Dans les discussions entre pilotes, le second régime est souvent évoqué comme dangereux alors que tout vol commence et se termine dans cette partie spécifique du domaine de vol

 

En réalité le risque est de perdre le contrôle de l’avion aux fortes incidences et d’avoir des performances très dégradées, notamment en décollant prématurément, en tardant à remettre les gaz, en adoptant une vitesse trop faible en finale ou une assiette trop cabrée un peu avant le touché des roues !

 

La compréhension et de maîtrise de ce risque ! Sur la base du graphe des puissances mises en jeu en fonction de la vitesse de l’avion, le second régime est défini et ses caractéristiques sont interprétées d’un point de vue pratique. La sortie de la « zone critique » lors de la course au décollage ou d’une remise de gaz puis la maîtrise de l’arrondi et de la décélération à l’atterrissage sont abordées.

 

Enfin le graphe de la vitesse verticale en descente en fonction de la vitesse de l’avion met en évidence la nécessité d’appliquer, sur la courte finale d’un atterrissage de précaution, de plus amples variations de puissance et d’assiette pour corriger les écarts de vitesse et de pente.

 

 

Vol Lent

 

Pour comprendre le vol lent, il faut étudier, la trainée.

La traînée est issue de la décomposition de la résultante aérodynamique par rapport au vent relatif. Elle est toujours parallèle au vent relatif et orientée en sens inverse du déplacement.

La traînée totale rassemble toutes les traînées auxquelles un avion est soumis.

 

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- traînée parasite

 

(elle-même décomposée en traînée de frottement, traînée d’interférence et traînée de forme) ;

                La traînée parasite regroupe toutes les traînées ne dépendant pas de la création de portance, mais uniquement de la présence, dans un écoulement d’air, d’un profil plus ou moins aérodynamique. Appelée également traînée de profil

               

 

1 - Traînée de frottement        

La traînée de frottement est due à la viscosité de l’air.

En fonction de l’état de la couche limite, la traînée de frottement évolue :

 

- laminaire : les filets d’air sont parallèles entre eux et la traînée de frottement est minimale 

 

- turbulent : les turbulences génèrent une couche limite plus énergétique, qui résistera mieux au décollement, mais qui générera plus de traînée de frottement

 

 - décollée : la couche limite « frotte » sur une grande épaisseur et génère donc beaucoup de traînée de frottement.

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2 - Traînée de forme       

Elle est générée par la différence de pression le long de l’objet.

 

Nous sommes ainsi en présence d’une pression plus forte au bord de fuite qu’au niveau du pic de succion. La couche limite de l’aile est donc soumise à un gradient de pression inverse, qui consiste en un écoulement d’air remontant le long du profil (des hautes vers les basses pressions, donc en sens inverse de l’air) et ayant pour effet de décoller la couche limite.

Ce gradient de pression inverse crée des tourbillons en arrière du profil, générant ainsi la traînée de forme.

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3 - Traînée d’interférence

 

 

La traînée d’interférence est créée aux jonctions des éléments constitutifs d’un avion (aile-fuselage, notamment). En ces endroits, les écoulements se rencontrent avec des directions parfois très différentes, engendrant des tourbillons. Ces tourbillons sont à l’origine de la traînée d’interférence. Afin de s’en prémunir, il est nécessaire d’adoucir les jonctions en positionnant des éléments aérodynamiques, appelés Karman.

 

B – Relation entre traînée parasite et vitesse

La formule permettant de déterminer la valeur de la traînée parasite (FxP) est la suivante :

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Le coefficient de traînée parasite (CxP) dépend de la forme de l’objet

. Nous pouvons en déduire que la traînée parasite dépend du carré de la vitesse.

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Ainsi, lorsque la vitesse augmente, la traînée parasite augmente. Par exemple, une vitesse doublée créera quatre fois plus de traînée parasite (à cause du carré).

 

-traînée induite. (FxI)     est engendrée par la portance.

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Plus la vitesse augmente, plus la traînée induite diminue.

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– Traînée totale

1 - Définition

La traînée totale est la somme de la traînée induite et de la traînée parasite.

