Aileron - Aileron

Aliéron A-44 (PSF).png
Un avion 'roulant', ou 'banc', avec ses ailerons
Un volet compensateur d'aileron et de roulis d'un avion léger

Un aileron (en français pour « petite aile » ou « aileron ») est une surface de contrôle de vol articulée faisant généralement partie du bord de fuite de chaque aile d'un aéronef à voilure fixe . Les ailerons sont utilisés par paires pour contrôler l'avion en roulis (ou mouvement autour de l' axe longitudinal de l'avion ), ce qui entraîne normalement un changement de trajectoire de vol dû à l'inclinaison du vecteur de portance . Le mouvement autour de cet axe est appelé « roulant » ou « bancaire ».

Une controverse considérable existe sur le crédit pour l'invention de l'aileron. Les frères Wright et Glenn Curtiss ont mené une bataille juridique de plusieurs années sur le brevet Wright de 1906, qui décrivait une méthode de déformation des ailes pour obtenir un contrôle latéral. Les frères ont prévalu dans plusieurs décisions de justice qui ont conclu que l'utilisation d'ailerons par Curtiss violait le brevet Wright. En fin de compte, la Première Guerre mondiale a contraint le gouvernement américain à légiférer une résolution juridique. Un concept d'aileron beaucoup plus ancien a été breveté en 1868 par le scientifique britannique Matthew Piers Watt Boulton , sur la base de son article de 1864 On Aërial Locomotion .

Histoire

L'article de Boulton de 1864, "On Aërial Locomotion" décrivant plusieurs conceptions, y compris des ailerons.

Le nom « aileron », du français, signifiant « petite aile », fait également référence aux extrémités des ailes d'un oiseau utilisées pour contrôler son vol. Il est apparu pour la première fois sous forme imprimée dans la 7e édition du dictionnaire français-anglais de Cassell de 1877, avec son sens principal de «petite aile». Dans le contexte des avions à moteur, il apparaît sous forme imprimée vers 1908. Avant cela, les ailerons étaient souvent appelés gouvernails , leur frère technique plus âgé, sans distinction entre leurs orientations et leurs fonctions, ou plus descriptivement comme gouvernails horizontaux (en français, gouvernails horizontaux ). L'une des premières utilisations aéronautiques imprimées d'« aileron » figurait dans le journal d'aviation français L'Aérophile de 1908.

Les ailerons avaient plus ou moins complètement supplanté les autres formes de contrôle latéral, telles que le gauchissement des ailes , vers 1915, bien après que la fonction des commandes de vol du gouvernail et de la gouverne de profondeur ait été largement standardisée. Bien qu'il y ait eu auparavant de nombreuses affirmations contradictoires sur l'inventeur de l'aileron et sa fonction, c'est-à-dire le contrôle latéral ou en roulis, le dispositif de commande de vol a été inventé et décrit par le scientifique et métaphysicien britannique Matthew Piers Watt Boulton dans son article de 1864 On Aërial Locomotion . Il a été le premier à breveter un système de contrôle des ailerons en 1868.

La description de Boulton de son système de contrôle de vol latéral était « le premier enregistrement que nous ayons de l'appréciation de la nécessité d'un contrôle latéral actif par opposition à [la stabilité latérale passive]... Avec cette invention de Boulton, nous avons la naissance de l'aujourd'hui méthode de contrôle aéroporté à trois couples", comme l'a loué Charles Manly . Ceci a également été approuvé par CH Gibbs-Smith. Le brevet britannique de Boulton, n° 392 de 1868, délivré environ 35 ans avant que les ailerons ne soient "réinventés" en France, est devenu oublié et perdu de vue jusqu'à ce que le dispositif de commande de vol soit généralisé. Gibbs-Smith a déclaré à plusieurs reprises que si le brevet Boulton avait été révélé au moment des dépôts légaux des frères Wright , ils n'auraient peut-être pas pu revendiquer la priorité d'invention pour le contrôle latéral des machines volantes. Le fait que les frères Wright aient pu obtenir un brevet en 1906 n'a pas invalidé l'invention perdue et oubliée de Boulton.

