Ces surfaces mobiles et articulées montées sur le bord arrière transforment fondamentalement le comportement aérodynamique d'un avion pendant les deux phases de vol les plus exigeantes : décollage et atterrissage. En augmentant la cambrure, la surface et, dans certains cas, l'angle d'attaque efficace, les volets permettent à un aéronef de générer beaucoup plus de levage à des vitesses inférieures à la configuration d'une aile propre.Cette capacité n'est pas seulement une commodité, c'est une exigence de sécurité et d'efficacité qui permet à l'aviation moderne d'exploiter à partir d'aéroports de longueur limitée, à haute altitude ou dans des conditions météorologiques chaudes où la densité de l'air est réduite.Sans volets, les vitesses de décollage et d'atterrissage seraient beaucoup plus élevées, les longueurs de piste devraient être plus longues et de nombreux modèles d'aéronefs actuels seraient irréalisables.

Qu'est-ce que les flaps?

Les volets sont des dispositifs de levage à haute altitude situés sur le bord arrière d'une aile d'un aéronef, généralement entre le fuselage et les ailerons. Ils sont articulés de façon à ce que le pilote ou un système automatique de contrôle de vol puisse les prolonger vers le bas et, dans certains cas, vers l'arrière. Lorsqu'ils sont déployés, les volets modifient la géométrie de l'aile de deux façons principales : ils augmentent la cambrure de l'aile (courbure des surfaces supérieure et inférieure) et, selon le type de volets, augmentent la surface effective de l'aile. Les deux effets augmentent le coefficient maximal de levage (CL,max) de l'aile, ce qui permet à l'avion de voler à une vitesse de décrochage plus faible.

La structure physique des volets est conçue pour résister à des charges aérodynamiques importantes. Les volets modernes sont généralement construits à partir d'alliages légers en aluminium ou de composites, avec des cadres internes côte-à-côte. Ils sont reliés à l'aile par de multiples charnières ou rails, et actionnés par des systèmes électriques, hydrauliques ou mécaniques. Dans les grands jets commerciaux, les volets sont souvent déployés à l'aide d'une combinaison de vérins hydrauliques et de vérins à vis, avec une rétroaction de position fournie au poste de pilotage.

Les volets sont distincts des autres dispositifs de levage à grande vitesse, comme les lamelles à la pointe ou les volets Krueger, ce qui augmente le levage en retardant la séparation de débit sur le bord d'attaque. Cependant, de nombreux aéronefs modernes combinent à la fois les volets à la pointe et les dispositifs de pointe pour atteindre les coefficients de levage élevés nécessaires pour un vol à basse vitesse sûr.

Comment les flammes fonctionnent-elles pendant le décollage?

Le décollage est une phase où l'aéronef doit passer d'un état statique lié au sol à un état de vol, le tout dans la longueur d'une piste. Le principal objectif du déploiement des volets au décollage est de réduire la vitesse de décollage requise et ainsi de raccourcir la distance de roulis au sol. En étendant les volets à un réglage modéré (généralement entre 5° et 15°, selon le type d'aéronef), l'aile génère une levée suffisante à une vitesse avant plus faible.

Toutefois, les volets créent également une traînée supplémentaire. Les pilotes doivent équilibrer l'avantage de l'ascenseur par rapport à la pénalité de la traînée. Pour le décollage, un réglage partiel du volet est choisi qui maximise le rapport de l'ascenseur au drag pendant la montée initiale. Si les volets sont trop déployés, l'augmentation de la traînée peut l'emporter sur le gain de l'ascenseur, ce qui entraîne un long décollage ou une performance de montée insuffisante, particulièrement lorsque les obstacles doivent être éliminés immédiatement après le décollage.

Une fois en vol et accélérant jusqu'à une vitesse de montée sûre, les volets sont progressivement rétractés. Le pilote suit une procédure standard : après le décollage et avoir atteint une hauteur d'au moins 400 pieds au-dessus du sol (AGL), les volets sont rétractés du réglage du décollage à la position -up-up-up- par étapes. Cela empêche une réduction soudaine de l'ascenseur et assure que l'avion reste au-dessus de la vitesse de décrochage.

Comment les mouches aident-elles à atterrir

Les volets jouent un rôle indispensable pour permettre à l'aéronef d'approcher à une vitesse basse sûre tout en maintenant la capacité de s'enfoncer dans la trajectoire de descente sans s'accélérer. Pendant l'atterrissage, les volets sont étendus à des angles plus grands – souvent de 30 à 40° ou même plus sur certains aéronefs comme le Boeing 747, qui utilise 50° de volets pour l'atterrissage. Ce déploiement élevé entraîne une augmentation spectaculaire tant de la montée que de la traînée.

