Aéronefs à voilure fixe -Fixed-wing aircraft

Un avion de ligne Boeing 737 est un exemple d'avion à voilure fixe
Les ailes fixes d'un cerf-volant en forme de delta ne sont pas rigides

Un aéronef à voilure fixe est une machine volante plus lourde que l'air , telle qu'un avion , qui est capable de voler en utilisant des ailes qui génèrent une portance causée par la vitesse vers l'avant de l'aéronef et la forme des ailes . Les aéronefs à voilure fixe sont distincts des aéronefs à voilure tournante (dans lesquels les ailes forment un rotor monté sur un arbre tournant ou "mât") et des ornithoptères (dans lesquels les ailes battent d'une manière similaire à celle d'un oiseau ). Les ailes d'un aéronef à voilure fixe ne sont pas nécessairement rigides ; cerfs-volants,les deltaplanes , les aéronefs à voilure variable et les avions qui utilisent le morphing des ailes sont tous des exemples d'aéronefs à voilure fixe.

Les aéronefs à voilure fixe planeurs, y compris les planeurs en vol libre de divers types et les cerfs- volants captifs , peuvent utiliser l'air en mouvement pour gagner de l' altitude . Les aéronefs à voilure fixe motorisés (avions) qui tirent vers l'avant d' un moteur comprennent les parapentes motorisés , les deltaplanes motorisés et certains véhicules à effet de sol . La plupart des aéronefs à voilure fixe sont pilotés par un pilote à bord de l'engin, mais certains sont spécifiquement conçus pour être sans pilote et contrôlés à distance ou de manière autonome (à l'aide d'ordinateurs de bord).

Histoire

Premiers cerfs-volants

Les cerfs-volants étaient utilisés il y a environ 2 800 ans en Chine , où les matériaux idéaux pour la construction de cerfs-volants étaient facilement disponibles. Certains auteurs soutiennent que des cerfs-volants en feuilles volaient beaucoup plus tôt dans ce qui est aujourd'hui Sulawesi, sur la base de leur interprétation des peintures rupestres sur l' île de Muna au large de Sulawesi . En l'an 549 au moins, des cerfs-volants en papier volaient, comme il a été enregistré cette année-là, un cerf-volant en papier était utilisé comme message pour une mission de sauvetage. Des sources chinoises anciennes et médiévales énumèrent d'autres utilisations des cerfs-volants pour mesurer les distances, tester le vent, soulever des hommes, signaler et communiquer pour les opérations militaires.

Garçons faisant voler un cerf-volant en Bavière en 1828 , par Johann Michael Voltz

Des histoires de cerfs-volants ont été apportées en Europe par Marco Polo vers la fin du XIIIe siècle, et des cerfs-volants ont été ramenés par des marins du Japon et de Malaisie aux XVIe et XVIIe siècles. Bien qu'ils aient été initialement considérés comme de simples curiosités, aux 18e et 19e siècles, les cerfs-volants étaient utilisés comme véhicules pour la recherche scientifique.

Planeurs et modèles motorisés

Vers 400 avant JC en Grèce , Archytas était réputé pour avoir conçu et construit le premier appareil volant artificiel autopropulsé, un modèle en forme d'oiseau propulsé par un jet de ce qui était probablement de la vapeur, qui aurait volé à environ 200 m (660 pieds) . Cet engin a peut-être été suspendu pour son vol.

L'une des premières prétendues tentatives de planeurs a été celle du moine Eilmer de Malmesbury au XIe siècle , qui s'est soldée par un échec. Un récit du XVIIe siècle indique que le poète du IXe siècle Abbas Ibn Firnas a fait une tentative similaire, bien qu'aucune source antérieure n'enregistre cet événement.

Le Bris et son planeur, Albatros II, photographiés par Nadar , 1868

En 1799, Sir George Cayley a présenté le concept de l'avion moderne en tant que machine volante à voilure fixe avec des systèmes séparés pour la portance, la propulsion et le contrôle. Cayley construisait et pilotait des modèles d'avions à voilure fixe dès 1803, et il construisit avec succès un planeur transportant des passagers en 1853. En 1856, le Français Jean-Marie Le Bris effectua le premier vol motorisé, en ayant son planeur "L' Albatros artificiel" tiré par un cheval sur une plage. En 1884, l'Américain John J. Montgomery effectue des vols contrôlés en planeur dans le cadre d'une série de planeurs construits entre 1883 et 1886. D'autres aviateurs qui effectuent des vols similaires à cette époque sont Otto Lilienthal , Percy Pilcher et des protégés d' Octave Chanute . .

Dans les années 1890, Lawrence Hargrave mena des recherches sur les structures des ailes et développa un cerf-volant qui soulevait le poids d'un homme. Ses conceptions de cerf-volant ont été largement adoptées. Bien qu'il ait également développé un type de moteur d'avion rotatif, il n'a pas créé ni piloté d'avion motorisé à voilure fixe.

Vol motorisé

Sir Hiram Maxim a construit un engin qui pesait 3,5 tonnes, avec une envergure de 110 pieds (34 mètres) qui était propulsé par deux moteurs à vapeur de 360 ​​​​chevaux (270 kW) entraînant deux hélices. En 1894, sa machine est testée avec des rails aériens pour l'empêcher de monter. Le test a montré qu'il avait suffisamment de portance pour décoller. L'engin était incontrôlable, ce que Maxim, on présume, a réalisé, car il a par la suite abandonné le travail dessus.