Les ailerons n'ont pas été utilisés sur les avions pilotés jusqu'à ce qu'ils soient employés sur le planeur de Robert Esnault-Pelterie en 1904, bien qu'en 1871 un ingénieur militaire français, Charles Renard , ait construit et piloté un planeur sans pilote incorporant des ailerons de chaque côté (qu'il a appelé « winglets '), activé par un dispositif de pilote automatique à axe unique contrôlé par pendule de style Boulton.

L'ingénieur aéronautique américain pionnier Octave Chanute a publié des descriptions et des dessins du planeur de 1902 des frères Wright dans le principal périodique d'aviation de l'époque, L'Aérophile , en 1903. Cela a incité Esnault-Pelterie, un ingénieur militaire français, à construire un Wright- planeur de style en 1904 qui utilisait des ailerons au lieu du gauchissement des ailes . Le journal français L'Aérophile a ensuite publié des photos des ailerons du planeur d'Esnault-Pelterie qui ont été incluses dans son article de juin 1905, et ses ailerons ont été largement copiés par la suite.

Les frères Wright ont utilisé le gauchissement des ailes au lieu des ailerons pour le contrôle en roulis de leur planeur en 1902, et vers 1904, leur Flyer II était le seul avion de son époque capable d'effectuer un virage incliné coordonné. Au cours des premières années de vol motorisé, les Wright avaient un meilleur contrôle du roulis sur leurs conceptions que les avions qui utilisaient des surfaces mobiles. À partir de 1908, au fur et à mesure que la conception des ailerons était affinée, il devint clair que les ailerons étaient beaucoup plus efficaces et pratiques que le gauchissement des ailes. Les ailerons ont également l'avantage de ne pas fragiliser la structure de l'aile de l'avion tout comme la technique du gauchissement des ailes, ce qui a été l'une des raisons de la décision d'Esnault-Pelterie de passer aux ailerons.

En 1911, la plupart des biplans utilisaient des ailerons plutôt que le gauchissement des ailes. En 1915, les ailerons étaient également devenus presque universels sur les monoplans. Le gouvernement américain, frustré par le manque d'avancées aéronautiques de son pays dans les années qui ont précédé la Première Guerre mondiale , a imposé un pool de brevets mettant effectivement fin à la guerre des brevets des frères Wright . La société Wright a discrètement modifié les commandes de vol de ses avions, passant du gauchissement des ailes à l'utilisation d'ailerons à cette époque également.

Autres premiers concepteurs d'ailerons

D'autres que l'on pensait auparavant avoir été les premiers à introduire des ailerons comprenaient :

