Présentation

Les atterrissages croisés sont toujours les tâches les plus exigeantes pour les pilotes d'aviation commerciale, militaire et générale. Un vent croisé régulier oblige l'avion à suivre le long de l'axe de piste tout en contrer une force latérale qui pousse le flanc de la cellule. Tout jugement erroné en entrée de commande peut entraîner une perte de contrôle directionnel, des frappes d'ailes ou des excursions sur piste. Les dispositifs de levage à haut niveau, principalement les volets et les lattes, sont conçus pour améliorer les performances à basse vitesse, mais leur influence exacte sur la stabilité lors des atterrissages en vent croisé est souvent sous-estimée.

Principes fondamentaux des dispositifs de levage à haut débit

Les dispositifs de levage à haut débit fonctionnent en augmentant le coefficient de levage maximal de l'aile, ce qui permet à l'aéronef de voler à des vitesses plus basses sans décrochage. Dans la configuration d'atterrissage, ces dispositifs s'étendent des bords d'attaque et de fuite de l'aile, ce qui modifie la longueur effective du cambriolage et de l'accord.

Lattes de tête

Les lamelles sont des surfaces mobiles qui se déploient vers l'avant depuis le bord d'attaque de l'aile. Lorsqu'elles sont prolongées, elles créent une fente étroite entre la lamelle et l'aile principale. L'air haute pression en dessous de l'aile accélère par cette fente et énergise la couche limite sur la surface supérieure, retardant la séparation de l'écoulement vers des angles d'attaque plus élevés. Cet effet augmente le coefficient de levage maximal et améliore les caractéristiques de décrochage. Les lamelles sont particulièrement bénéfiques aux attitudes de décrochage élevées typiques d'une approche finale, où elles maintiennent l'écoulement attaché plus longtemps qu'une aile propre.

Flaps de piste

Les volets sont des surfaces articulées sur le bord de la piste de l'aile. Ils sont plus bas pour augmenter la cambre, rendant l'aile plus courbée et générant plus de levage à une vitesse donnée.

  • Plaques de revêtement[ – panneaux simples à charnières qui augmentent le cambre mais produisent des gains modérés de levage et une traînée élevée.
  • Flaves split – une surface inférieure se dévie vers le bas tandis que la surface supérieure reste fixe; elles créent un sillage turbulent qui augmente la traînée et le levage.
  • Flattes à glissière – intégrer un espace entre le volet et l'aile, permettant à l'air à haute énergie d'énergiser la surface supérieure du volet, retardant la séparation et améliorant la remontée.
  • Flattes de chasse – traduire à l'arrière au moment de leur déploiement, augmentant la zone de cambrage et d'aile. Elles offrent le plus haut rapport de levage au drag parmi les types de volets et sont courantes sur les gros aéronefs commerciaux.

Lors des atterrissages en travers du vent, le choix du réglage des volets influence directement la réaction de l'avion aux rafales latérales.

Autres dispositifs

Certains aéronefs utilisent Les volets de Krueger[ sur le bord d'attaque, qui se charnièrent vers le bas pour augmenter le cambrage plutôt que de se déployer vers l'avant. Ils sont structurellement plus simples mais moins efficaces sur le plan aérodynamique que les lamelles. De plus, les pelles[ (parfois appelées lamelles de levage) sont déployées au toucher vers le bas pour détruire le levage et le transfert de poids au train d'atterrissage.

Aérodynamique des atterrissages à vent croisé

Pour bien comprendre le rôle des dispositifs de levage, il faut d'abord comprendre les forces aérodynamiques et les moments agissant sur un aéronef lors d'une approche par vent traversier. Un vent traversant un champ de vitesse asymétrique à travers la cellule. Le vecteur vent se combine avec l'avion en mouvement avant pour produire un angle de glissement latéral. La force latérale résultante génère un moment de roulement dû à l'effet de la nageoire verticale et dièdre, ainsi qu'un moment de lacet de la queue verticale et de la levée différentielle sur les ailes.