Wright Flyer III piloté par Orville Wright au-dessus de Huffman Prairie, 4 octobre 1905

Les vols des frères Wright en 1903 avec leur Flyer I sont reconnus par la Fédération Aéronautique Internationale (FAI), l'organisme de normalisation et de tenue des registres de l'aéronautique , comme "le premier vol propulsé plus lourd que l'air soutenu et contrôlé". En 1905, le Wright Flyer III était capable d'un vol stable et entièrement contrôlable pendant de longues périodes.

L'automoteur 14-bis de Santos-Dumont sur une carte postale ancienne

En 1906, l'inventeur brésilien Alberto Santos Dumont a conçu, construit et piloté un avion qui a établi le premier record du monde reconnu par l' Aéro-Club de France en parcourant le 14 à 220 mètres (720 pieds) en moins de 22 secondes. Le vol a été certifié par la FAI.

La conception du Blériot VIII de 1908 était une première conception d'avion qui avait la configuration de tracteur monoplan moderne . Il avait des surfaces de queue mobiles contrôlant à la fois le lacet et le tangage, une forme de contrôle du roulis fourni soit par le gauchissement des ailes, soit par les ailerons et contrôlé par son pilote avec un joystick et une barre de gouvernail. C'était un prédécesseur important de son dernier avion traversant la Manche Blériot XI de l'été 1909.

L'hydravion Curtiss NC-4 après avoir effectué la première traversée de l'Atlantique en 1919, debout à côté d'un avion à voilure fixe plus lourd que l'air

Première Guerre mondiale

La Première Guerre mondiale a servi de banc d'essai pour l'utilisation de l'avion comme arme. Les avions ont démontré leur potentiel en tant que plates-formes d'observation mobiles, puis se sont révélés être des machines de guerre capables de causer des pertes à l'ennemi. La première victoire aérienne connue avec un avion de chasse armé d'une mitrailleuse synchronisée a eu lieu en 1915, par l'allemand Luftstreitkräfte Leutnant Kurt Wintgens . Les as des combattants sont apparus; le plus grand (en nombre de victoires aériennes) était Manfred von Richthofen .

Après la Première Guerre mondiale, la technologie aéronautique a continué à se développer. Alcock et Brown ont traversé l'Atlantique sans escale pour la première fois en 1919. Les premiers vols commerciaux ont eu lieu entre les États-Unis et le Canada en 1919.

L'aviation de l'entre-deux-guerres à "l'âge d'or"

Le soi-disant âge d'or de l'aviation s'est produit entre les deux guerres mondiales, au cours desquelles les deux interprétations ont mis à jour les percées antérieures - comme avec le pionnier des cellules entièrement métalliques d' Hugo Junkers en 1915, conduisant à des avions multimoteurs géants de plus de 60 mètres. tailles d' envergure au début des années 1930, adoption du moteur radial principalement refroidi par air comme groupe motopropulseur d'avion pratique aux côtés de puissants moteurs d'aviation V-12 refroidis par liquide, et des cas toujours plus nombreux de tentatives de vol longue distance - comme avec un Vickers Vimy dans 1919 , suivi quelques mois plus tard par le vol transatlantique NC-4 de l'US Navy ; culminant en mai 1927 avec le vol transatlantique en solo de Charles Lindbergh dans le Spirit of St. Louis , stimulant des tentatives de vol de plus en plus longues, ouvrant la voie à la banalisation des vols longue distance du futur.

La Seconde Guerre mondiale

Les avions étaient présents dans toutes les grandes batailles de la Seconde Guerre mondiale. Ils étaient une composante essentielle des stratégies militaires de l'époque, comme la Blitzkrieg allemande ou les campagnes de porte-avions américaines et japonaises du Pacifique.

Des planeurs militaires ont été développés et utilisés dans plusieurs campagnes, mais ils ne sont pas devenus largement utilisés en raison du taux de pertes élevé souvent rencontré. Le cerf-volant à rotor Focke-Achgelis Fa 330 Bachstelze (Wagtail) de 1942 était remarquable pour son utilisation par les sous-marins allemands.

Avant et pendant la guerre, les concepteurs britanniques et allemands développaient des moteurs à réaction pour propulser les avions. Le premier avion à réaction à voler, en 1939, était le Heinkel He 178 allemand . En 1943, le premier chasseur à réaction opérationnel, le Messerschmitt Me 262 , est entré en service dans la Luftwaffe allemande et plus tard dans la guerre, le Gloster Meteor britannique est entré en service mais n'a jamais vu l'action - les vitesses maximales des avions de cette époque ont atteint 1 130 km. /h (702 mph), avec le vol record non officiel début juillet 1944 du prototype de chasseur-fusée allemand Me 163B V18 .

Après la guerre

En octobre 1947, le Bell X-1 est le premier avion à dépasser la vitesse du son.

En 1948-1949, des avions ont transporté des fournitures pendant le blocus de Berlin . De nouveaux types d'avions, tels que le B-52 , ont été produits pendant la guerre froide .

Le premier avion de ligne à réaction , le de Havilland Comet , a été introduit en 1952, suivi du Tupolev Tu-104 soviétique en 1956. Le Boeing 707 , le premier avion à réaction commercial à succès, a été en service commercial pendant plus de 50 ans, de 1958 à 2010. Le Boeing 747 était le plus gros avion de passagers au monde de 1970 jusqu'à ce qu'il soit dépassé par l' Airbus A380 en 2005.

Classes d'aéronefs à voilure fixe

Avion/avion

Avion stationné au sol en Afghanistan

Un avion (également connu sous le nom d' avion ou simplement d' avion ) ​​est un aéronef à voilure fixe motorisé qui est propulsé vers l'avant par la poussée d'un moteur à réaction ou d'une hélice . Les avions sont disponibles dans une variété de tailles, de formes et de configurations d'ailes. Le large éventail d'utilisations des avions comprend les loisirs, le transport de marchandises et de personnes, l'armée et la recherche.