  • L'Américain John J. Montgomery a inclus des volets de bord de fuite à ressort sur son deuxième planeur (1885) : ceux-ci étaient actionnables par le pilote comme des ailerons. En 1886, sa troisième conception de planeur utilisait la rotation de l'ensemble de l'aile plutôt que juste une partie du bord de fuite pour le contrôle du roulis. Selon ses propres dires, tous ces changements, en plus de son utilisation d'un ascenseur pour le contrôle du tangage, ont fourni "un contrôle total de la machine dans le vent, l'empêchant de se renverser".
  • Le Néo-Zélandais Richard Pearse aurait effectué un vol propulsé dans un monoplan comprenant de petits ailerons dès 1902, mais ses affirmations sont controversées - et parfois incohérentes - et, même selon ses propres rapports, ses avions n'étaient pas bien contrôlés.
Un biplan Farman HF.20 de 1912 avec des ailerons à simple effet articulés depuis le longeron arrière. Les ailerons pendent au repos et sont poussés en position lors du vol par la force de l'air, étant tirés vers le bas par un câble pour assurer le contrôle.
  • En 1906 , le 14-bis d' Alberto Santos-Dumont a été l'un des premiers avions équipés d'ailerons à voler, car il a été modifié pour avoir ajouté des ailerons interplans octogonaux dans ses baies d'ailes extérieures en novembre de la même année pour ses dernières sessions de vol. dans le parc du Château de Bagatelle ; mais ces surfaces de commande de roulis ne sont pas vraies « bord de fuite » ailerons articulé directement sur le cadre à des fins de panneaux d'aile 14 bis, ceux - ci ont été à la place pivoter autour d' un axe horizontal centré sur l' avant des entretoises entre plans hors - bord, et en saillie vers l' avant au- delà du bords d'attaque des ailes.
  • Le 18 mai 1908, l'ingénieur et concepteur d'avions Frederick Baldwin , membre de l' Aerial Experiment Association dirigée par Alexander Graham Bell , fit voler son premier avion à ailerons, l' AEA White Wing , qui fut plus tard copié par le pionnier de l'aéronautique américain Glenn Curtiss. la même année, avec l' AEA June Bug .
  • Les ailerons d' Henry Farman sur son Farman III de 1909 ont été les premiers à ressembler à des ailerons sur des avions modernes car ils étaient directement articulés sur la structure en forme de plan d'aile, et étaient donc considérés comme ayant une revendication raisonnable en tant qu'ancêtre de l'aileron moderne.
  • Des ailerons en bout d'aile ont également été utilisés sur le Blériot VIII contemporain, le premier avion en état de vol connu à utiliser le joystick et le palonnier, une forme pionnière de commandes de vol modernes dans une seule cellule, et le biplan poussoir Curtiss Model D de 1911 avait des ailerons interplan rectangulaires de de nature similaire à ceux de la forme finale du Santos-Dumont 14-bis , mais montés sur et pivotés à partir des entretoises extérieures arrière interplan à la place.
  • Un autre concurrent très tardif comprenait l'Américain William Whitney Christmas , qui prétendait avoir inventé l'aileron dans le brevet de 1914 pour ce qui allait devenir le Christmas Bullet qui a été construit en 1918. Les deux prototypes "Bullet" se sont écrasés lors de leurs premiers "vols" lorsque leur les ailes se sont rompues en vol en raison du flottement, car elles ont été délibérément décrochées.

Brevets et poursuites

L'avocat en brevets des frères Wright dans l'Ohio, Henry Toulmin, a déposé une vaste demande de brevet et le 22 mai 1906, les frères ont obtenu le brevet américain 821393. L'importance du brevet résidait dans sa revendication d'une nouvelle méthode utile de contrôle d' un avion. La demande de brevet comprenait la revendication du contrôle latéral du vol de l'avion qui ne se limitait pas au gauchissement des ailes, mais par toute manipulation des "... relations angulaires des marges latérales des avions [ailes]... variaient en directions opposées". Ainsi, le brevet indiquait explicitement que d'autres méthodes que le gauchissement des ailes pouvaient être utilisées pour ajuster les parties extérieures des ailes d'un avion à différents angles sur ses côtés droit et gauche pour obtenir un contrôle en roulis latéral. John J. Montgomery a obtenu le brevet américain 831173 à peu près au même moment pour ses méthodes de gauchissement des ailes. Le brevet des frères Wright et le brevet de Montgomery ont tous deux été examinés et approuvés par le même examinateur de brevets de l'Office des brevets des États-Unis, William Townsend. À l'époque, Townsend a indiqué que les deux méthodes de gauchissement des ailes avaient été inventées indépendamment et étaient suffisamment différentes pour justifier chacune leur propre brevet.

Plusieurs décisions de justice américaines ont favorisé le vaste brevet Wright, que les frères Wright cherchaient à faire appliquer avec des frais de licence à partir de 1 000 $ par avion, et allant jusqu'à 1 000 $ par jour. Selon Louis S. Casey, ancien conservateur du Smithsonian Air & Space Museum à Washington, DC, et d'autres chercheurs, en raison du brevet qu'ils avaient reçu, les Wright étaient fermement convaincus que tous les vols utilisant le contrôle de roulis latéral, n'importe où dans le monde, ne serait menée que sous licence par eux.

Les Wright se sont ensuite retrouvés mêlés à de nombreuses poursuites qu'ils ont lancées contre des constructeurs d'avions qui utilisaient des commandes de vol latérales, et les frères ont par conséquent été accusés d'avoir joué « ... nations comme l'Allemagne avant et pendant la Première Guerre mondiale". Des années de conflit juridique prolongé se sont ensuivies avec de nombreux autres constructeurs d'avions jusqu'à ce que les États-Unis entrent dans la Première Guerre mondiale, lorsque le gouvernement a imposé un accord législatif entre les parties qui a entraîné le paiement de redevances de 1% aux Wright.

