Que sont les flaps et comment fonctionnent-ils?

Les volets sont des dispositifs de levage à haute hauteur montés sur le bord de fuite (et parfois le bord d'attaque) d'une aile d'aéronef. Lorsqu'ils sont déployés, ils augmentent la cambrure (courbure) et la surface de l'aile, produisant plus de levage à une vitesse donnée.

Les avions modernes utilisent plusieurs types de volets, chacun ayant des effets aérodynamiques spécifiques :

  • Flaves enduites – Surfaces simples à charnières qui augmentent le cambre. Elles ajoutent un lifting modéré avec une augmentation de traînée relativement petite.
  • Flaves split – Prolongez-vous de la surface inférieure de l'aile seulement, créant une traînée élevée et un lifting modéré.
  • Flabbs à glissière – Avoir un espace entre le volet et l'aile qui permet à l'air à haute énergie de circuler au-dessus du sommet, retardant la séparation et stimulant l'ascenseur.
  • Flaves de chasse – Glissez vers l'arrière avant de vous diriger vers le bas, augmentant la surface des ailes (cord) et le cambre.
  • Flaves de coffre[ – Dispositifs de pointe qui se charnièrent vers l'avant depuis le fond de l'aile, augmentant le cambre à des angles d'attaque élevés. Souvent utilisé en conjonction avec des volets de queue.

Le type de volets et son réglage (angle d'extension) sont des paramètres critiques que les pilotes et les ingénieurs de performance évaluent pour atteindre la distance de décollage la plus courte possible tout en maintenant des gradients de montée sûrs.

L'aérodynamique du déploiement des flaps

Pour une zone d'aile donnée, le coefficient de levage (CL[ augmente à mesure que les volets sont étendus. Cela signifie que l'aéronef peut générer l'ascenseur nécessaire au décollage à une vitesse plus faible, réduisant ainsi le roulis au sol nécessaire pour accélérer. Cependant, l'extension du volet augmente également le coefficient de traînée (CD. La clé pour une performance optimale au décollage est d'équilibrer ces deux effets.

Le déploiement des volets aérodynamique déplace la courbe de levage vers le haut et vers la gauche. L'angle de décrochage diminue parce que la cambre augmente le débit d'air sur la surface supérieure, mais le coefficient de levage maximal (CLmax) augmente considérablement. Par exemple, un Cessna 172 typique avec des volets complètement étendus (40°) peut atteindre un CLmax] presque doubler celui de la configuration propre.

La traînée augmente également en raison de la traînée de forme accrue et de la traînée induite par le levage plus élevé. Cependant, si les volets sont trop prolongés, la pénalité pour la traînée peut ralentir l'accélération ou même empêcher l'aéronef d'atteindre une vitesse de montée sûre.

Paramètres de la flamme et les trois phases du décollage

Un décollage est généralement divisé en trois segments : la roulis au sol, la transition (rotation vers le décollage) et la montée initiale. Chaque segment est affecté par la sélection des volets de manière distincte.

Réduction des rouleaux de terre

La vitesse de décollage de l'aéronef (VLOF[) à une vitesse réelle inférieure. Comme le temps d'accélération est plus court, la distance de roulis au sol se rétrécit. Par exemple, un avion de ligne de taille moyenne peut réduire sa vitesse de décollage de 15 à 30 % lorsqu'il utilise un réglage de la vitesse de déclenchement de 10 à 15° par rapport à la vitesse de montée des volets.

Cependant, la traînée supplémentaire des volets peut ralentir l'accélération au début du roulis. Pour atténuer cette situation, de nombreuses procédures exigent que l'accélérateur soit porté à la puissance maximale avant de relâcher les freins; la pénalité pour la traînée est plus perceptible à basse vitesse.