Hydravion

Un hydravion est un aéronef à voilure fixe capable de décoller et d'atterrir (d'atterrir) sur l'eau. Les hydravions qui peuvent également opérer à partir de la terre ferme sont une sous-classe appelée avions amphibies . Ces avions étaient parfois appelés hydravions . Les hydravions et les amphibiens sont généralement divisés en deux catégories en fonction de leurs caractéristiques technologiques : les hydravions et les hydravions .

  • Un hydravion est similaire dans sa conception globale à un avion terrestre, avec un fuselage généralement non modifié par rapport à sa version terrestre, sauf que les roues à la base du train d'atterrissage sont remplacées par des flotteurs , permettant à l'engin de fonctionner à partir de l'eau plutôt que de la terre ferme.
  • Un hydravion est un hydravion dont la coque étanche forme les parties inférieures (ventrales) de son fuselage, reposant directement sur la surface de l'eau. Il diffère d'un hydravion car il n'a pas besoin de flotteurs supplémentaires pour la flottabilité, bien qu'il puisse avoir de petits flotteurs sous les ailes ou des sponsors montés sur le fuselage pour le stabiliser sur l'eau. Les grands hydravions sont généralement des hydravions, la plupart des modèles d'avions amphibiens classiques utilisant une forme de conception d'hydravion pour leur fuselage / coque.

Planeurs motorisés

De nombreuses formes de planeur (voir ci-dessous) peuvent être modifiées en ajoutant une petite centrale électrique. Ceux-ci inclus:

Véhicule à effet de sol

Un véhicule à effet de sol (GEV) est un engin qui atteint un vol en palier près de la surface de la terre, en utilisant l' effet de sol - une interaction aérodynamique entre les ailes et la surface de la terre. Certains GEV sont capables de voler plus haut hors de l'effet de sol (OGE) si nécessaire - ils sont classés comme des aéronefs à voilure fixe motorisés.

Planeur

Un planeur (planeur) lancé au treuil

Un planeur est un engin plus lourd que l'air qui est soutenu en vol par la réaction dynamique de l'air contre ses surfaces portantes, et dont le vol libre ne dépend pas d'un moteur. Un planeur est un planeur à voilure fixe conçu pour la montée en flèche - la capacité de prendre de la hauteur dans les courants d'air ascendants et de voler pendant de longues périodes.

Les planeurs sont principalement utilisés pour les loisirs, mais ont également été utilisés à d'autres fins telles que la recherche aérodynamique, la guerre et la récupération d'engins spatiaux.

Un motoplaneur a un moteur pour étendre ses performances et certains ont des moteurs assez puissants pour décoller, mais le moteur n'est pas utilisé en vol normal.

Comme c'est le cas pour les avions, il existe une grande variété de types de planeurs qui diffèrent par la construction de leurs ailes, leur efficacité aérodynamique, l'emplacement du pilote et les commandes. Le type le plus connu est peut-être l' avion en papier jouet .

Les grands planeurs sont le plus souvent lancés par un avion remorqueur ou par un treuil. Des planeurs militaires ont été utilisés pendant la guerre pour livrer des troupes d'assaut, et des planeurs spécialisés ont été utilisés dans la recherche atmosphérique et aérodynamique . Des avions et des avions spatiaux propulsés par des fusées ont également effectué des atterrissages non motorisés.

Les planeurs et les planeurs utilisés pour le sport du vol à voile ont une efficacité aérodynamique élevée. Le rapport portance / traînée le plus élevé est de 70: 1, bien que 50: 1 soit plus courant. Après le lancement, de l'énergie supplémentaire est obtenue grâce à l'exploitation habile de l'air ascendant dans l'atmosphère. Des vols de milliers de kilomètres à des vitesses moyennes supérieures à 200 km/h ont été réalisés.

Les avions non motorisés les plus nombreux sont les avions en papier , un type de planeur fait à la main. Comme les deltaplanes et les parapentes, ils sont lancés au pied et sont en général plus lents, plus petits et moins chers que les planeurs. Les deltaplanes ont le plus souvent des ailes flexibles formées par un cadre, bien que certains aient des ailes rigides. Les parapentes et les avions en papier n'ont pas de cadre dans leurs ailes.

Les planeurs et les planeurs peuvent partager un certain nombre de caractéristiques en commun avec les aéronefs motorisés, y compris bon nombre des mêmes types de fuselage et de structures d'aile. Par exemple, le Horten H.IV était un planeur à aile volante sans queue, et l'orbiteur en forme d'aile delta de la navette spatiale volait un peu comme un planeur conventionnel dans la basse atmosphère. De nombreux planeurs utilisent également des commandes et des instruments similaires à ceux des embarcations motorisées.

Types de planeur

(vidéo) Un planeur navigue au-dessus de Gunma , Japon

La principale application aujourd'hui des avions planeurs est le sport et les loisirs.

Planeur

Les planeurs ont été développés à partir des années 1920 à des fins récréatives. Alors que les pilotes commençaient à comprendre comment utiliser l'air ascendant, les planeurs de planeurs ont été développés avec un rapport portance / traînée élevé . Ceux-ci permettaient des glissés plus longs jusqu'à la prochaine source de " portance ", et augmentaient ainsi leurs chances de voler sur de longues distances. Cela a donné naissance au sport populaire du vol à voile .

Les premiers planeurs étaient principalement construits en bois et en métal, mais la majorité des planeurs utilisent désormais des matériaux composites incorporant des fibres de verre, de carbone ou d' aramide . Pour minimiser la traînée , ces types ont un fuselage profilé et de longues ailes étroites ayant un rapport d'aspect élevé . Des planeurs monoplaces et biplaces sont disponibles.