Forces et moments dans un vent de travers

La principale préoccupation d'un atterrissage en travers du vent est de maintenir la piste de l'avion alignée sur l'axe de piste tout en maintenant les ailes au niveau du toucher. Les deux principales techniques de pilotage – le crapeau et le glissement latéral – manipulent ces forces différemment :

  • Technique de crab : le pilote établit une direction dans le vent de telle sorte que l'avion pointe du nez loin de l'axe de la piste, mais la piste au sol reste alignée. Dans cette méthode, les ailes restent à niveau et l'angle de glissement latéral est largement absorbé par le décalage de cap. Le défi arrive juste avant le toucher lorsque le pilote doit donner un coup de pied au gouvernail pour aligner le fuselage sur la piste tout en appliquant simultanément l'aileron pour empêcher la dérive.
  • Technique de glissement latéral[: le pilote (ou pilote automatique) utilise une combinaison de gouvernail et d'aileron pour maintenir l'axe longitudinal de l'aéronef aligné sur la piste pendant que les ailes sont inclinées dans le vent.Cette méthode maintient l'aéronef aligné mais place l'aile en amont à un angle d'attaque plus élevé, potentiellement près du décrochage si les volets sont mal réglés.

Les deux techniques exigent une gestion précise de la stabilité latérale-directionnelle de l'aéronef. Les dérivés de stabilité—C[lβ (effet dièdre) et C[nβ (stabilité directionnelle)— dictent la façon dont l'aéronef réagit aux glissements latéraux.

Dérivés de stabilité et interaction avec les dispositifs à levage élevé

Lorsque les volets et les lamelles s'étendent, le centre des déplacements de pression de l'aile et le vecteur de levage changent d'orientation par rapport aux axes de l'aéronef. L'effet dièdre, qui assure la stabilité du roulis, est fonction du coefficient de levage de l'aile et du chargement en travée. Avec les dispositifs de levage élevés déployés, l'aile fonctionne à un niveau plus élevé CL, qui peut augmenter l'effet dièdre et rendre l'aéronef plus résistant aux perturbations du roulis, un attribut bénéfique pendant les rafales de vent croisé.

La stabilité directionnelle, assurée principalement par le stabilisateur vertical et le gouvernail, est également affectée. Les volets prolongés créent un lavage vers le bas qui modifie le débit d'air au-dessus de la queue. Selon la conception de l'aéronef, cela peut augmenter ou diminuer l'efficacité du gouvernail. Sur de nombreux avions, les lamelles et les volets améliorent le débit d'air au-dessus des queues horizontales et verticales à basse vitesse, ce qui améliore l'autorité du gouvernail précisément au moment le plus nécessaire, pendant la fusée d'atterrissage et le toucher.

Dispositifs de levage haut et stabilité du vent croisé

L'impact direct des dispositifs de levage sur la stabilité de l'atterrissage par vent traversier peut être divisé en trois catégories : la marge de vitesse de décrochage, l'efficacité de la commande latérale et la réponse des rafales.

Marge de vitesse de décrochage

Une approche par vent traversier exige généralement une vitesse d'approche légèrement plus élevée pour fournir l'autorité de contrôle et tenir compte des rafales de vent. Les dispositifs de levage à haut niveau réduisent la vitesse de décrochage, permettant au pilote de faire une approche plus lente tout en maintenant une marge de décrochage adéquate. Par exemple, un aéronef à volets rétractés peut décroître à 120 noeuds, tandis que le même aéronef à volets complets peut décroître à 90 noeuds. Une vitesse d'approche normale de 1,3 fois la vitesse de décrochage serait de 156 noeuds avec volets en hausse, mais seulement 117 noeuds avec volets en baisse. Cette vitesse plus lente facilite la maîtrise de la turbulence et réduit la roulise au sol après l'atterrissage. Toutefois, une approche plus lente signifie également que l'aéronef est plus vulnérable au cisaillement du vent et aux rafales, car son inertie est plus faible et le temps de réaction est plus court.