La traînée varie donc en fonction de la vitesse

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Une forte traînée à basse vitesse due à la traînée induite

 

 - une forte traînée à vitesse élevée due à la traînée parasite (ou traînée de profil)

 

 - un minimum de traînée entre les deux correspondant à une vitesse de traînée minimale (VMD, pour minimum drag en anglais).

Premier régime et second régime

La partie droite comprend les vitesses supérieures à la vitesse de traînée totale minimale. Un avion volant dans cette zone de vitesse est dit dans le « premier régime

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Un avion subissant une accélération (rafale de vent positive) voit sa pression dynamique augmenter (la vitesse augmente).

Ainsi, la traînée augmente et freine naturellement l’avion, sans action du pilote, la puissance délivrée par le moteur étant inchangée.

Inversement, pour une diminution de pression dynamique (rafale négative), la traînée diminue, ce qui accélère l’avion.

Le premier régime est dit stable.

- Second régime

Lorsqu’un avion vole dans la seconde partie du graphique déterminant la traînée totale, il est dit dans le « second régime.

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Le second régime présente deux situations différentes. •

 

 Une augmentation de pression dynamique (rafale positive) engendre une diminution de traînée. Si la traînée diminue, l’avion accélère encore plus facilement et la vitesse augmente.

 

En retour, la traînée diminue encore plus, et ainsi de suite jusqu’à passer dans le premier régime.

La vitesse se stabilise alors à la valeur de la vitesse de traînée minimum. Il n’y a pas de danger.

 

• Une diminution de pression dynamique (donc de vitesse) engendre une augmentation de traînée. La vitesse continue donc va diminuer et la traînée augmente à nouveau. La diminution de vitesse ne s’interrompt pas sans une action du pilote.

 

 La situation peut amener au décrochage : il y a danger !

 

Une variation de vitesse n’amène en aucun cas à retrouver la vitesse d’origine.

Le second régime est dit instable.

Définition du second régime

Le graphe ci-dessous, qui représente l’évolution des puissances en fonction de la vitesse et donc de l’incidence, illustre les principales caractéristiques du premier et du second régime de vol.

Selon les ouvrages, deux séries de critères définissent leur séparation, à savoir [pour une altitude et une température données ainsi que pour une masse et une configuration de l’avion définies] la vitesse (Vi) et l’incidence (α) où :

 

1. l’écart ∆ (Pu–Pn) entre la puissance utile appliquée (Pua) et la puissance nécessaire au vol en palier (Pn) est maximum [cf. document de référence a)] ;

 

2. la puissance nécessaire (Pn) est minimum [cf. document de référence b)]. avec : o Puissance nécessaire = travail « résistant » de la force de Traînée lorsque l’avion se déplace pendant une unité de temps (Pn = Traînée x Vitesse) ; o Puissance utile appliquée1 = travail « moteur » de la Traction exercée sur l’avion lors de son déplacement pendant une unité de temps (Pua = Traction x Vitesse) Nota : (Pua) augmente avec (Vi) mais en s’infléchissant à cause de la diminution progressive de la force de traction exercée par l’hélice dont le rendement décroît.

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Interprétation du graphe des puissances d’un point de vue pratique

 

 

1. la vitesse (Vi) varie en sens inverse de l’incidence (α) et au second régime la puissance nécessaire (Pn) varie dans le même sens que l’incidence (α).

 

2. à une vitesse (Vi) et donc à une incidence (α) définies, l’écart ∆ (Pu–Pn) représente [au Poids (mg) près] la vitesse verticale (Vz) : si cet écart est positif (excédent de puissance) l’avion monte et s’il est négatif (déficit de puissance) l’avion descend ! Vz = ∆ (Pu–Pn) mg

 

3. lors d’un vol en descente stabilisée, l’écart ∆ (Pu–Pn) est négatif quelles que soient les valeurs [Vi ; α] : l’amplitude de cet écart est minimum à la séparation entre les deux régimes puis croît inexorablement jusqu’au décrochage.