Vitesse de rotation et distance de levage

La vitesse de rotation (VR est la vitesse à laquelle le pilote se retire sur le empiècement pour lever le nez. Les réglages de la flamme affectent directement VR. Les réglages de la partie inférieure du volet nécessitent une vitesse plus élevée VR]]][FLT:][FLT:][FLT:][FLT:][FLT:][FLT:][FLT:][FLT:][FLT:][FLT:][FLT:][FLT:][FLT:][FLT:][FLT:][FLT:][FLT:]][FLT:[FLT:]][F][F][FLT

Gradient initial de montée

Dès le décollage, l'aéronef doit atteindre un gradient de montée positif. Les volets augmentent le levage mais aussi la traînée. À une puissance donnée, la poussée excessive (flâce à la traînée) détermine l'angle de montée. Si la traînée de la piste est excessive, le gradient de montée peut devenir dangereusement peu profond – une condition qui peut être fatale près des obstacles. Par conséquent, le réglage du volet sélectionné doit s'assurer que l'aéronef peut sortir des obstacles au-delà de l'extrémité de la piste.

Échanges : Amélioration de l'ascenseur et peine de dragage

La décision centrale dans la sélection des volets est combien de lifting contre la traînée est acceptable pour le décollage spécifique. Une idée erronée commune est que -plus de volets sont toujours mieux pour les champs courts.

Pourquoi le maximum de flap n'est pas toujours le meilleur

Lorsque les volets sont étendus à la position maximale admissible de décollage (souvent de 30 à 40° dans un aéronef léger), la traînée augmente tellement que l'aéronef peut avoir du mal à accélérer le point de décollage. Le pilote peut être contraint de maintenir l'aéronef au sol plus longtemps pour gagner de la vitesse, niant l'avantage de la montée. De plus, la pénalité de traînée dans la montée initiale peut limiter le taux de montée.

Exigences relatives au deuxième segment

Selon les normes de certification (p. ex., partie 25 de la FAR pour les aéronefs de transport), la trajectoire de vol au décollage comprend une deuxième montée en segment – de 35 pieds (ou 50 pieds dans certains cas) jusqu'au point où les volets peuvent être rétractés. L'aéronef doit démontrer un gradient de montée minimal avec un moteur inopérant. Des réglages plus élevés des volets réduisent le gradient de montée disponible, de sorte que le fabricant recommande que le réglage des volets au décollage soit toujours un compromis entre la performance en longueur de champ et la capacité de montée monomoteur.

Facteurs qui influencent la sélection optimale des flaps

Aucun réglage de volets ne fonctionne pour chaque départ. Les pilotes doivent calculer le meilleur réglage pour chaque décollage en fonction de plusieurs variables.

Poids et centre de gravité de l'aéronef

Les avions lourds ont besoin de plus de levage pour se déplacer en vol, de sorte qu'ils bénéficient d'une plus grande déflexion des volets. Cependant, la position du centre de gravité (CG) est également importante. Un CG avant réduit le levier de la queue pour la rotation, ce qui peut nécessiter un réglage plus élevé des volets pour aider à relever le nez.

Longueur de piste et conditions de surface

Sur une piste mouillée ou glacée, le freinage n'est pas un facteur au décollage, mais une friction réduite peut allonger légèrement le roulis au sol; des volets modérés contribuent à atténuer ce phénomène. Sur un terrain mou (herbe, boue, sable), l'ascenseur supplémentaire provenant de volets augmentés permet à l'avion de décoller plus tôt, réduisant ainsi le risque de se mettre en emboîtement.

Altitude de densité (température et pression)

La vitesse de l'avion doit être plus élevée et plus élevée pour que l'air puisse décoller – et cela prend plus de temps. Les réglages plus élevés des volets peuvent aider à augmenter CLmax[, ce qui compense partiellement la perte de densité. Cependant, à des altitudes de densité extrêmes, la puissance du moteur est également réduite. Dans de telles conditions, le réglage optimal des volets peut être plus bas qu'au niveau de la mer pour éviter une traînée excessive que le moteur affaibli ne peut surmonter.

Exigences relatives à l'autorisation des obstacles

Si un obstacle (arbres, bâtiments, terrains) se trouve près de l'extrémité de départ de la piste, l'aéronef doit grimper en pente raide immédiatement après le décollage. Un réglage modéré des volets (souvent le réglage du dégagement d'obstacles du constructeur) offre une pente de montée plus élevée que les volets complets.

Utilisation des flaps dans les aéroports de haute altitude

L'exploitation à partir d'aéroports à haute altitude (p. ex. Denver, Colorado; La Paz, Bolivie) ajoute un défi supplémentaire. La combinaison d'une faible densité d'air et d'une puissance réduite du moteur exige un choix prudent des volets. De nombreux fabricants fournissent une table de correction d'altitude ou de température.