Controverse en cours

Il y a encore des affirmations contradictoires aujourd'hui sur qui a inventé le premier l'aileron. D'autres ingénieurs et scientifiques du XIXe siècle, dont Charles Renard , Alphonse Pénaud et Louis Mouillard , avaient décrit des surfaces de contrôle de vol similaires. Une autre technique de contrôle de vol latéral, le gauchissement des ailes , a également été décrite ou expérimentée par plusieurs personnes dont Jean-Marie Le Bris , John Montgomery , Clement Ader , Edson Gallaudet , DD Wells et Hugo Mattullath. L'historien de l'aviation CH Gibbs-Smith a écrit que l'aileron était "... l'une des inventions les plus remarquables... de l'histoire de l'aéronautique, qui a été immédiatement perdue de vue".

En 1906, les frères Wright ont obtenu un brevet non pour l'invention d'un avion (qui existait depuis plusieurs décennies sous la forme de planeurs) mais pour l'invention d'un système de contrôle aérodynamique qui manipulait les surfaces d'un engin volant, y compris le vol latéral contrôle, bien que les gouvernails , les gouvernes de profondeur et les ailerons aient déjà été inventés.

Dynamique de vol

Un Yak-52 utilisant des ailerons pour rouler dans le sens inverse des aiguilles d'une montre lors d'une manœuvre de voltige

Les paires d'ailerons sont généralement interconnectés de sorte que lorsque l'un est déplacé vers le bas, l'autre est déplacé vers le haut : l'aileron descendant augmente la portance sur son aile tandis que l'aileron montant réduit la portance sur son aile, produisant un roulement (également appelé « bancaire ») instant autour de l' axe longitudinal de l'aéronef (qui se prolonge à partir du nez jusqu'à la queue d'un avion). Les ailerons sont généralement situés près de l' extrémité de l' aile , mais peuvent parfois être également situés plus près de l' emplanture de l' aile . Les avions de ligne modernes peuvent également avoir une deuxième paire d'ailerons sur leurs ailes, les deux positions étant distinguées par les termes « aileron extérieur » et « aileron intérieur ».

Un effet secondaire indésirable du fonctionnement des ailerons est un lacet défavorable - un moment de lacet dans la direction opposée au roulis. L'utilisation des ailerons pour faire rouler un avion vers la droite produit un mouvement de lacet vers la gauche. Lorsque l'avion roule, le lacet défavorable est causé en partie par le changement de traînée entre l'aile gauche et l'aile droite. L'aile montante génère une portance accrue, ce qui entraîne une augmentation de la traînée induite . L'aile descendante génère une portance réduite, ce qui entraîne une réduction de la traînée induite. La traînée de profil causée par les ailerons déviés peut ajouter encore à la différence, ainsi que des changements dans les vecteurs de portance lorsque l'un tourne vers l'arrière tandis que l'autre tourne vers l'avant.

Un biplan de classe cabine Waco VKS-7 de 1937 avec ses paires de quadruples ailerons reliés par un connecteur vertical externe pour simplifier son système de contrôle des ailerons. Les ailerons de chaque côté se déplacent ainsi vers le haut ou vers le bas ensemble.

Dans un virage coordonné , le lacet défavorable est efficacement compensé par l'utilisation du gouvernail , ce qui entraîne une force latérale sur la queue verticale qui s'oppose au lacet défavorable en créant un moment de lacet favorable. Une autre méthode de compensation est les « ailerons différentiels », qui ont été réglés de manière à ce que l'aileron descendant dévie moins que celui qui monte. Dans ce cas, le moment de lacet opposé est généré par une différence de traînée de profil entre les extrémités des ailes gauche et droite. Les ailerons frisés accentuent ce déséquilibre de traînée de profil en faisant saillie sous l'aile d'un aileron dévié vers le haut, le plus souvent en étant légèrement articulés derrière le bord d'attaque et près du bas de la surface, la partie inférieure du bord d'attaque de la surface de l'aileron dépassant légèrement en dessous l'intrados de l'aile lorsque l'aileron est dévié vers le haut, augmentant considérablement la traînée de profil de ce côté. Les ailerons peuvent également être conçus pour utiliser une combinaison de ces méthodes.

