Eléments de mécanique du vol limitant la vitesse ascensionnelle
Publié : 23 juil. 2013, 15:48
J'ai tant lu en plusieurs décennies de sottises relatives aux performances des machines que je ne pense pas inutile de rappeler quelques principes physiques élémentaires dont la connaissance empêche de croire n'importe quoi.
Aujourd'hui je dirai quelques mots de la vitesse ascensionnelle, et une autre fois de la traînée, de la finesse, de ce qui rend impossible de consommer moins qu'une certaine quantité à l'heure ou à la distance.
En plané sans puissance ni frein-hélice, un AM (aéroplane motopropulsé) perd au minimum un certain nombre de mètres par seconde, usuellement 2 ou 3 si ce n'est pas une vraie cellule de planeur.
Le produit du poids de l'AM par sa Vz négative est une puissance : c'est la pesanteur qui travaille et se substitue au moteur absent.
On connaît généralement la définition du cheval-vapeur : la puissance qui fait monter 75 kg de 1 mètre par seconde ; pour hisser de 2 m/s un objet de 375 kg (5 fois 75), il faut donc 2 x 5 = 10 chevaux.
Il en découle que pour simplement maintenir en palier un AM de 375kg qui sans moteur perdrait en plané 2 m/s, il faut lui fournir au minimum 10 ch. En plané, c'est le champ de pesanteur terrestre qui fournit l'énergie.
Supposons cet AM gréé d'un moteur de 25 chevaux. cette puissance se divise en deux part :
- 10 ch pour empêcher l'AM de descendre, et tenir tout juste le palier
- 15 autres chevaux pour grimper, le fameux "excédent de puissance". Puisque 15 ch permettent de hisser 375 kg de 3 m/s, la vitesse ascensionnelle ne pourra dépasser 3 m/s.
Toute prétention supérieure sera erronnée.
En réalité nous avons supposé que l'hélice possède un rendement de 100%, ce qui est impossible. Au badin de meilleur vario, le rendement est malheureusement médiocre, sauf si comme sur un remorqueur on sacrifie la croisière en choisissant une hélice de pas court et de bon diamètre.
Si l'AM est taillé pour une certaine vitesse, un rendement en montée de l'ordre de 60 à 65% est hélas plausible avec une hélice à pas fixe.
Prenons généreusement un rendement des 2/3, qui va nous arranger. Considérons l'AM précédent :
- Les 10 ch dont il a besoin pour tenir strictement le palier deviennent : 10 / (2/3) = 15 chevaux à fournir par le moteur
- Il reste ainsi 10 ch disponibles pour monter, mais le rendement de l'hélice les réduit à : 10 x (2/3) ) = 6,7 chevaux utiles.
- La vitesse ascensionnelle ne pourra en aucun cas dépasser (hors ascendance !) : 6,7 / 5 = 1,35 m/s.
(5 étant le nombre de fois 75 kg de l'AM)
Pour améliorer à puissance constante la Vz positive de cet AM, il faudra :
- le gréer d'une hélice de rendement exceptionnel en montée
- améliorer sa finesse pour diminuer sa Vz négative en plané ; on dégagera ainsi un surcroît d'excédent de puissance ; en fait, autant de Vz négative en moins deviendra autant de Vz positive en plus.
Dispensez-vous de dresser ici le catalogue de tout ce que vous auriez pu trouver qui contreviendrait à ces principes ! (Quelques éléments subtils pourraient vous manquer ; en particulier, l'hélice en moulinet, moteur réduit ou coupé, ou dans une moindre mesure l'hélice calée, aggrave considérablement la Vz négative, le taux de chute en plané par rapport à ce qu'il serait normalement ; il faudrait pour bien faire mesurer le taux de chute hélice démontée !)
Aujourd'hui je dirai quelques mots de la vitesse ascensionnelle, et une autre fois de la traînée, de la finesse, de ce qui rend impossible de consommer moins qu'une certaine quantité à l'heure ou à la distance.
En plané sans puissance ni frein-hélice, un AM (aéroplane motopropulsé) perd au minimum un certain nombre de mètres par seconde, usuellement 2 ou 3 si ce n'est pas une vraie cellule de planeur.
Le produit du poids de l'AM par sa Vz négative est une puissance : c'est la pesanteur qui travaille et se substitue au moteur absent.
On connaît généralement la définition du cheval-vapeur : la puissance qui fait monter 75 kg de 1 mètre par seconde ; pour hisser de 2 m/s un objet de 375 kg (5 fois 75), il faut donc 2 x 5 = 10 chevaux.
Il en découle que pour simplement maintenir en palier un AM de 375kg qui sans moteur perdrait en plané 2 m/s, il faut lui fournir au minimum 10 ch. En plané, c'est le champ de pesanteur terrestre qui fournit l'énergie.
Supposons cet AM gréé d'un moteur de 25 chevaux. cette puissance se divise en deux part :
- 10 ch pour empêcher l'AM de descendre, et tenir tout juste le palier
- 15 autres chevaux pour grimper, le fameux "excédent de puissance". Puisque 15 ch permettent de hisser 375 kg de 3 m/s, la vitesse ascensionnelle ne pourra dépasser 3 m/s.
Toute prétention supérieure sera erronnée.
En réalité nous avons supposé que l'hélice possède un rendement de 100%, ce qui est impossible. Au badin de meilleur vario, le rendement est malheureusement médiocre, sauf si comme sur un remorqueur on sacrifie la croisière en choisissant une hélice de pas court et de bon diamètre.
Si l'AM est taillé pour une certaine vitesse, un rendement en montée de l'ordre de 60 à 65% est hélas plausible avec une hélice à pas fixe.
Prenons généreusement un rendement des 2/3, qui va nous arranger. Considérons l'AM précédent :
- Les 10 ch dont il a besoin pour tenir strictement le palier deviennent : 10 / (2/3) = 15 chevaux à fournir par le moteur
- Il reste ainsi 10 ch disponibles pour monter, mais le rendement de l'hélice les réduit à : 10 x (2/3) ) = 6,7 chevaux utiles.
- La vitesse ascensionnelle ne pourra en aucun cas dépasser (hors ascendance !) : 6,7 / 5 = 1,35 m/s.
(5 étant le nombre de fois 75 kg de l'AM)
Pour améliorer à puissance constante la Vz positive de cet AM, il faudra :
- le gréer d'une hélice de rendement exceptionnel en montée
- améliorer sa finesse pour diminuer sa Vz négative en plané ; on dégagera ainsi un surcroît d'excédent de puissance ; en fait, autant de Vz négative en moins deviendra autant de Vz positive en plus.
Dispensez-vous de dresser ici le catalogue de tout ce que vous auriez pu trouver qui contreviendrait à ces principes ! (Quelques éléments subtils pourraient vous manquer ; en particulier, l'hélice en moulinet, moteur réduit ou coupé, ou dans une moindre mesure l'hélice calée, aggrave considérablement la Vz négative, le taux de chute en plané par rapport à ce qu'il serait normalement ; il faudrait pour bien faire mesurer le taux de chute hélice démontée !)