Paramètres de la flamme en pratique : Aéronefs communs

La procédure de sélection des volets varie selon le type d'aéronef. L'examen d'exemples typiques clarifie les principes.

Petite aviation générale (Cessna 172, Piper Cherokee)

Pour les décollages en terrain court, il est également recommandé de disposer de volets de 10° (ou parfois de 20° dans le modèle 172S). Les volets complets (30° ou 40°) sont utilisés uniquement en terrain mou et sont immédiatement rétractés une fois l'altitude sécuritaire atteinte. On enseigne aux pilotes que plus de 10° de volets au décollage augmente suffisamment la traînée pour réduire les performances de montée.

Catégorie de transport (Boeing 737, Airbus A320)

Les avions utilisent un réglage de volets désigné par degrés : les volets de décollage typiques sont de 737, soit 5°, 10° ou 15°, selon le poids, la longueur de piste et la température. L'Airbus A320 utilise des configurations 1 rabat de bord de piste (18° avec lattes), 2 volets de bord de piste (20° avec lattes), ou 3 volets de bord de piste (22° avec lattes complètement prolongées) pour décoller. Ces réglages produisent une longueur de champ de décollage qui satisfait la certification sans compromettre la montée du deuxième segment avec un moteur inexploité.

Opérations spéciales (champ court, champ mou)

En vol en brousse, où les pistes sont extrêmement courtes et difficiles, les pilotes peuvent utiliser des volets au-delà de la portée normale, même des volets partiels pour les décollages de style d'atterrissage. Par exemple, le de Havilland DHC‐2 Beaver utilise des volets de 20 à 40° pour les départs en court-terme. Ces aéronefs ont une charge d'aile faible, de sorte que la pénalité de drag est gérable.

Considérations en matière de réglementation et de sécurité

Le cadre réglementaire de l'aviation permet aux pilotes de fonder leur sélection sur des données de rendement validées plutôt que sur des hypothèses.

Données de performance des manuels de vol

Chaque aéronef certifié possède un manuel d'exploitation (POH) ou un manuel de vol (AFM) qui comprend des tableaux de performance et des graphiques pour différents réglages des volets, poids, altitudes, températures et conditions du vent. Ces données sont tirées des essais en vol et représentent les performances minimales garanties.

Sélection réduite de décollage et de flammes

Les compagnies aériennes utilisent souvent une poussée réduite (décollage à température présumée ou déterminée) pour économiser les coûts d'entretien du moteur. Le réglage choisi doit rester compatible avec la poussée réduite. Si un réglage plus élevé du rabat est utilisé avec une poussée réduite, le gradient de montée peut devenir marginal.

Défauts et défaillances de la flamme

Si les volets ne s'étendent pas symétriquement ou du tout, les pilotes doivent se fier à d'autres procédures. La plupart des exploitants ont un tableau de performance --pas de décollage de volets ou --décollage, qui suppose qu'il n'y a pas d'extension de volets. Ces décollages nécessitent des pistes beaucoup plus longues et entraînent une vitesse de rotation plus élevée.

FAA Airplane Flying Handbook fournit des conseils complets sur les performances de décollage et l'utilisation des volets.

Boeing Aero Magazine - - offre un regard en profondeur sur les opérations des avions de ligne.

Conclusion: Maîtriser la configuration des flammes

Le réglage approprié des volets est l'un des choix les plus conséquents qu'un pilote fasse avant chaque décollage. Il contrôle directement la rapidité avec laquelle l'avion peut se déplacer et la pente de montée. En comprenant les principes aérodynamiques – le décollage par glissière, l'effet sur la vitesse de rotation et les exigences de l'autorisation d'obstacles – les pilotes peuvent choisir le réglage qui minimise la distance de décollage tout en maintenant la sécurité.

Il n'existe aucune règle unique pour tous les aéronefs et toutes les conditions. Les tableaux de performance, l'expérience et la planification prévol rigoureuse sont indispensables. En fin de compte, maîtriser la configuration des volets signifie comprendre la physique, respecter les compromis et utiliser les données du manuel de vol. Il en résulte un décollage non seulement plus court mais plus sûr, que la piste soit une bande asphaltée de 12 000 pieds ou une parcelle de graminée de 2 000 pieds.