Impact des dispositifs de levage sur les performances de décollage des aéronefs dans les opérations de courte durée

Les appareils de levage de grande hauteur, comme les volets, les lattes et les volets Krueger, comptent parmi les innovations aérodynamiques les plus importantes qui rendent possible une exploitation sur le terrain de courte durée. En modifiant la forme des ailes et les caractéristiques du débit d'air, ces systèmes permettent aux aéronefs de générer le levage nécessaire à des vitesses plus faibles, de réduire la distance de décollage et d'améliorer les marges de sécurité.

Les principes aérodynamiques derrière les dispositifs de levage

Les dispositifs de levage à haut débit augmentent le coefficient maximal de levage (CLmax) d'une aile. Ceci est obtenu principalement par deux mécanismes : augmenter la cambrure des ailes et retarder la séparation du flux d'air. Lorsqu'un volet s'étend, il courbe efficacement le bord de piste de l'aile vers le bas, augmentant l'angle d'attaque par rapport au flux d'air et produisant un coefficient de levage plus élevé.

Types de dispositifs de levage à haut débit

Les systèmes de levage à grande vitesse peuvent être classés selon leur emplacement sur l'aile et leur mode d'exploitation. Les types les plus courants d'aéronefs commerciaux et d'aviation générale comprennent les volets, les lamelles et les volets Krueger.

Flacons

Les fusibles sont des surfaces mobiles fixées au bord de la piste de l'aile. Ils sont classés en plusieurs sous-types en fonction de leur géométrie et de leur mouvement:

  • Les volets enduits se tournent simplement vers le bas, augmentant le cambriolage.
  • Les volets à fente détournent une partie de la surface inférieure de l'aile, augmentant également le cambre, mais avec moins de peine de traînée à faible flexion.
  • Les volets à glissière ont un espace entre le volet et l'aile principale, permettant à l'air à haute énergie de circuler sur le volet et de retarder la séparation.
  • Les volets de chasse traduisent vers l'arrière et vers le bas, augmentant la longueur de l'accord et le cambre. Ils produisent la plus grande augmentation de levage parmi les dispositifs de bord de fuite.

Lattes

Les lamelles sont des dispositifs de bord d'attaque qui se déplacent vers l'avant et vers le bas pour créer une fente entre la lamelle et l'aile. Cette fente accélère le débit d'air sur la surface supérieure de l'aile, réenclenche la couche limite et permet un angle d'attaque plus élevé avant le décrochage.

Arrosages de Krueger

Les volets Krueger sont des panneaux qui s'étendent de la surface inférieure du bord d'attaque de l'aile. Lorsqu'ils sont déployés, ils pivotent vers le bas et vers l'avant, augmentant efficacement la cambrure de l'aile et retardant la séparation. Ils sont plus légers et plus simples que les lamelles, mais offrent une amélioration de l'ascenseur un peu plus petite.

Autres dispositifs de levage

Certains aéronefs utilisent des volets de bord d'attaque (comme les volets Krueger, mais les charnières de la surface supérieure), des systèmes à cambres variables ou des volets soufflés (où l'air saigné par le moteur est dirigé sur la surface des volets pour maintenir le débit attaché), qui sont moins courants, mais peuvent fournir des gains de performance importants pour des opérations spécialisées, comme sur les aéronefs à cargo court.

Comment les dispositifs de levage élevés améliorent les performances de décollage

Au décollage, le but principal est d'accélérer jusqu'à une vitesse à laquelle les ailes peuvent générer suffisamment de levage pour supporter la masse de l'avion, puis de s'éloigner de la piste avec une marge suffisante par rapport à la vitesse de décrochage.

Distance de décollage réduite

En augmentant le coefficient de levage de l'aile, l'aéronef peut devenir aéroporté à une vitesse réelle inférieure.Comme la distance de décollage est proportionnelle au carré de la vitesse de décollage, même une réduction modeste de VR (vitesse de rotation) et de VLOF[ (vitesse de décollage) raccourcit de façon significative la longueur de piste requise. Par exemple, un aéronef de catégorie transport typique peut réduire sa distance de décollage de 20 à 30 % lorsque les volets sont réglés à la position de décollage optimale. Cette réduction est essentielle lorsque l'on exploite des pistes de moins de 5 000 pieds.