Efficacité du contrôle latéral

Avec les volets vers le bas, la vitesse de flexion accrue et la vitesse plus faible signifient que les flexions d'aileron produisent un taux de roulis proportionnellement plus faible. Certains aéronefs compensent en activant les spoilers (spoilers de roulis) seulement lorsque les volets sont déployés. La réponse de l'aéronef aux entrées d'aileron devient plus lente et plus lourde, ce qui peut être un désavantage lorsqu'on essaie de corriger une dérive soudaine juste avant le toucher. Les pilotes qui passent à un nouveau type notent souvent que l'aéronef se sent -mushy-y-en roulis pendant les approches à volets complets.

Réponse de Gust

Les dispositifs de levage à haut niveau amplifient ces changements parce que l'aile fonctionne à un coefficient de levage de base plus élevé. Une augmentation soudaine de l'angle d'attaque causée par une rafale verticale produit un pic de levage plus important lorsque les volets sont prolongés. Cela se traduit par un moment de roulement plus net si la rafale est asymétrique (p. ex., une rafale frappant une aile en premier). La stabilité naturelle de l'aéronef, en particulier son amortissement du roulis, contribue à atténuer ces excursions, mais la réponse initiale peut être déstabilisante.

Considérations opérationnelles

Dans le cadre des opérations quotidiennes, les pilotes doivent décider quel réglage des volets pour un atterrissage en vent de travers en fonction du type d'aéronef, de la composante vent de travers, des conditions de surface de piste et de l'altitude de l'aéroport.

Choisir le réglage approprié de la flamme

La plupart des manuels de vol offrent un vent de travers maximum démontré qui ne s'applique qu'aux réglages de volets particuliers. Par exemple, un jet à corps étroit typique peut avoir une limite de vent de travers démontrée de 38 noeuds avec volets 30, mais 40 noeuds avec volets 20. Le réglage plus élevé du volet diminue la vitesse de décrochage et enfonce la trajectoire d'approche, mais la maîtrise latérale réduite et la traînée accrue rendent l'aéronef plus difficile à aligner.

Risques de déploiement asymétrique

Si un volet ne s'étend pas ou ne se rétracte pas partiellement pendant que l'autre reste allongé, l'aéronef subit une ascension asymétrique et une traînée. Le pilote doit immédiatement contrer le roulis et le lacet qui en résultent avec des commandes opposées, et la stabilité de l'aéronef est gravement compromise. Dans un scénario de vent croisé avec des forces latérales déjà importantes, une telle défaillance peut entraîner une perte de contrôle.

Cisaillement et turbulence du vent

Les dispositifs de levage élevés affectent également la réponse de l'aéronef au cisaillement du vent, ce qui entraîne un changement soudain de la vitesse ou de la direction du vent. Le cisaillement du vent près du sol, particulièrement pendant un vent croisé, peut entraîner une déviation spectaculaire de l'avion par rapport à la trajectoire prévue.

Études de cas et incidents

Les accidents réels mettent en évidence les conséquences d'une mauvaise gestion des dispositifs de levage à haute altitude lors des atterrissages en travers du vent. Dans un cas notable, un avion turbopropulseur régional a subi une perte de contrôle directionnel après un atterrissage en plein vent de travers. Le pilote avait sélectionné des volets maximums pour réduire la vitesse d'approche, mais la réduction de l'autorité du gouvernail qui en a résulté a rendu impossible la contre-attaque d'une rafale soudaine. L'avion a dévié de la piste, frappant un feu de piste. L'enquête a révélé que le réglage du volet dépassait la limite recommandée par le constructeur.