Au départ, la formation se faisait par de courts "sauts" dans des planeurs principaux qui sont des avions très basiques sans cockpit et avec un minimum d'instruments. Depuis peu de temps après la Seconde Guerre mondiale, l'entraînement a toujours été effectué dans des planeurs biplaces à double commande, mais des biplaces hautes performances sont également utilisés pour partager la charge de travail et le plaisir des longs vols. À l'origine, des patins étaient utilisés pour l'atterrissage, mais la majorité atterrit maintenant sur des roues, souvent rétractables. Certains planeurs, appelés planeurs motorisés , sont conçus pour le vol sans moteur, mais peuvent déployer des moteurs à pistons , rotatifs , à réaction ou électriques . Les planeurs sont classés par la FAI pour les compétitions en classes de compétition de planeurs principalement sur la base de l'envergure et des volets.

Planeur "airchair" Goat 1 ultraléger

Une classe de planeurs ultra-légers, dont certains sont connus sous le nom de planeurs microlift et d'autres appelés "airchairs", a été définie par la FAI sur la base d'un poids maximum. Ils sont suffisamment légers pour être transportés facilement et peuvent voler sans licence dans certains pays. Les planeurs ultralégers ont des performances similaires à celles des deltaplanes , mais offrent une sécurité supplémentaire en cas de collision, car le pilote peut être attaché sur un siège droit dans une structure déformable. L'atterrissage se fait généralement sur une ou deux roues, ce qui distingue ces embarcations des deltaplanes. Plusieurs planeurs ultra-légers commerciaux sont apparus et ont disparu, mais la plupart des développements actuels sont effectués par des concepteurs individuels et des constructeurs de maisons.

Planeurs militaires
Un 1943 USAAF Waco CG-4 A

Les planeurs militaires ont été utilisés pendant la Seconde Guerre mondiale pour transporter des troupes ( planeurs d'infanterie ) et du matériel lourd vers les zones de combat. Les planeurs étaient remorqués dans les airs et la plupart du temps jusqu'à leur cible par des avions de transport militaire, par exemple C-47 Dakota , ou par des bombardiers qui avaient été relégués à des activités secondaires, par exemple Short Stirling . Une fois libérés du remorquage près de la cible, ils ont atterri aussi près que possible de la cible. L'avantage par rapport aux parachutistes était que l'équipement lourd pouvait être débarqué et que les troupes étaient rapidement rassemblées plutôt que dispersées sur une zone de largage. Les planeurs ont été traités comme jetables, ce qui a conduit à la construction à partir de matériaux courants et peu coûteux tels que le bois, bien que quelques-uns aient été récupérés et réutilisés. Au moment de la guerre de Corée , les avions de transport étaient également devenus plus gros et plus efficaces, de sorte que même les chars légers pouvaient être largués en parachute, ce qui faisait tomber les planeurs en disgrâce.

Planeurs de recherche

Même après le développement des avions motorisés, les planeurs ont continué à être utilisés pour la recherche aéronautique . L' aile flexible Paresev Rogallo de la NASA a été initialement développée pour étudier des méthodes alternatives de récupération des engins spatiaux. Bien que cette application ait été abandonnée, la publicité a inspiré les amateurs à adapter le profil aérodynamique de l'aile flexible aux deltaplanes modernes.

Des recherches initiales sur de nombreux types d'engins à voilure fixe, y compris les ailes volantes et les corps de levage, ont également été menées à l'aide de prototypes non motorisés.

Deltaplane
Deltaplane

Un deltaplane est un avion planeur dans lequel le pilote est installé dans un harnais suspendu à la cellule et exerce un contrôle en déplaçant le poids du corps en opposition à un cadre de contrôle. La plupart des deltaplanes modernes sont constitués d'une aile en alliage d'aluminium ou en tissu à cadre composite . Les pilotes ont la capacité de planer pendant des heures, de gagner des milliers de mètres d'altitude dans les courants ascendants thermiques , d'effectuer des acrobaties aériennes et de planer sur des centaines de kilomètres.

Parapente

Un parapente est un avion planeur léger, en vol libre et lancé au pied, sans structure primaire rigide. Le pilote est assis dans un harnais suspendu sous une aile en tissu creux dont la forme est formée par ses suspentes, la pression de l'air entrant dans les évents à l'avant de l'aile et les forces aérodynamiques de l'air circulant à l'extérieur. Le parapente est le plus souvent une activité de loisir.

Planeurs sans pilote

Un avion en papier est un avion jouet (généralement un planeur) en papier ou en carton.

Les modèles réduits d'avions planeurs sont des modèles d'avions utilisant des matériaux légers tels que le polystyrène et le bois de balsa . Les conceptions vont du simple avion planeur aux modèles réduits précis , dont certains peuvent être très grands.

Les bombes planantes sont des bombes avec des surfaces aérodynamiques pour permettre une trajectoire de vol planée plutôt qu'une trajectoire balistique. Cela permet à l'avion porteur d'attaquer à distance une cible fortement défendue.

Cerf-volant

Un cerf -volant en vol

Un cerf -volant est un avion attaché à un point fixe de sorte que le vent souffle sur ses ailes. La portance est générée lorsque l'air circule sur l'aile du cerf-volant, produisant une basse pression au-dessus de l'aile et une haute pression en dessous, et déviant le flux d'air vers le bas. Cette déviation génère également une traînée horizontale dans la direction du vent. Le vecteur de force résultant des composantes de force de portance et de traînée est opposé par la tension d'une ou plusieurs lignes de corde ou attaches attachées à l'aile.