L'augmentation de la vitesse de décrochage diminue, ce qui donne au pilote une marge confortable au-dessus de celle-ci pendant l'approche. Cette marge est essentielle pour la sécurité, surtout si l'aéronef rencontre un cisaillement du vent, une turbulence ou doit avorter et se déplacer. L'augmentation de la traînée permet, entre-temps, à l'aéronef de descendre à une pente plus raide (généralement à 3° dans les approches aux instruments) sans augmenter la vitesse.

Le déploiement des volets pendant l'atterrissage est une séquence soigneusement chorégraphiée. Habituellement, le pilote active le levier de volets jusqu'au réglage d'atterrissage sélectionné bien avant l'approche, souvent au marqueur extérieur ou après avoir pénétré dans la jambe de vent. L'extension doit être effectuée à des vitesses inférieures aux limites de vitesse de l'extension de volets respectives (VFE) pour éviter les dommages structurels. À mesure que les volets s'étendent, l'aéronef lancera le nez vers le haut (en raison d'une augmentation de la montée sur l'aile arrière) en exigeant que le pilote règle ou utilise la pression vers l'avant pour maintenir l'assiette correcte. Une fois complètement étendu, l'aéronef est configuré pour l'approche finale et l'atterrissage.

Types de flammes

Au cours de décennies de développement de l'aviation, les ingénieurs ont conçu plusieurs conceptions de volets, chacune ayant des caractéristiques aérodynamiques distinctes, une complexité et des applications. La compréhension de ces types permet d'expliquer pourquoi un aéronef utilise un système de volets particulier sur un autre.

Flacons plats

Les volets simples sont simples, légers et communs sur les avions d'aviation générale légers comme le Cessna 172. Cependant, leur augmentation de levage est limitée par rapport à des conceptions plus complexes, et ils produisent une augmentation relativement importante de la traînée même à des angles modérés. Le déploiement est généralement manuel par l'intermédiaire d'un levier relié à un raccord mécanique ou, sur les avions plus récents, à un moteur électrique.

Flacons à fentes

Les volets à fentes comportent un espace entre le volet et l'aile. Lorsqu'ils sont prolongés, l'air à haute énergie de la surface inférieure de l'aile circule à travers cette fente et sur la surface supérieure du volet. Cette opération réenclenche la couche limite, retarde la séparation du flux et permet de déployer le volet à des angles plus grands avant de décrocher. Le coefficient de levage est plus élevé avec une pénalité de traînée plus faible que les volets ordinaires. Les volets à fentes sont largement utilisés sur les avions d'affaires, les avions de ligne régionaux et de nombreux aéronefs militaires.

Flacons de poulet

Les volets Fowler sont un progrès important dans la technologie de levage élevé. Ils s'étendent à la fois vers le bas et vers l'arrière sur les voies ou les liaisons, augmentant non seulement la surface de cambrage mais aussi la surface totale des ailes. L'augmentation de la longueur des accords augmente significativement la charge sans augmenter proportionnellement la traînée, rendant les volets Fowler extrêmement efficaces pour les gros aéronefs de transport. Le célèbre Boeing 747 utilise des volets Fowler à triple rainure qui peuvent augmenter la surface des ailes de plus de 20 % et produire des coefficients de levage supérieurs à 3,0. La combinaison de l'augmentation de la surface et du changement de cambre donne à Fowler le rapport de levage à drag le plus élevé de tout dispositif de bord de piste.

Couper les éclats

Les volets de séparation sont constitués d'un panneau situé sous l'aile, qui se trouve en bas, tandis que la surface supérieure demeure inchangée, ce qui entraîne une augmentation de la traînée très élevée avec une augmentation modérée de la charge. Les volets de division étaient courants sur les aéronefs plus anciens comme le Douglas DC-3 et les jets précoces parce qu'ils étaient simples à fabriquer et fournissaient une bonne traînée pour les approches d'atterrissage raides. Ils sont moins courants sur les aéronefs modernes en raison de la disponibilité de conceptions plus efficaces, mais certains aéronefs militaires et avions reconditionnés les utilisent encore à des fins précises.

Krueger Flaps et autres dispositifs de guidage

Bien que les volets de la ligne de fuite ne soient pas des volets de la ligne de fuite, ils sont souvent utilisés en combinaison avec les volets de la ligne de fuite pour obtenir des coefficients de levage très élevés. Par exemple, le Boeing 737 utilise les volets de Krueger sur le bord d'attaque intérieur (près du fuselage) pour empêcher la séparation de l'écoulement lors des déploiements à angle élevé. Certains aéronefs modernes utilisent à la fois des lattes de la ligne de pointe et des volets de la ligne de fuite, avec une planification sophistiquée pour optimiser l'ascenseur à travers l'enveloppe de vol.

Importance des volets dans la sécurité des vols

L'utilisation correcte des volets n'est pas seulement une question de performance, mais une pierre angulaire de la sécurité du vol. Les réglages inadéquats des volets ont contribué à de nombreux accidents et incidents. Les conséquences vont de la distance de décollage excessive (qui mène aux dépassements de piste) à la perte de contrôle à basse altitude pendant l'approche et l'atterrissage.