Avec les ailerons en position neutre, l'aile à l'extérieur du virage développe plus de portance que l'aile opposée en raison de la variation de vitesse sur l'envergure de l'aile, ce qui a tendance à faire continuer l'avion à rouler. Une fois l' angle d'inclinaison souhaité (degré de rotation autour de l'axe longitudinal) obtenu, le pilote utilise l'aileron opposé pour éviter que l'angle d'inclinaison n'augmente du fait de cette variation de portance sur l'envergure de l'aile. Cet usage inverse mineur de la commande doit être maintenu tout au long du virage. Le pilote utilise également une légère quantité de gouvernail dans la même direction que le virage pour contrer le lacet défavorable et pour produire un virage « coordonné » dans lequel le fuselage est parallèle à la trajectoire de vol. Une simple jauge sur le tableau de bord appelée indicateur de glissement , également appelée « la balle », indique quand cette coordination est réalisée.

Composants d'ailerons

Cornes et contrepoids aérodynamiques

Corne d'aileron visible s'étendant du haut de l'aile sur l'aile supérieure d'un Fokker Dr. I

En particulier sur les avions plus gros ou plus rapides, les forces de contrôle peuvent être extrêmement lourdes. Empruntant une découverte à des bateaux selon laquelle l'extension de la surface d'une surface de contrôle en avant de la charnière allège les forces nécessaires sont apparues pour la première fois sur les ailerons pendant la Première Guerre mondiale lorsque les ailerons ont été étendus au-delà du bout de l'aile et munis d'un klaxon devant la charnière. Connus sous le nom d'ailerons en porte-à-faux, les exemples les plus connus sont peut-être les Fokker Dr.I et Fokker D.VII . Les exemples ultérieurs ont aligné le contrepoids avec l'aile pour améliorer le contrôle et réduire la traînée. Cela se voit moins souvent maintenant, en raison de l'aileron de type Frise qui offre le même avantage.

Onglets de coupe

Les volets compensateurs sont de petites sections mobiles ressemblant à des ailerons réduits situés au niveau ou à proximité du bord de fuite de l'aileron. Sur la plupart des avions propulsés par hélice, la rotation de la ou des hélices induit un mouvement de roulis opposé en raison de la troisième loi du mouvement de Newton , en ce sens que chaque action a une réaction égale et opposée. Pour soulager le pilote d'avoir à exercer une pression continue sur le manche dans une direction (ce qui cause de la fatigue), des volets compensateurs sont fournis pour ajuster ou réduire la pression nécessaire contre tout mouvement indésirable. L'onglet lui-même est dévié par rapport à l'aileron, provoquant le déplacement de l'aileron dans la direction opposée. Les volets compensateurs se présentent sous deux formes, réglables et fixes. Un volet compensateur fixe est plié manuellement à la quantité requise de déviation, tandis que le volet compensateur réglable peut être contrôlé depuis l'intérieur du cockpit afin que différents réglages de puissance ou d'attitudes de vol puissent être compensés. Certains gros aéronefs des années 1950 (y compris le Canadair Argus ) utilisaient des gouvernes flottantes que le pilote contrôlait uniquement par le biais des volets compensateurs, auquel cas des volets supplémentaires étaient également fournis pour affiner le contrôle afin d'assurer un vol rectiligne et horizontal.

Piques

Avion supplémentaire de 300L, vu d'en bas, montrant des piques quadrilatères de couleur claire à peu près au milieu de l'aile.

Les bêches sont des plaques métalliques plates, généralement fixées à la surface inférieure des ailerons, devant la charnière des ailerons, par un bras de levier. Ils réduisent la force nécessaire au pilote pour dévier l'aileron et sont souvent observés sur les avions de voltige . Lorsque l'aileron est dévié vers le haut, la bêche produit une force aérodynamique vers le bas, qui tend à faire tourner l'ensemble de manière à dévier davantage l'aileron vers le haut. La taille de la bêche (et de son bras de levier) détermine la force que le pilote doit appliquer pour dévier l'aileron. Une bêche fonctionne de la même manière qu'un klaxon mais est plus efficace en raison du bras de levier plus long .

