qu’est-ce que l’on souhaite ? Eh bien cela veut tout simplement dire que nous voulons que notre aile gauche descende … comme ça :

Nous allons prendre le résumé précédent à l’envers pour trouver quelle action doit faire le pilote :

Autour de quel axe faire tourner l’avion ?
Quelle(s) surface(s) doivent bouger ?
Quelle commande dois-je utiliser ?
Dans quel sens bouger cette commande ?

Réponses ?

Le roulis en effet ! L’avion tourne autour de l’axe qui va de son nez à sa queue qui est, comme vu au début de ce chapitre, l’axe de roulis.
Les ailerons bien sûr ! Les surfaces de commande qui sont liées au roulis, ce sont les ailerons, et il y en a un sur chaque aile. Nous verrons plus tard comment le fait qu’ils bougent puisse faire tourner l’avion.
Le manche oui ! C’est en effet le manche qui est relié aux ailerons et qui permet de les faire bouger.
A gauche toute ! Pour commander le roulis, nous avons vu qu’il fallait utiliser le manche de gauche à droite, et c’est logique que ce soit vers la gauche… ce ne serait pas très malin de devoir pousser vers la droite pour aller à gauche.

Rentrons un petit peu dans les détails pour comprendre comment les ailerons font bouger l’avion ! Voici le schéma de rappel pour voir ce que fait le manche sur les ailerons :

Ce qui nous intéresse sur ce schéma c’est ce qui est en bleu. On constate alors que c’est l’aileron gauche qui monte et l’aileron droit qui descend. Ce que l’on va analyser maintenant c’est quel effet à chacun de ces ailerons sur l’appareil.

Comme nous l’avons évoqué avant, ces ailerons sont là pour 2 raisons :

Augmenter ou diminuer la portance
Créer une force grâce à la vitesse de l’air.

De manière plus précise

Nous allons donc regarder ce qu’il se passe sur chacun des ailerons et ensuite nous mettrons en commun pour voir la totalité des effets sur l’avion.

L’aileron droit

Comme nous avons vu précédemment, l’aileron droit va se baisser. Le résultat final voulu est que l’aile droite se soulève, il faut donc que ce soit de ce côté où il y a le plus de force.

P : Il y a plus de portance car lorsque l’aileron se baisse, il augmente le phénomène de pression et dépression en prenant plus d’air sous l’aile.
F : Comme avec l’analogie de la main hors de la voiture, l’aileron baissé vers le bas vient contre de l’air très rapide et cet air va pousser vers le haut

Nous avons une portance normale et pas de forces supplémentaires.

La portance a augmenté car elle est plus « large en hauteur » et l’aileron frotte davantage sur l’air : il y a donc une force supplémentaire

En sommant ces deux forces, il en résulte une force plus grande qu’en temps normal et donc l’aile est d’avantage poussée vers le haut.

L’aileron gauche

Comme nous avons vu précédemment, l’aileron droit va se baisser. Le résultat final voulu est que l’aile droite se soulève, il faut donc que ce soit de ce côté où il y a le plus de force.

P : Il y a plus de portance car lorsque l’aileron se baisse, il augmente le phénomène de pression et de dépression en prenant plus d’air sous l’aile.
F : Comme avec l’analogie de la main hors de la voiture, l’aileron baissé vers le bas vient contre de l’air très rapide et cet air vas pousser vers le haut

On a une portance normale et pas de force supplémentaire.

La portance a diminuée car l’aile est plus « fine en hauteur » et l’aileron frotte sur l’air rapide qui est au-dessus de l’aile et donc il est poussé vers le bas.

En sommant ces deux forces, il en résulte une force plus faible qu’en temps normal et donc l’aile est moins poussée vers le haut que d’habitude.

Bilan

Finalement, l’aile droite à plus de force que l’aile gauche, ce qui revient à ce schéma que l’on a déjà vu. Et comme on l’a dit avant, l’effet engendré par tout cela est une rotation autour de l’axe de roulis vers la gauche … une inclinaison à gauche !