Vitesse de décrochage inférieure

La vitesse de décrochage est directement proportionnelle à la racine carrée de la charge d'aile divisée par CLmax[.Les dispositifs de décrochage élevés augmentent C[Lmax[, ce qui réduit la vitesse de décrochage de 1g (VS1. Une vitesse de décrochage plus faible signifie que l'avion a des vitesses de décrochage et de montée initiale (généralement définies comme VR et V[2) sont également plus faibles.

Taux d'escalade amélioré après le décollage

Bien que les dispositifs de levage élevés augmentent la traînée, l'effet net sur les performances de montée à basse vitesse peut être favorable. À la vitesse de décollage, l'avion fonctionne à proximité du rapport maximum de levage au drag pour le réglage des volets. La composante de traînée induite est réduite parce que l'aile produit la montée requise avec moins d'angle d'attaque. Beaucoup d'aéronefs atteignent un gradient de montée initial plus élevé avec des volets réglés à une position de décollage par rapport à une configuration propre.

Exemple : Effets de réglage de la flamme sur la distance de décollage

En choisissant 10 degrés de volets, la vitesse de décrochage diminue de 8 nœuds et la vitesse de décollage diminue en conséquence. La distance de décollage réduit à environ 3 400 pieds, bien à l'intérieur des limites de la piste. Cet exemple illustre pourquoi les dispositifs de levage à haut débit sont considérés comme essentiels pour les opérations sur le terrain de courte durée.

Considérations opérationnelles pour l'utilisation d'appareils de levage à haute hauteur

Bien que les dispositifs de levage à haut débit offrent des avantages de performance évidents, leur déploiement doit être géré avec soin.

Procédures de prolongation et de rétractation

Les listes de vérification de l'aéronef précisent le réglage recommandé des volets (p. ex., volets 5, volets 10, volets 15) en fonction du poids, de la longueur de la piste et des conditions environnementales. Le pilote doit vérifier que les dispositifs sont déployés symétriquement et que les feux indicateurs confirment le fonctionnement normal. Le déploiement asymétrique des volets, qui peut se produire en raison d'une défaillance mécanique ou d'un brouillage, crée un moment de roulis sévère et doit être réglé en avortant le décollage ou en effectuant un décollage rejeté si le vol est inférieur à V1. De même, la rétractation trop tôt (avant d'atteindre une vitesse et une altitude sécuritaires) peut entraîner une perte de l'altitude et de l'altitude.

Pénalités et indemnisation pour les dommages causés par la fraude

Les dispositifs de levage à grande hauteur augmentent à la fois la traînée induite et la traînée de profil. Cette traînée supplémentaire doit être prise en compte pendant le roulis de décollage. L'avion accélère plus lentement par rapport à une configuration propre, exigeant un roulis initial plus long que ce qui est possible avec la même poussée moteur si le levage n'était pas nécessaire. Toutefois, l'augmentation de la traînée compense davantage la traînée supplémentaire en termes de réduction de la vitesse de décollage.

Effets sur le poids et l'équilibre

Un CG avant augmente l'autorité de l'ascenseur nécessaire pour faire pivoter et peut nécessiter un réglage plus élevé des volets pour assurer une rotation à une vitesse sûre. Inversement, un CG arrière réduit la marge d'autorité de l'ascenseur. Les cartes de performance de l'aéronef pour le décollage fournissent souvent des corrections pour le réglage des volets, le poids, l'altitude, la température et le vent. Les pilotes doivent calculer le réglage des volets requis à l'aide de ces cartes, sans jamais dépasser la vitesse maximale de rallonge des volets (VFE) pendant la rétractation.

Techniques de décollage sur terrain court

Pour un décollage en terrain court, l'avion est aligné sur l'axe de piste, les freins sont maintenus et la puissance est réglée au maximum avant le relâchement. Les volets sont réglés au constructeur en terrain court recommandé (souvent supérieur à la normale). Le pilote tourne à VR (calculé pour le poids et la température réels) en utilisant un pas stable pour atteindre la vitesse de montée V2. Après avoir établi un taux de montée positif, le pilote maintient V[2 jusqu'à ce que les obstacles soient franchis.

