Comment les effets du sol altèrent le levage et la descente pendant le décollage et l'atterrissage

Le mécanisme aérodynamique de l'effet de terre

L'effet sol est une réponse aérodynamique prévisible qui se produit lorsqu'un aéronef opère à l'intérieur d'une envergure de quelque une aile du sol. La surface solide limite physiquement le débit d'air tridimensionnel autour de l'aile, et plus particulièrement les tourbillons d'ailes. En air libre, une aile produit une levée en créant une pression différentielle plus élevée en dessous, plus basse. Cette différence entraîne une écoulement spandulaire qui se roule dans des tourbillons traînants aux ailes, ce qui induit un lavage qui réduit l'angle d'attaque effectif et génère une traînée induite. Lorsque le sol est proche, la surface interfère avec le développement du vortex, rétrécissant leur diamètre et réduisant leur énergie de rotation. L'angle de lavage diminue, l'angle d'attaque local augmente efficacement et le coefficient de traînée induit chute fortement. L'aile se comporte comme si elle avait un rapport d'aspect plus élevé, produisant plus de lifting pour moins de traînée.

L'effet est le plus fort dans une hauteur égale au quart de l'envergure et l'effet de décrochage d'une envergure d'aile. Pour un avion d'aviation général de 36 pieds, les changements les plus critiques se produisent sous 9 pieds; pour un Boeing 737 avec une portée de 117 pieds, l'effet de décrochage commence autour de 30 pieds et est le plus fort sous 10 pieds. Cette dépendance en hauteur explique pourquoi les gros jets nécessitent une technique de fusée différente de celle des avions légers. L'effet est instantané et réversible : dès que l'avion monte au-dessus d'une envergure d'aile, les tourbillons se reforment complètement et la traînée induite revient à sa valeur en plein air.

Comment l'effet de terre diminue la vitesse induite

La traînée induite est la source dominante à basse vitesse, comme lors du décollage et de l'atterrissage. L'effet de sol supprime le système vortex, réduisant la traînée induite de 40 à 50 pour cent à une hauteur de 10 pour cent de l'envergure, selon les études NASA Glenn Research Center. Cette réduction a plusieurs conséquences opérationnelles:

• Accélération et décollage:[ Une traînée totale plus faible permet à l'aéronef d'accélérer plus rapidement pendant la course au décollage, atteignant la vitesse de rotation à une distance plus courte. Une fois l'effet de l'air au sol, l'ascenseur supplémentaire et la traînée plus faible permettent à l'aéronef de monter ou d'accélérer avec moins de puissance, bénéfique pour les pistes courtes ou douces.
• Flottement à l'atterrissage:[ Sans la traînée induite habituelle pour saigner hors de la vitesse, un aéronef entrant au sol pendant la fusée a tendance à flotter des distances considérables avant de se toucher. Un Cessna 172 transportant un extra 5 nœuds sur la dernière peut flotter 500 pieds ou plus.
• L'angle de décrochage peut se déplacer légèrement en effet au sol; certaines ailes s'arrêtent à un angle légèrement inférieur en raison d'un changement de lavage et d'un écoulement de la travée.
• Le nombre de changements de la taille: Le lavage de la queue modifié affecte l'efficacité de la queue. Certains aéronefs subissent un moment de tangage en piqué entrant dans l'effet au sol, tandis que d'autres se renflouent.

Effet de sol pendant le décollage

La rotation à la bonne vitesse utilise une élévateur améliorée pour briser le sol en douceur. Dans de nombreux aéronefs légers, la rotation recommandée et les vitesses de montée initiales supposent une brève accélération au sol avant de s'en sortir. Une technique courante est le décollage en champ mou : décoller à la vitesse la plus basse possible et maintenir l'avion juste au-dessus de la piste en effet au sol pendant que la vitesse s'élève vers Vy. Cela exploite la traînée réduite pour accélérer et soulever l'excès de charge pour empêcher le tassement.

Les pilotes doivent éviter de se mettre derrière la courbe de puissance. ► La rotation trop tôt à un angle d'attaque trop élevé peut entraîner une traînée de la poussée élevée (même réduite) à la poussée supérieure, entraînant une condition de moussage. Si cela se produit, pousser le nez légèrement vers l'avant pour rester en effet au sol et gagner de la vitesse. Une autre erreur courante est la rétractation des volets trop tôt; les volets modifient l'accord efficace de l'aile et la région de l'effet au sol.