Les cerfs-volants sont principalement utilisés à des fins récréatives, mais ont de nombreuses autres utilisations. Les premiers pionniers tels que les frères Wright et JW Dunne ont parfois piloté un avion comme un cerf-volant afin de le développer et de confirmer ses caractéristiques de vol, avant d'ajouter un moteur et des commandes de vol, et de le piloter comme un avion.

Les usages

Cerf-volant dragon chinois de plus de cent pieds de long qui a volé à Berkeley, Californie , festival de cerf-volant en 2000
Applications militaires

Les cerfs-volants ont été utilisés pour la signalisation, pour la livraison de munitions et pour l'observation , en élevant un observateur au-dessus du champ de bataille et en utilisant la photographie aérienne par cerf-volant .

Science et météorologie

Les cerfs-volants ont été utilisés à des fins scientifiques, comme la célèbre expérience de Benjamin Franklin prouvant que la foudre est de l'électricité . Les cerfs-volants étaient les précurseurs des avions traditionnels et ont joué un rôle déterminant dans le développement des premiers engins volants. Alexander Graham Bell a expérimenté de très grands cerfs-volants de levage d'homme , tout comme les frères Wright et Lawrence Hargrave . Les cerfs-volants ont eu un rôle historique dans le levage d'instruments scientifiques pour mesurer les conditions atmosphériques pour les prévisions météorologiques .

Antennes radio et balises lumineuses

Les cerfs-volants peuvent être utilisés pour transporter des antennes radio. Cette méthode a été utilisée pour la station de réception de la première transmission transatlantique par Marconi . Les ballons captifs peuvent être plus pratiques pour de telles expériences, car les antennes portées par un cerf-volant nécessitent beaucoup de vent, ce qui n'est pas toujours possible avec un équipement lourd et un conducteur de terre.

Les cerfs-volants peuvent être utilisés pour transporter des effets lumineux tels que des bâtons lumineux ou des lumières alimentées par batterie.

Traction de cerf-volant
Un cerf-volant de traction à quatre lignes, couramment utilisé comme source d'alimentation pour le kite surf

Les cerfs-volants peuvent être utilisés pour tirer des personnes et des véhicules sous le vent. Des cerfs-volants efficaces de type foil tels que les cerfs- volants motorisés peuvent également être utilisés pour naviguer au près selon les mêmes principes que ceux utilisés par d'autres bateaux à voile, à condition que les forces latérales au sol ou dans l'eau soient redirigées comme avec les quilles, dérives, roues et pales à glace des bateaux à voile traditionnels. Au cours des deux dernières décennies, plusieurs sports de kitesurf sont devenus populaires, tels que le kite buggy, le kite landboarding, le kite boat et le kite surf. Le snowkite est également devenu populaire.

La voile cerf-volant ouvre plusieurs possibilités non disponibles en voile traditionnelle :

  • La vitesse du vent est plus élevée à des altitudes plus élevées
  • Les cerfs-volants peuvent être manœuvrés de manière dynamique, ce qui augmente considérablement la force disponible
  • Il n'est pas nécessaire que les structures mécaniques résistent aux forces de flexion ; les véhicules ou les coques peuvent être très légers ou totalement supprimés
La production d'énergie

Des projets de recherche et de développement conceptuels sont entrepris par plus d'une centaine de participants pour étudier l'utilisation de cerfs-volants dans l'exploitation des courants éoliens à haute altitude pour la production d'électricité.

Utilisations culturelles

Les festivals de cerf-volant sont une forme de divertissement populaire dans le monde entier. Ils comprennent des événements locaux, des fêtes traditionnelles et des grands festivals internationaux.

Dessins

Cerf-volant delta (triangulaire)
Train de cerfs-volants connectés

Les types

Les caractéristiques

L' IAI Heron est un véhicule aérien sans pilote (UAV) avec une configuration à double flèche

Cellule

Les parties structurelles d'un aéronef à voilure fixe sont appelées la cellule. Les pièces présentes peuvent varier selon le type et le but de l'avion. Les premiers types étaient généralement en bois avec des surfaces d'aile en tissu. Lorsque les moteurs sont devenus disponibles pour un vol motorisé il y a environ cent ans, leurs supports étaient en métal. Puis, à mesure que la vitesse augmentait, de plus en plus de pièces devenaient métalliques jusqu'à ce que, à la fin de la Seconde Guerre mondiale, les avions entièrement métalliques soient courants. Dans les temps modernes, l'utilisation croissante de matériaux composites a été faite.

Les pièces structurelles typiques comprennent :

  • Une ou plusieurs grandes ailes horizontales , souvent en forme de profil aérodynamique . L'aile dévie l'air vers le bas lorsque l'avion avance, générant une force de levage pour le soutenir en vol. L'aile offre également une stabilité en roulis pour empêcher l'avion de rouler vers la gauche ou la droite en vol régulier.
L' An-225 Mriya , le plus gros avion du monde, pouvant embarquer une charge utile de 250 tonnes, dispose de deux stabilisateurs verticaux
  • Un fuselage , un corps long et mince, généralement avec des extrémités effilées ou arrondies pour rendre sa forme aérodynamiquement lisse. Le fuselage rejoint les autres parties de la cellule et contient généralement des éléments importants tels que le pilote, la charge utile et les systèmes de vol.
  • Un stabilisateur vertical ou un aileron est une surface verticale en forme d'aile montée à l'arrière de l'avion et dépassant généralement au-dessus de celui-ci. L'aileron stabilise le lacet de l'avion (tourner à gauche ou à droite) et monte le gouvernail qui contrôle sa rotation le long de cet axe.
  • Un stabilisateur horizontal , généralement monté à la queue près du stabilisateur vertical. Le stabilisateur horizontal est utilisé pour stabiliser le tangage de l'avion (inclinaison vers le haut ou vers le bas) et monte les ascenseurs qui assurent le contrôle du tangage.
  • Train d'atterrissage , un ensemble de roues, de patins ou de flotteurs qui soutiennent l'avion lorsqu'il est en surface. Sur les hydravions, le fond du fuselage ou des flotteurs (pontons) le supporte lorsqu'il est sur l'eau. Sur certains avions, le train d'atterrissage se rétracte pendant le vol pour réduire la traînée.