Masses d'équilibrage

Équilibrage des masses des ailerons à charnières Frise sur un Messerschmitt Bf 110 "zerstörer"

Pour augmenter la vitesse à laquelle le flottement de la surface de contrôle (flottement aéroélastique ) pourrait devenir un risque, le centre de gravité de la surface de contrôle est déplacé vers la ligne de charnière de cette surface. Pour ce faire, des poids en plomb peuvent être ajoutés à l'avant de l'aileron. Dans certains avions, la construction des ailerons peut être trop lourde pour permettre à ce système de fonctionner sans augmentation excessive du poids de l'aileron. Dans ce cas, le poids peut être ajouté à un bras de levier pour déplacer le poids bien en avant du corps d'aileron. Ces masses d'équilibrage sont en forme de goutte (pour réduire la traînée), ce qui les rend assez différentes des bêches, bien qu'elles se projettent toutes deux vers l'avant et sous l'aileron. En plus de réduire le risque de flottement, les bilans de masse réduisent également les forces de manche nécessaires pour déplacer la surface de contrôle lors des manœuvres.

Clôtures d'ailerons

Certaines conceptions d'ailerons, en particulier lorsqu'elles sont montées sur des ailes en flèche, comprennent des clôtures telles que des clôtures d'aile au ras de leur plan intérieur, afin de supprimer une partie de la composante en envergure du flux d'air circulant sur le dessus de l'aile, ce qui a tendance à perturber le flux laminaire au-dessus l'aileron, lorsqu'il est dévié vers le bas.

Types d'ailerons

Ailerons à simple effet

Utilisés pendant "l'ère pionnière" de l'aviation d'avant-guerre et dans les premières années de la Première Guerre mondiale, ces ailerons étaient chacun contrôlés par un seul câble, qui tirait l'aileron vers le haut. Lorsque l'avion était au repos, les ailerons pendaient verticalement vers le bas. Ce type d'aileron était utilisé sur le biplan Farman III 1909 et le Short 166 . Une version « inversée », utilisant le gauchissement des ailes, existait sur la dernière version du Santos-Dumont Demoiselle , qui ne déformait que les extrémités des ailes « vers le bas ». L'un des inconvénients de cette configuration était une plus grande tendance au lacet que même avec des ailerons interconnectés de base. Au cours des années 1930, un certain nombre d'avions légers utilisaient des commandes à simple effet, mais utilisaient des ressorts pour ramener les ailerons à leur position neutre lorsque le manche était relâché.

Ailerons en bout d'aile

Le Blériot VIII à ailerons en bout d'aile en 1908, dévié pour une légère rive droite.

Utilisé sur la toute première cellule pour avoir la combinaison de commandes "joystick/barre de direction" qui a directement conduit au système de commandes de vol moderne , le Blériot VIII en 1908, certaines conceptions des premiers avions utilisaient des ailerons "en bout d'aile", où l'ensemble l'extrémité de l'aile a été tournée pour obtenir un contrôle de roulis en tant que surface de contrôle de roulis pivotante séparée - l' AEA June Bug en a utilisé une forme, à la fois avec le Fokker V.1 allemand expérimental de 1916 et les versions antérieures du Junkers J 7 tout en duralumin monoplan de démonstration en métal les utilisant - le J 7 a conduit directement au design de chasseur allemand Junkers DI tout en métal duralumin de 1918, qui avait des ailerons articulés de manière conventionnelle. Le principal problème de ce type d'aileron est la tendance dangereuse au décrochage en cas d'utilisation agressive, surtout si l'avion est déjà en danger de décrochage, d'où l'utilisation principalement sur des prototypes, et leur remplacement sur des avions de série par des ailerons plus conventionnels.