Effet de sortie du sol : la sensation de fuite

L'effet de sortie produit une sensation de ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Effet du sol pendant l'atterrissage

L'effet de la fusée éclairante est le plus sensible à la manipulation. Lorsque l'avion descend dans l'effet de sol, la traînée induite et la courbe de levage s'enfoncent, créant ainsi un flotteur prononcé. Quelques noeuds de vitesse d'approche excessive peuvent transporter l'avion au-delà de la zone de toucher-bas prévue, risquant de se retourner ou de se renverser. Les entrées de contrôle du vent croisé peuvent également être affectées parce que la résistance réduite au vortex diminue l'efficacité de l'aileron.

Ballonnage, marsouinage et débarquements à vue

La mauvaise gestion des effets au sol conduit souvent à des ballons (un pas trop agressif provoquant une montée temporaire) ou à des marsouins (un rebond en raison d'un pas alternatif). La réponse correcte est de maintenir l'assiette en hauteur, de laisser la vitesse se dissiper ou de se déplacer. Dans les opérations d'hydravion, le ballonnement au-dessus de l'eau peut être particulièrement problématique en raison de surfaces inégales et de moins de références visuelles.

Erreurs communes au sujet de l'effet de terre

• -C'est un coussin d'air comme un aéroglisseur. - Bien que souvent décrit comme un coussin, le mécanisme dominant est la suppression du vortex et la réduction du lavage, pas l'air comprimé.
• ─ L'effet de sol sortant provoque toujours un décrochage. ─ L'aéronef subit une augmentation de la traînée, et non un décrochage, à moins que le pilote ne se méprenne à la hauteur.
• ─ Vous devriez toujours monter le plus rapidement possible. ─ Sur les pistes courtes, limitées à des obstacles, rester au sol pour accélérer vers Vx ou Vy peut en fait raccourcir la distance de dégagement des obstacles.
• )?Seuls les petits aéronefs sont touchés.[ Les gros avions à grandes travées ont un effet de sol important.
• . Les surfaces rugueuses ou poreuses (toute l'herbe) peuvent réduire légèrement l'effet, mais pour le vol pratique les différences sont mineures.

Meilleures pratiques pour les pilotes

Décollage

• Rotation au constructeur , vitesse recommandée et permettre l'accélération en effet au sol avant d'établir une montée positive. Retirer les volets sur le calendrier.
• Sur les champs mous, décollez à la vitesse minimale et maintenez l'effet au sol jusqu'à atteindre une vitesse de montée sûre. Utilisez une montée peu profonde pour passer en douceur.
• En altitude haute densité, attendez-vous à un segment d'accélération plus long à effet de sol et à un évier prononcé en quittant le coussin.

Débarquement

• Volez une approche stabilisée à la vitesse cible correcte (1,3 Vso plus facteur de rafale).
• Lancer l'éruption à la hauteur appropriée (10-15 pieds pour les avions légers) et réduire le pas à mesure que la vitesse se décroît. N'attendez pas que le coussin enfonce l'avion.
• Dans des conditions de vent rafale ou de vent de travers, ajouter une petite marge de vitesse, mais projeter de piloter l'avion sur la piste avec un flotteur minimal.
• Si un rebond ou un ballon se produit, maintenir l'assiette de tangage ou faire le tour. Éviter de forcer l'aéronef au sol.

Considérations avancées : Opérations d'aéronefs lourds et multimoteurs

Dans les avions à turbofan lourd, la réduction de la traînée induite est moins spectaculaire en pourcentage, mais le changement de traînée absolu affecte toujours les performances d'atterrissage. La prévention de la traînée de queue est un objectif principal : le coussin à effet sol peut causer un flotteur prolongé, exigeant une réduction précise de la tangage pour régler le train principal doucement. Dans les avions multimoteurs, la montée au décollage est divisée en segments : la première (effet au sol à 35 pieds) bénéficie d'une traînée réduite; la seconde (35 à 400 pieds) voit une traînée accrue.

Pour plus de détails, le FAA Pilots Handbook of Aeronautical Knowledge (Chapitre 5) fournit un texte fondamental. SKYbrary recueille des rapports de sécurité opérationnelle sur les incidents liés aux effets au sol. AOPA Air Safety Institute[ offre des ressources de formation sur la gestion des effets au sol pour les pilotes d'aviation générale.