Ailes

Les ailes d'un aéronef à voilure fixe sont des avions statiques s'étendant de chaque côté de l'aéronef. Lorsque l'avion se déplace vers l'avant, l'air s'écoule sur les ailes qui sont formées pour créer de la portance.

Structure de l'aile

Les cerfs-volants et certains planeurs et avions légers ont des surfaces d'aile flexibles qui sont étirées sur un cadre et rendues rigides par les forces de portance exercées par le flux d'air au-dessus d'eux. Les avions plus gros ont des surfaces d'aile rigides qui offrent une résistance supplémentaire.

Qu'elles soient flexibles ou rigides, la plupart des ailes ont un cadre solide pour leur donner leur forme et pour transférer la portance de la surface de l'aile au reste de l'avion. Les principaux éléments structurels sont un ou plusieurs longerons allant de la racine à la pointe et de nombreuses nervures allant du bord d'attaque (avant) au bord de fuite (arrière).

Les premiers moteurs d'avion avaient peu de puissance et la légèreté était très importante. De plus, les premières sections de profil aérodynamique étaient très minces et ne pouvaient pas avoir de cadre solide installé à l'intérieur. Ainsi, jusque dans les années 1930, la plupart des ailes étaient trop légères pour avoir suffisamment de résistance et des entretoises et des fils de contreventement externes ont été ajoutés. Lorsque la puissance disponible du moteur a augmenté au cours des années 1920 et 1930, les ailes ont pu être rendues suffisamment lourdes et solides pour que le contreventement ne soit plus nécessaire. Ce type d'aile non contreventée s'appelle une aile cantilever .

Configuration de l'aile

Monoplan parasol haubané Morane-Saulnier L Capturé

Le nombre et la forme des ailes varient considérablement selon les types. Un plan d'aile donné peut être de pleine envergure ou divisé par un fuselage central en ailes bâbord (gauche) et tribord (droite). Parfois, encore plus, des ailes ont été utilisées, le triplan à trois ailes ayant acquis une certaine renommée pendant la Première Guerre mondiale. Le quadruplan à quatre ailes et d'autres conceptions multiplans ont eu peu de succès.

Un monoplan , qui dérive du préfixe, mono signifie un ce qui signifie qu'il a un seul plan d'aile, un biplan en a deux empilés l'un au-dessus de l'autre, une aile en tandem en a deux placés l'un derrière l'autre. Lorsque la puissance disponible du moteur a augmenté au cours des années 1920 et 1930 et que le contreventement n'était plus nécessaire, le monoplan non contreventé ou en porte-à-faux est devenu la forme la plus courante de type motorisé.

La forme en plan de l'aile est la forme vue d'en haut. Pour être aérodynamiquement efficace, une aile doit être droite avec une longue envergure d'un côté à l'autre mais avoir une corde courte ( allongement élevé ). Mais pour être structurellement efficace, et donc légère, une aile doit avoir une envergure courte mais suffisamment de surface pour fournir de la portance (faible allongement).

À des vitesses transsoniques, proches de la vitesse du son , il aide à balayer l'aile vers l'arrière ou vers l'avant pour réduire la traînée des ondes de choc supersoniques lorsqu'elles commencent à se former. L' aile balayée est juste une aile droite balayée vers l'arrière ou vers l'avant.

Deux prototypes Dassault Mirage G , un avec des ailes en flèche (en haut)

L' aile delta est une forme de triangle qui peut être utilisée pour un certain nombre de raisons. En tant qu'aile Rogallo flexible , elle permet une forme stable sous les forces aérodynamiques, et est donc souvent utilisée pour les cerfs-volants et autres embarcations ultralégères. En tant qu'aile supersonique, elle combine une grande résistance avec une faible traînée et est donc souvent utilisée pour les jets rapides.

Une aile à géométrie variable peut être changée en vol en une forme différente. L' aile à balayage variable passe d'une configuration droite efficace pour le décollage et l'atterrissage à une configuration balayée à faible traînée pour un vol à grande vitesse. D'autres formes de plan variable ont été pilotées, mais aucune n'a dépassé le stade de la recherche.

Fuselage

Un fuselage est un corps long et mince, généralement avec des extrémités effilées ou arrondies pour rendre sa forme aérodynamiquement lisse. La plupart des aéronefs à voilure fixe ont un seul fuselage, souvent appelé simplement "le corps". D'autres peuvent avoir deux fuselages ou plus, ou le fuselage peut être équipé de flèches de chaque côté de la queue pour permettre l'utilisation de l'extrême arrière du fuselage.

Le fuselage peut contenir un équipage de conduite , des passagers, du fret ou une charge utile , du carburant et des moteurs. Les aéronefs sans pilote (drones) n'ont généralement pas de pilote ni d'autre équipage de conduite ou de passagers à bord. Les planeurs n'ont généralement pas de carburant ou de moteurs, bien que certaines variantes telles que les planeurs à moteur et les planeurs - fusées en aient pour une utilisation temporaire ou facultative.

Les pilotes d'aéronefs à voilure fixe habités les contrôlent généralement depuis l'intérieur d'un cockpit , généralement situé à l'avant ou au sommet du fuselage, équipé de commandes et généralement de hublots et d'instruments. Les aéronefs ont souvent deux pilotes ou plus, avec un commandant général (le «pilote») et un ou plusieurs «copilotes». Sur les avions plus gros, un navigateur est généralement également assis dans le cockpit. Certains aéronefs militaires ou spécialisés peuvent également avoir d'autres membres d'équipage de conduite dans le cockpit.