Asymétrie des flaps et défauts de fonctionnement

Les avions sont équipés de systèmes pour détecter et empêcher le déploiement asymétrique des volets, où un côté s'étend ou se rétracte plus rapidement que l'autre. Les volets asymétriques peuvent induire un mouvement de roulement difficile à contrer, particulièrement à basse vitesse où l'efficacité de l'aileron est réduite. Les avions modernes en fil volant limitent automatiquement le fonctionnement des volets si l'asymétrie est détectée, tandis que les anciens aéronefs utilisent des interconnections mécaniques ou des tubes de couple pour synchroniser les mouvements.

Limites de vitesse

Chaque réglage des volets a une limite de vitesse maximale (VFE[) parce que le dépassement de cette vitesse peut entraîner des charges aérodynamiques qui endommagent la structure des volets ou ses accessoires. Les événements de survitesse des volets sont des incidents graves qui peuvent nécessiter une inspection et une réparation approfondies.

Avertissements de configuration au décollage

La plupart des aéronefs commerciaux ont des avertissements de configuration au décollage qui avertissent l'équipage de conduite si les volets ne sont pas correctement réglés pour le décollage. Par exemple, si un pilote oublie accidentellement de mettre les volets en position de décollage, un avertisseur de sons ou un signal d'alerte vocale lorsque les gaz sont avancés. Ce système simple a évité de nombreux accidents. Inversement, tenter un décollage avec des volets déjà complètement étendus pourrait entraîner une traînée excessive, rendant impossible la rotation – l'écrasement infâme du vol 90 d'Air Florida en 1982 avait une contamination de glace qui empêchait le déploiement des volets, mais l'avion configuré ne pouvait pas maintenir le vol.

Performance d'atterrissage et approches instables

Dans le cadre d'une approche stabilisée, l'aéronef doit être en configuration d'atterrissage – avec volets et train d'atterrissage prolongé – d'une altitude définie (généralement 1 000 pieds AGL en IMC, 500 pieds en VMC). Une approche non stabilisée en raison d'un réglage incorrect des volets est une cause principale de dépassements d'atterrissage et d'atterrissages difficiles. Les pilotes sont formés à faire le tour et à réapprocher si la configuration n'est pas correcte.

Systèmes de laminage avancés et tendances futures

La technologie des volets continue d'évoluer. Les avions modernes utilisent souvent un système de programmation automatique des volets qui règle le déploiement en fonction de la vitesse, de la masse et de la phase de vol en utilisant les entrées de l'ordinateur de gestion de vol. Par exemple, l'Airbus A380 utilise un système de volets entièrement automatique qui règle les volets au décollage et à l'atterrissage en fonction de la masse, de la position du levier des volets et de la phase de vol sans nécessiter d'entrée manuelle au-delà de la sélection initiale.

Une autre innovation est l'utilisation de [[], où les volets peuvent être réglés en permanence en vol pour maintenir un rapport de levage optimal sur toute l'enveloppe de vol, et non pas seulement pendant le décollage et l'atterrissage. Ce concept est étudié par la NASA et d'autres agences pour les futurs aéronefs qui utilisent des ailes flexibles ou en train de se transformer.

Dans le domaine des avions à décollage et atterrissage courts (STOL), des systèmes spéciaux de volets comme les volets soufflés (où l'air saigné par le moteur est dirigé sur les volets pour énergiser le débit) peuvent atteindre des coefficients de levage extrêmement élevés, permettant des opérations à partir de pistes très courtes.

En ce qui concerne l'avenir, la recherche sur les structures d'ailes en transformation pourrait éventuellement remplacer les surfaces de volets discrètes traditionnelles par des bords de fuite sans soudure et de déformation continue, ce qui éliminerait les trous de production de traînées et permettrait de façonner avec précision la surface d'air des ailes pour toute condition de vol. Bien que ces technologies soient encore en phase expérimentale, elles permettront d'améliorer encore l'efficacité et la sécurité des futurs aéronefs.

Conclusion

Les volets sont une solution élégante et simple au défi fondamental du vol à basse vitesse : produire suffisamment de levage tout en gérant la traînée et la descente. Des simples volets simples d'un Cessna 152 aux volets complexes à plusieurs éclaboussures d'un Boeing 787, ces dispositifs permettent aux aéronefs de fonctionner de façon sûre et efficace à partir de pistes de toutes tailles, dans des conditions environnementales très variées. Leur rôle va au-delà de la simple performance – les volets font partie intégrante de la sécurité aérienne, avec des procédures strictes et des systèmes redondants qui assurent leur déploiement correct.

Pour plus de détails, consultez le FAA Airplane Flying Handbook, Boeing Aero Magazine on Flaps et NASA Active Aeroelastic Wing research. Ces ressources permettent de plonger plus profondément dans la théorie aérodynamique et les applications pratiques des systèmes de volets.