Frise ailerons

L'ingénieur Leslie George Frize (1897-1979) de la Bristol Airplane Company a développé une forme d'aileron qui pivote autour de sa ligne de corde de 25 à 30% et près de sa surface inférieure [1] , afin de réduire les forces de manche à mesure que l'avion devenait plus rapide pendant les années 1930. Lorsque l'aileron est dévié vers le haut (pour faire descendre son aile), le bord d'attaque de l'aileron commence à dépasser sous le dessous de l'aile dans le flux d'air sous l'aile. Le moment du bord d'attaque dans le flux d'air aide à remonter le bord de fuite, ce qui diminue la force du manche. L'aileron descendant ajoute également de l'énergie à la couche limite. Le bord de l'aileron dirige le flux d'air du dessous de l'aile vers la surface supérieure de l'aileron, créant ainsi une force de portance ajoutée à la portance de l'aile. Cela réduit la déviation nécessaire de l'aileron. Le biplan Canadian Fleet Model 2 de 1930 et le populaire monoplan Piper J-3 Cub américain de 1938 possédaient des ailerons Frize tels que conçus et ont contribué à les présenter à un large public.

Un avantage revendiqué de l'aileron Frise est la capacité de contrer le lacet défavorable. Pour ce faire, le bord d'attaque de l'aileron doit être tranchant ou carrément arrondi, ce qui ajoute une traînée importante à l'aileron retourné et aide à contrebalancer la force de lacet créée par l'autre aileron baissé. Cela peut ajouter un effet non linéaire désagréable et/ou une vibration aérodynamique potentiellement dangereuse (flottement). Le moment de lacet défavorable est essentiellement contrecarré par la stabilité en lacet de l'avion et également par l'utilisation du mouvement différentiel des ailerons.

Ailerons différentiels

Grâce à une conception soignée des liaisons mécaniques, l'aileron supérieur peut être amené à dévier plus que l'aileron inférieur (par exemple, brevet américain 1 565 097). Cela permet de réduire la probabilité d'un décrochage en bout d'aile lorsque les déflexions des ailerons sont effectuées à des angles d'attaque élevés. De plus, le différentiel de traînée qui en résulte réduit le lacet défavorable (comme également discuté ci - dessus ). L'idée est que la perte de portance associée à l'aileron haut n'entraîne aucune pénalité tandis que l'augmentation de portance associée à l'aileron bas est minimisée. Le couple de roulis sur l'avion est toujours la différence de portance entre les deux ailes. Un concepteur de de Havilland a inventé une tringlerie simple et pratique et leur biplan britannique classique de Havilland Tiger Moth est devenu l'un des avions les plus connus et l'un des premiers à utiliser des ailerons différentiels.

Contrôle de roulis sans ailerons

Le gauchissement des ailes

Sur les premiers avions de l' ère Pioneer , tels que le Wright Flyer et les derniers Blériot XI et Etrich Taube d' origine 1909 , le contrôle latéral était effectué en tordant la partie extérieure de l'aile afin d'augmenter ou de diminuer la portance en changeant l'angle d'attaque . Cela présentait les inconvénients de solliciter la structure, d'être lourd sur les commandes, et de risquer de caler le côté avec l'incidence accrue lors d'une manœuvre. En 1916, la plupart des concepteurs avaient abandonné le gauchissement des ailes au profit des ailerons. Des chercheurs de la NASA et d'ailleurs ont à nouveau examiné le gauchissement des ailes, bien que sous de nouveaux noms. La version de la NASA est la X-53 Active Aeroelastic Wing tandis que l' United States Air Force a testé l' Adaptive Compliant Wing .

Spoilers de différentiel

Les spoilers sont des dispositifs qui, lorsqu'ils sont étendus dans le flux d'air au-dessus d'une aile, perturbent le flux d'air et réduisent la portance générée. De nombreux modèles d'avions modernes, en particulier les avions à réaction , utilisent des spoilers à la place ou pour compléter les ailerons, tels que le F4 Phantom II et le Northrop P-61 Black Widow , qui avaient des volets presque pleine largeur (il y avait de très petits ailerons conventionnels aux extrémités des ailes également).

Roulis induit par le gouvernail

Tous les avions avec dièdre ont une certaine forme de couplage lacet-rouleau pour favoriser la stabilité. Les entraîneurs courants comme la série Cessna 152/172 peuvent être contrôlés en roulis avec le seul gouvernail. Le gouvernail du Boeing 737 a plus d'autorité en roulis sur l'avion que les ailerons à des angles d'attaque élevés. Cela a conduit à deux accidents notables lorsque le gouvernail s'est bloqué en position complètement déviée, provoquant des capotages (voir Problèmes de gouvernail du Boeing 737 ).