Dans les petits aéronefs, les passagers sont généralement assis derrière le ou les pilotes dans la même cabine, bien que parfois un siège passager puisse être à côté ou même devant le pilote. Les avions de passagers plus gros ont une cabine passagers séparée ou parfois des cabines physiquement séparées du cockpit.

Ailes contre corps

Aile volante

Le B-2 Spirit produit aux États-Unis , un bombardier stratégique capable de missions intercontinentales, a une configuration d'aile volante

Une aile volante est un avion sans queue qui n'a pas de fuselage défini , la plupart de l'équipage, de la charge utile et de l'équipement étant logés à l'intérieur de la structure principale de l'aile.

La configuration de l'aile volante a été largement étudiée dans les années 1930 et 1940, notamment par Jack Northrop et Cheston L. Eshelman aux États-Unis, et Alexander Lippisch et les frères Horten en Allemagne. Après la guerre, un certain nombre de conceptions expérimentales étaient basées sur le concept d'aile volante. Un certain intérêt général s'est poursuivi jusqu'au début des années 1950, mais les conceptions n'offraient pas nécessairement un grand avantage en termes de portée et présentaient un certain nombre de problèmes techniques, conduisant à l'adoption de solutions "conventionnelles" comme le Convair B-36 et le B-52 Stratofortress . En raison du besoin pratique d'une aile profonde, le concept d'aile volante est le plus pratique pour les conceptions dans la plage de vitesse lente à moyenne, et il y a eu un intérêt continu à l'utiliser comme conception d' avion de transport tactique .

L'intérêt pour les ailes volantes a été renouvelé dans les années 1980 en raison de leurs sections efficaces de réflexion radar potentiellement faibles. La technologie furtive repose sur des formes qui ne reflètent que les ondes radar dans certaines directions, ce qui rend l'avion difficile à détecter à moins que le récepteur radar ne se trouve à une position spécifique par rapport à l'avion - une position qui change continuellement au fur et à mesure que l'avion se déplace. Cette approche a finalement conduit au bombardier furtif Northrop B-2 Spirit . Dans ce cas, les avantages aérodynamiques de l'aile volante ne sont pas les besoins primaires. Cependant, les systèmes de vol électriques modernes contrôlés par ordinateur ont permis de minimiser de nombreux inconvénients aérodynamiques de l'aile volante, ce qui en fait un bombardier à longue portée efficace et stable.

Corps d'aile mélangé

Modèle généré par ordinateur du Boeing X-48

Les avions à corps d'aile mixte ont un corps aplati et en forme de profil aérodynamique, qui produit la majeure partie de la portance pour se maintenir en l'air, et des structures d'aile distinctes et séparées, bien que les ailes se fondent en douceur avec le corps.

Ainsi, les avions à corps d'aile mixte intègrent des caractéristiques de conception provenant à la fois d'un fuselage futuriste et d'une conception d'aile volante. Les prétendus avantages de l'approche du corps d'aile mixte sont des ailes à portance élevée efficaces et un corps en forme de profil aérodynamique large . Cela permet à l'ensemble du bateau de contribuer à la génération de portance avec pour résultat une économie de carburant potentiellement accrue.

Corps de levage

Le Martin Aircraft Company X-24 a été construit dans le cadre d'un programme militaire expérimental américain de 1963 à 1975

Un corps portant est une configuration dans laquelle le corps lui-même produit de la portance . Contrairement à une aile volante , qui est une aile avec peu ou pas de fuselage conventionnel , un corps porteur peut être considéré comme un fuselage avec peu ou pas d'aile conventionnelle. Alors qu'une aile volante cherche à maximiser l'efficacité de croisière à des vitesses subsoniques en éliminant les surfaces non porteuses, les corps de levage minimisent généralement la traînée et la structure d'une aile pour les vols subsoniques, supersoniques et hypersoniques , ou la rentrée des engins spatiaux . Tous ces régimes de vol posent des défis pour une bonne stabilité de vol.

Les corps de levage étaient un domaine de recherche majeur dans les années 1960 et 1970 comme moyen de construire un vaisseau spatial habité petit et léger. Les États-Unis ont construit un certain nombre de célèbres avions-fusées à corps élévateur pour tester le concept, ainsi que plusieurs véhicules de rentrée lancés par fusée qui ont été testés au-dessus du Pacifique. L'intérêt a diminué lorsque l' US Air Force a perdu tout intérêt pour la mission habitée, et un développement majeur a pris fin pendant le processus de conception de la navette spatiale lorsqu'il est devenu clair que les fuselages très formés rendaient difficile l'installation du réservoir de carburant.

Empennage et avant-plan

L'aile à profil aérodynamique classique est instable en vol et difficile à contrôler. Les types d'ailes flexibles dépendent souvent d'une ligne d'ancrage ou du poids d'un pilote suspendu en dessous pour maintenir la bonne attitude. Certains types de vol libre utilisent une voilure adaptée qui est stable, ou d'autres mécanismes ingénieux dont, plus récemment, la stabilité artificielle électronique.

Mais afin d'obtenir une assiette, une stabilité et un contrôle, la plupart des types d'ailes fixes ont un empennage comprenant une dérive et un gouvernail qui agissent horizontalement et un empennage et une gouverne de profondeur qui agissent verticalement. Ceci est si courant qu'il est connu sous le nom de disposition conventionnelle. Parfois, il peut y avoir deux ailettes ou plus, espacées le long de l'empennage.