Facteurs environnementaux

Les pilotes devraient appliquer le réglage maximal autorisé des volets qui fournit encore une pente de montée positive après le décollage. La pente de piste et le vent affectent également les performances de décollage : une pente de descente ou un vent de tête réduit le roulis au sol, tandis qu'un vent arrière augmente. Certains manuels de vol de l'aéronef comprennent des tableaux pour calculer l'effet de ces variables sur le réglage des volets requis.

Aspects de la conception et de la certification des aéronefs

Les systèmes de levage à haut niveau sont conçus pour satisfaire aux exigences de certification énoncées par les autorités aéronautiques telles que la FAA (p. ex., 14 CFR, partie 25 pour la catégorie de transport) et l'AESA. Le règlement précise les gradients de montée minimums avec un moteur en panne (OEI) et avec des volets en position de décollage. L'aéronef doit démontrer qu'avec la panne du moteur critique à V[1, il peut continuer le décollage et dégager un obstacle de 35 pieds (pour les aéronefs de la partie 25) ou un obstacle de 50 pieds (pour la partie 23).

Certains avions modernes utilisent des technologies adaptatives ou de morphage qui combinent une optimisation élevée des élévateurs et une efficacité de croisière. Par exemple, le ]Boeing 787 Dreamliner utilise des volets avancés de bord de piste et des lamelles de bord d'attaque qui sont contrôlés par un système de vol par fil pour obtenir une performance optimale dans toutes les phases de vol. Airbus utilise un système similaire sur l'A350. Ces systèmes règlent automatiquement les positions des volets et des lamelles en fonction du poids, de la vitesse et de la configuration.

Formation et compétences pilotes

Les pilotes doivent également pratiquer le décollage en terrain court avec différents réglages de volets pour internaliser les caractéristiques de la manutention. L'utilisation de dispositifs de levage à grande hauteur est étroitement liée aux procédures d'exploitation normalisées (PON) de la compagnie aérienne. Par exemple, de nombreux PON exigent qu'après le décollage, le pilote ne réduise pas le réglage de volets jusqu'à ce que l'aéronef soit au-dessus de l'altitude minimale de rétraction (habituellement 400 pieds AGL ou plus) et ait atteint un taux de montée positif.

Par exemple, si un aéronef subit une panne moteur après V[1, le pilote ne devrait pas rétracter les volets avant d'avoir établi un taux de montée positif et que l'aéronef soit à une altitude sécuritaire.

Applications réelles dans le monde

Les avions d'aviation générale, comme le Cessna 172, ont souvent des volets à simple et à double portée. Les navetteurs de turbopropulseurs comme le ATR 72 utilisent des volets et des lattes avancés pour fonctionner à partir de courtes pistes régionales. Les transports militaires, comme les C‐130 Hercules, utilisent des dispositifs de levage à haute vitesse (y compris des volets à double glissière et des lattes de bord d'attaque) pour obtenir des performances sur le terrain court à partir de bandes non pavées. Même les derniers jets d'affaires, comme le Gulfstream G700, comptent sur des systèmes optimisés pour assurer des performances concurrentielles au décollage et à l'atterrissage tout en maintenant l'efficacité transonique des croisières.

Pour plus de détails, les règlements FAA fournissent des exigences de certification détaillées pour les systèmes de levage à haut débit. Le Boeing Aero magazine a publié des articles sur l'aérodynamique des dispositifs de levage à haut débit.

Conclusion

Les appareils de levage à grande vitesse sont indispensables pour les aéronefs qui doivent fonctionner à partir de pistes courtes. En augmentant le coefficient de levage maximal de l'aile, ils réduisent la distance de décollage, la vitesse de décrochage et améliorent les performances de montée initiale. Cependant, une utilisation efficace exige une attention particulière au réglage des volets, au poids et à l'équilibre, aux conditions environnementales et à la discipline procédurale.