Un autre cas a été celui d'un grand avion de ligne qui a atterri avec un état asymétrique des volets sans le savoir. Une défaillance mécanique a empêché les volets gauches de se déployer complètement pendant que les volets droit s'étendaient normalement. Le pilote, ignorant le problème, a tenté de s'atterrir dans un vent de travers modéré. L'avion a roulé brusquement à droite à la hauteur de la fusée, et le bout droit a heurté le sol, causant des dommages importants.

Les leçons tirées de ces accidents ont entraîné des changements de conception, notamment des mécanismes de dentelage des volets plus forts, des manœuvres redondantes et des alertes de pilotes améliorées.

Conception et certification

Les normes de certification des aéronefs portent explicitement sur les performances d'atterrissage par vent traversier et le comportement des appareils de levage. Sous FAR 25 (et équivalent CS-25), les fabricants doivent démontrer que l'aéronef peut atterrir en toute sécurité dans des vents traversiers jusqu'à un certain composant sans exiger une compétence exceptionnelle du pilote.

Les résultats sont publiés dans le manuel de vol de l'aéronef. L'aéronef doit également démontrer qu'il peut rejeter un atterrissage (de retour) de tout réglage de volet sans perte de contrôle, même en présence d'un vent de travers. Les dispositifs de levage à haut niveau doivent être fiables sur toute leur enveloppe : ils doivent s'étendre symétriquement dans des tolérances serrées, résister aux charges aérodynamiques et se rétracter sans causer de problèmes de contrôle de vol. Les systèmes d'actionnement hydraulique ou électrique redondants sont de série. De plus, le système de commande de vol, qu'il soit mécanique ou fil à fil, doit être conçu de manière à fournir une autorité de contrôle adéquate aux vitesses inférieures associées aux volets prolongés.

Les outils de simulation modernes permettent aux ingénieurs de modéliser les performances des dispositifs de levage dans les vents croisés avant les essais physiques. La dynamique des fluides calculateurs (CFD) et les simulateurs pilotes en temps réel aident à affiner la géométrie des fentes des volets, les angles de déviation des lames et le calibrage de la surface de commande.

Évolution future

La prochaine génération de dispositifs de levage à haute altitude promet de rendre les atterrissages à vent travers encore plus sûrs. Les systèmes de levage à haute intensité actifs utilisent des capteurs pour détecter les conditions de débit local et ajuster la position des lamelles ou des volets en temps réel. Par exemple, une aile qui subit une rafale d'un côté pourrait momentanément rétracter le volet de cette aile pour réduire le moment de roulement, compensant même avant que le pilote ne réagit.

Les ailes de morphage représentent une autre frontière. Au lieu de volets et lattes discrets, la surface de l'aile elle-même change de forme à travers des peaux flexibles et des actionneurs internes. Une aile de morphage pourrait fournir une variation continue de cambre et d'accord, produisant la distribution idéale pour toute condition de vent de travers.

Enfin, l'intégration vol par fil[ permet aux ordinateurs de contrôle de vol de l'aéronef de sélectionner automatiquement le meilleur réglage de volets pour les vents dominants. Sur l'Airbus A350 et Boeing 787, les fonctions de réduction de charge peuvent déjà ajuster les surfaces de contrôle pour réduire la réponse aux rafales.

Conclusion

Les dispositifs de levage à haut débit ne sont pas seulement des outils permettant d'obtenir des vitesses d'approche plus lentes; ils contribuent activement à la stabilité et à la maîtrise de l'aéronef dans les atterrissages en travers du vent. En augmentant le levage, en retardant le décrochage et en modifiant les dérivés de stabilité latérale-directionnelle, les volets et les lamelles donnent aux pilotes les marges nécessaires pour gérer les rafales latérales et maintenir une trajectoire de glissement précise. Cependant, ces avantages découlent de compromis : une autorité de roulis réduite, une sensibilité accrue aux rafales et le risque de déploiement asymétrique.