Certains avions tels que le Fokker Spin et les planeurs miniatures manquent de tout type de contrôle latéral. Ces avions utilisent une plus grande quantité de dièdre que les avions conventionnels. La déviation du gouvernail donne du lacet et beaucoup de portance différentielle de l'aile, ce qui donne un moment de roulis induit par le lacet. Ce type de système de contrôle est le plus souvent observé dans la famille de petits avions Flying Flea et sur des modèles de planeurs plus simples à 2 fonctions (commande de tangage et de lacet) ou des modèles d'avions à moteur à 3 fonctions (commande de tangage, de lacet et des gaz), tels que la radio. -versions contrôlées des modèles réduits d'avions à moteur de vol libre "Old Timer" .

Autres méthodes

  • Le contrôle du transfert de poids est largement utilisé dans les deltaplanes, les deltaplanes motorisés et les avions ultralégers.
  • Le vol avec commandes désactivées a été couronné de succès dans un petit nombre d'incidents d'aviation.
  • Vannes de régulation de réaction utilisées dans la famille des avions militaires à réaction Harrier .
  • Top gouvernail : cet appareil équipait l' avion de l'armée britannique n° 1 . Il comprenait un aileron entièrement volant monté au-dessus de l'aile supérieure et pivotant autour d'un axe vertical. En fonctionnement, il a appliqué une force latérale à peu près au-dessus du centre de pression, provoquant le roulis de l'engin. La conception comportait également des ailerons entièrement volants entre les ailes, mais ceux-ci ont été supprimés au moment où il a effectué le premier vol officiel d'un avion britannique et le contrôle en roulis pendant le vol a été réalisé uniquement à l'aide du gouvernail supérieur.

Combinaisons avec d'autres surfaces de contrôle

Un F-16 de l'USAF affichant ses empennages arrière, qui se déplacent indépendamment les uns des autres pour assurer à la fois le contrôle du tangage et du roulis. Notez les différents angles d'attaque visibles.
  • Une surface de contrôle qui combine un aileron et un volet s'appelle un flaperon . Une surface unique sur chaque aile remplit les deux fonctions : Utilisé comme aileron, les flaperons gauche et droit sont actionnés de manière différentielle ; lorsqu'il est utilisé comme volet, les deux flaperons sont actionnés vers le bas. Lorsqu'un flaperon est actionné vers le bas (c'est-à-dire utilisé comme volet), il reste suffisamment de liberté de mouvement pour pouvoir continuer à utiliser la fonction aileron.
  • Certains aéronefs sont utilisés de manière différentielle contrôlée spoilers ou spoilerons pour fournir rouleau au lieu d'ailerons classiques. L'avantage est que tout le bord de fuite de l'aile peut être consacré aux volets, offrant un meilleur contrôle à basse vitesse. Le Northrop P-61 Black Widow utilisait des spoilers de cette manière, en conjonction avec des volets zap pleine envergure et certains avions de ligne modernes utilisent des spoilers pour aider les ailerons.
  • Sur les avions à ailes delta , les ailerons sont combinés avec les gouvernes de profondeur pour former un élevon .
  • Plusieurs avions de chasse modernes peuvent ne pas avoir d'ailerons sur leurs ailes mais fournir un contrôle de roulis avec un empennage horizontal entièrement en mouvement. Lorsque horizontales empennages stabilators peuvent se déplacer différemment pour effectuer le rouleau fonction de contrôle des ailerons, comme ils le font sur certains modernes avions de chasse , ils sont appelés « tailerons » ou « queues de roulement ». Les tailerons permettent en outre des volets plus larges sur les ailes de l'avion.
  • Les jambes de force d'ailerons combinaient des surfaces mobiles avec une jambe de force d'aile en forme de profil aérodynamique. Le fait d'agir dans le sillage de l'hélice a augmenté leur efficacité, bien que leur avantage mécanique soit réduit en raison de l'emplacement intérieur.

Voir également

Les références

Notes de bas de page

Citations

Bibliographie

Liens externes