Effet de sol (aérodynamique) - Ground effect (aerodynamics)

Pour les aéronefs à voilure fixe , l' effet de sol est la traînée aérodynamique réduite que les ailes d' un aéronef génèrent lorsqu'elles sont proches d'une surface fixe. Une traînée réduite dans l'effet de sol pendant le décollage peut faire « flotter » l'avion alors qu'il est inférieur à la vitesse de montée recommandée . Le pilote peut alors voler juste au-dessus de la piste pendant que l'avion accélère en effet de sol jusqu'à ce qu'une vitesse de montée sécuritaire soit atteinte.

Pour les giravions , l'effet de sol entraîne moins de traînée sur le rotor pendant le vol stationnaire près du sol. À des poids élevés, cela permet parfois au giravion de décoller alors qu'il est stationnaire dans l'effet de sol, mais ne lui permet pas de passer au vol hors de l'effet de sol. Les pilotes d'hélicoptère reçoivent des tableaux de performances qui montrent les limites du vol stationnaire de leur hélicoptère dans l'effet de sol (IGE) et hors de l'effet de sol (OGE). Les graphiques montrent l'avantage de portance supplémentaire produit par l'effet de sol.

Pour les avions VTOL propulsés par des ventilateurs et des jets , l'effet de sol en vol stationnaire peut provoquer une aspiration et une portance de fontaine sur la cellule et une perte de poussée en vol stationnaire si le moteur aspire ses propres gaz d'échappement, ce qui est appelé ingestion de gaz chaud (HGI).

Explications

Avion à voilure fixe

Lorsqu'un aéronef vole à ou en dessous d'environ la moitié de la longueur de l' envergure de l'aéronef au- dessus du sol ou de l'eau, il se produit un effet de sol souvent perceptible . Le résultat est une traînée induite plus faible sur l'avion. Ceci est principalement causé par le sol ou l'eau obstruant la création de tourbillons en bout d' aile et interrompant le vent descendant derrière l'aile.

Une aile génère de la portance en déviant la masse d'air venant en sens inverse (vent relatif) vers le bas. Le flux d'air dévié ou "tourné" crée une force résultante sur l'aile dans la direction opposée (la 3ème loi de Newton). La force résultante est identifiée comme portance. Voler près d'une surface augmente la pression de l'air sur l'intrados de l'aile, surnommé l'effet « bélier » ou « coussin », et améliore ainsi le rapport portance/traînée de l'avion. Plus l'aile est basse/près du sol, plus l'effet de sol est prononcé. Dans l'effet de sol, l'aile nécessite un angle d'attaque plus faible pour produire la même portance. Dans les essais en soufflerie où l'incidence et la vitesse restent constantes, il s'ensuit une augmentation du coefficient de portance, ce qui explique l'effet "flottant". L'effet de sol modifie également la poussée par rapport à la vitesse, où une traînée induite réduite nécessite moins de poussée afin de maintenir la même vitesse.

Les avions à ailes basses sont plus affectés par l'effet de sol que les avions à ailes hautes . En raison du changement des tourbillons ascendants, descendants et de bout d'aile, il peut y avoir des erreurs dans le système de vitesse anémométrique pendant l'effet de sol en raison des changements de la pression locale à la source statique .

Giravion

Lorsqu'un rotor en vol stationnaire est près du sol, le flux d'air descendant à travers le rotor est réduit à zéro au sol. Cette condition est transférée jusqu'au disque par des changements de pression dans le sillage qui diminuent l'afflux vers le rotor pour une charge de disque donnée, qui est la poussée du rotor pour chaque pied carré de sa surface. Cela donne une augmentation de poussée pour un angle de pas de pale particulier. Ou, alternativement, la puissance requise pour une poussée est réduite. Pour un hélicoptère surchargé qui ne peut survoler qu'un IGE, il peut être possible de s'éloigner du sol en se traduisant par un vol vers l'avant en premier pendant l'effet de sol. L'effet de sol disparaît rapidement avec la vitesse mais la puissance induite diminue également rapidement pour permettre une montée en toute sécurité. Certains des premiers hélicoptères sous-motorisés ne pouvaient planer que près du sol. L'effet de sol est maximal sur une surface ferme et lisse.

avions VTOL

Il y a deux effets inhérents aux aéronefs VTOL fonctionnant à des vitesses nulles et à faible IGE, à l'aspiration et à la portance en fontaine. Un troisième, HGI, peut également s'appliquer aux aéronefs à voilure fixe au sol dans des conditions venteuses ou pendant le fonctionnement de l'inverseur de poussée. Dans quelle mesure, en termes de poids soulevé, un avion VTOL survole IGE dépend de l'aspiration sur la cellule, de l'impact de fontaine sur le dessous du fuselage et de HGI dans le moteur. L'aspiration agit contre la portance du moteur en tant que force descendante sur la cellule. Le flux de fontaine fonctionne avec les jets de levage du moteur comme une force ascendante. HGI réduit la poussée générée par le moteur.