Canards sur la Saab Viggen

Certains types ont un avant-plan horizontal " canard " devant l'aile principale, au lieu de derrière elle. Cet avant-plan peut contribuer à l'assiette, à la stabilité ou au contrôle de l'aéronef, ou à plusieurs d'entre eux.

Commandes de l'avion

Contrôle du cerf-volant

Les cerfs-volants sont contrôlés par des fils qui descendent jusqu'au sol. En règle générale, chaque fil agit comme une attache à la partie du cerf-volant à laquelle il est attaché.

Commandes d'avions en vol libre

Les planeurs et les avions ont des systèmes de contrôle plus complexes, surtout s'ils sont pilotés.

Cockpit typique d'un avion léger ( Cessna 150 M) avec commandes

Les commandes principales permettent au pilote de diriger l'avion dans les airs. Typiquement ce sont :

  • Le joug ou le joystick contrôle la rotation de l'avion autour des axes de tangage et de roulis. Un joug ressemble à un volant et un manche de commande est un joystick. Le pilote peut incliner l'avion en poussant sur le joug ou le manche, et incliner l'avion en tirant dessus. Le roulis de l'avion est accompli en tournant le joug dans la direction du roulis désiré, ou en inclinant le manche de commande dans cette direction.
  • Les pédales de gouvernail contrôlent la rotation de l'avion autour de l'axe de lacet. Il y a deux pédales qui pivotent de sorte que lorsque l'une est enfoncée vers l'avant, l'autre recule et vice versa. Le pilote appuie sur la pédale droite du palonnier pour faire embarder l'avion vers la droite, et appuie sur la pédale gauche pour le faire embarder vers la gauche. Le gouvernail est utilisé principalement pour équilibrer l'avion dans les virages, ou pour compenser les vents ou d'autres effets qui ont tendance à faire tourner l'avion autour de l'axe de lacet.
  • Sur les types motorisés, une commande d'arrêt du moteur ("coupure de carburant", par exemple) et, généralement, un levier d' accélérateur ou de poussée et d'autres commandes, telles qu'une commande de mélange de carburant (pour compenser les changements de densité de l'air avec le changement d'altitude).

Les autres contrôles courants incluent :

  • Leviers de volets , qui sont utilisés pour contrôler la position de braquage des volets sur les ailes.
  • Les leviers de spoiler, qui servent à contrôler la position des spoilers sur les ailes, et à armer leur déploiement automatique dans les avions conçus pour les déployer à l'atterrissage. Les spoilers réduisent la portance pour l'atterrissage.
  • Les commandes de trim , qui prennent généralement la forme de boutons ou de molettes et sont utilisées pour régler le tangage, le roulis ou le lacet. Ceux-ci sont souvent reliés à de petits profils aérodynamiques sur le bord de fuite des gouvernes appelés «trim tabs». Le compensateur est utilisé pour réduire la quantité de pression sur les forces de commande nécessaires pour maintenir un cap régulier.
  • Sur les types à roues, les freins sont utilisés pour ralentir et arrêter l'avion au sol, et parfois pour les virages au sol.

Un engin peut avoir deux sièges pilotes avec double commande, permettant à deux pilotes de se relayer. Ceci est souvent utilisé pour la formation ou pour des vols plus longs.

Le système de contrôle peut permettre une automatisation totale ou partielle du vol, tel qu'un pilote automatique , un niveleur d'aile ou un système de gestion de vol . Un aéronef sans pilote n'a pas de pilote mais est contrôlé à distance ou via des moyens tels que des gyroscopes ou d'autres formes de contrôle autonome.

Instruments de pilotage

Sur les aéronefs à voilure fixe habités, les instruments fournissent des informations aux pilotes, y compris le vol , les moteurs , la navigation , les communications et d'autres systèmes d'aéronef qui peuvent être installés.

Les six instruments de vol de base.
Rangée du haut (de gauche à droite) : anémomètre, indicateur d'assiette, altimètre.
Rangée du bas (de gauche à droite) : coordinateur de virage, indicateur de cap, indicateur de vitesse verticale.

Les six instruments de base, parfois appelés "six pack", sont les suivants :

  1. L' anémomètre (ASI) indique la vitesse à laquelle l'avion se déplace dans l'air ambiant.
  2. L' indicateur d'attitude (AI) , parfois appelé horizon artificiel , indique l'orientation exacte de l'avion autour de ses axes de tangage et de roulis .
  3. L' altimètre indique l'altitude ou la hauteur de l'avion au-dessus du niveau moyen de la mer (AMSL).
  4. L' indicateur de vitesse verticale (VSI) , ou variomètre , indique la vitesse à laquelle l'avion monte ou descend .
  5. L' indicateur de cap (HI) , parfois appelé gyroscope directionnel (DG) , indique la direction du compas magnétique vers laquelle pointe le fuselage de l'avion. La direction réelle vers laquelle l'avion vole est affectée par les conditions de vent.
  6. Le coordinateur de virage (TC) , ou indicateur de virage et d'inclinaison , aide le pilote à contrôler l'avion dans une attitude coordonnée pendant le virage.

Les autres instruments du poste de pilotage peuvent inclure :

Voir également

Références

Remarques

  • En 1903, lorsque les frères Wright utilisèrent le mot, "avion" (un terme anglais britannique qui peut aussi signifier avion en anglais américain ) signifiait aile, pas l'avion entier. Voir le texte de leur brevet. Brevet 821 393 - Brevet des frères Wright pour "Flying Machine"

Citations

Bibliographie

  • Blatner, David. The Flying Book: Tout ce que vous vous êtes déjà demandé sur le vol en avion . ISBN  0-8027-7691-4

Liens externes

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