L'aspiration est le résultat de l'entraînement d'air autour de l'avion par des jets de portance en vol stationnaire. Il se produit également à l'air libre (OGE) provoquant une perte de portance en réduisant les pressions sur la face inférieure du fuselage et des ailes. L'entraînement amélioré se produit à proximité du sol, ce qui donne une perte de portance plus élevée. La portance de la fontaine se produit lorsqu'un avion a deux ou plusieurs jets de portance. Les jets frappent le sol et se dispersent. Là où ils se rencontrent sous le fuselage, ils se mélangent et ne peuvent se déplacer que vers le haut en frappant le dessous du fuselage. La façon dont leur élan ascendant est détourné latéralement ou vers le bas détermine la portance. L'écoulement de la fontaine suit un soubassement de fuselage incurvé et conserve un certain élan vers le haut, de sorte qu'une portance inférieure à la totalité de la fontaine est capturée à moins que des dispositifs d'amélioration de la portance ne soient installés. HGI réduit la poussée du moteur car l'air entrant dans le moteur est plus chaud que l'air ambiant.

Les premiers avions expérimentaux VTOL fonctionnaient à partir de grilles ouvertes pour évacuer les gaz d'échappement du moteur et empêcher la perte de poussée de HGI.

Le Bell X-14 , construit pour rechercher les premières technologies VTOL, était incapable de voler tant que les effets d'aspiration n'étaient pas réduits en soulevant l'avion avec des jambes de train d'atterrissage plus longues. Il devait également fonctionner à partir d'une plate-forme surélevée en acier perforé pour réduire le HGI. L' avion de recherche Dassault Mirage IIIV VTOL n'a jamais fonctionné verticalement à partir d'une grille qui a permis d'éloigner les gaz d'échappement du moteur de l'avion pour éviter les effets d'aspiration et de HGI.

Les virures ventrales installées rétroactivement sur le P.1127 améliorent le débit et augmentent la pression sous le ventre en vol stationnaire à basse altitude. Les nacelles à canon installées dans la même position faisaient la même chose. D'autres dispositifs d'amélioration de la portance (LIDS) ont été développés pour l'AV-8B et le Harrier II. Pour enfermer dans la région ventrale où les fontaines améliorant la portance frappent l'avion, des virures ont été ajoutées sous les nacelles des canons et un barrage articulé pouvait être abaissé pour bloquer l'espace entre les extrémités avant des virures. Cela a donné un gain de levage de 1200 lb.

Les portes intérieures de la baie d'armes Lockheed Martin F-35 Lightning II sur le F-35B s'ouvrent pour capturer le flux de fontaine créé par les jets de levage du moteur et du ventilateur et le contre-aspiration IGE.

Décrochage de l'aile en effet de sol

L'angle d'attaque de décrochage est moindre dans l'effet de sol, d'environ 2 à 4 degrés, qu'en air libre. Lorsque le flux se sépare, il y a une forte augmentation de la traînée. Si l'avion effectue une rotation excessive au décollage à une vitesse trop basse, la traînée accrue peut empêcher l'avion de quitter le sol. Deux comètes de Havilland ont dépassé l'extrémité de la piste après avoir effectué une rotation excessive. Une perte de contrôle peut se produire si un bout d'aile décroche dans l'effet de sol. Au cours des essais de certification du jet d'affaires Gulfstream G650 , l'avion d'essai a pivoté à un angle supérieur à l'angle de décrochage IGE prévu. La surrotation a causé le décrochage d'un bout d'aile et un roulis intempestif, qui a maîtrisé les commandes latérales, a entraîné la perte de l'avion.

Véhicule à effet de sol

Quelques véhicules ont été conçus pour explorer les avantages en termes de performances du vol en effet de sol, principalement au-dessus de l'eau. Les inconvénients opérationnels de voler très près de la surface ont découragé les applications généralisées.

Voir également

Les références

Remarques

Bibliographie

  • Dole, Charles Edouard. Théorie du vol et aérodynamique . Hoboken, New Jersey : John Wiley & Sons, Inc., 2000. ISBN
  • Gleim, Irving. Manœuvres de vol du pilote . Ottawa, Ontario, Canada : Aviation Publications, 1982. ISBN 0-917539-00-1.
  • Encyclopédie du pilote sur les connaissances aéronautiques (Federal Aviation Administration). New York : Skyhorse Publishing, 2007. ISBN  1-60239-034-7 .

Liens externes