 

4. à la séparation des deux régimes, les valeurs [Vi ; α] correspondent : o (critères 1) au meilleur taux de montée (Vzmax) [par exemple, « volets rentrés » 145 km/h sur Robin DR42, 160 km/h sur DR44, 75 kt sur Diamond DA20] ; o (critères 2) à l’autonomie maximum ;

 

5. les valeurs [Vi ; α] aux points équipuissance peuvent varier selon les fluctuations des puissances utile et nécessaire. Ces fluctuations sont liées à plusieurs facteurs pouvant se combiner, tels que les variations d’altitude et de température, de la puissance délivrée par le groupe motopropulseur [par exemple, perte de puissance due à un dysfonctionnement (hélice, allumage, alimentation, carburation, etc.)], du facteur de charge (en virage, lors d’une ressource) ainsi qu’en présence de gradient de vent, d’effet de sol, etc.

 

6. dans la zone critique, délimitée par l’incidence au point équipuissance du 2ème régime2 et l’incidence du décrochage (à laquelle intervient la perte de contrôle), il est impossible d’augmenter la vitesse (Vi) sans perdre de hauteur.

 

7. au 1er régime et à une certaine puissance utile appliquée (Pua) qui, selon les valeurs [Vi ; α] peut être supérieure ou inférieure à la puissance nécessaire (Pn), une diminution de vitesse (i.e. une augmentation d’incidence) fait croître le taux de montée ou décroître le taux de descente alors qu’au 2ème régime elle fait décroître à la fois le taux de montée et le taux de descente ;

 

8. aux petites incidences (voisinage du point équipuissance du 1er régime) une légère variation de l’incidence et/ou de la puissance utile induiront une faible variation de la vitesse verticale et une forte variation de la vitesse (donc une faible variation de la pente Ө de la trajectoire) ;

 

9. aux grandes incidences (voisinage du point équipuissance du 2ème régime et en zone critique), une légère variation de l’incidence et/ou de la puissance utile induiront une forte variation de la vitesse verticale et une faible variation de la vitesse (donc une forte variation de la pente Ө de la trajectoire) ;

10.pour une certaine puissance utile appliquée (Pua), la vitesse Vzrc 2 est supérieure à la vitesse de décrochage (i.e. vitesse de perte de contrôle) et varie à l’inverse de la (Pua) et dans le même sens que la (Pn) : Puissance utile appliquée + élevée => Vi en palier au 2nd régime + faible Puissance nécessaire + élevée => Vi en palier au 2nd régime + élevée

 

Décollage et montée initiale

 

La puissance utile appliquée au décollage puis en montée est celle qui correspond à la puissance maximum que peut délivrer le moteur (à RPM max et Pa max). Le graphe des puissances montre clairement que la course au décollage, la rotation d’assiette puis le décollage et la montée initiale s’opèrent au second régime. Si les limites de masse et de centrage sont respectées, si la rotation d’assiette est débutée à la vitesse (Vr) définie dans le manuel de vol et si cette rotation cesse quand l’assiette de décollage est affichée, l’avion sort très tôt de la zone critique : il pourra quitter le sol grâce à l’excédent de puissance [∆ (Pu–Pn) > 0 et en croissance] et accélérer facilement à cause d’une part de la disparition de l’adhérence des roues et d’autre part d’une diminution de la traînée liée à la diminution de l’incidence (α) [et donc du Cx] consécutive à l’orientation vers le haut du vecteur vitesse (Vz > 0).

 

Un vrai problème se posera au décollage si la rotation d’assiette est effectuée trop tôt et/ou avec une assiette inadaptée. En effet

  1. avant VZRC2 minimum : l’avion est dans la zone critique et ne peut pas quitter le sol à moins qu’il ne le fasse lors d’une rafale de vent frontale à forte composante horizontale (apport d’énergie cinétique, augmentation momentanée du vent relatif et donc portance accrue), mais dans ce cas si l’assiette est maintenue cabrée (la traînée sera très forte et donc pénalisante pour l’accélération) et/ou si la rafale s’atténue ou disparaît (perte de portance), il redescendra aussitôt.

 

  1. après VZRC2 minimum et avant Vr : bien que l’excédent de puissance soit encore relativement faible, l’avion quittera le sol mais il accélérera très difficilement à cause encore une fois de la forte traînée et à la moindre augmentation de l’incidence (rafale de vent à forte composante verticale, action inopinée sur le manche à cabrer) il sera de nouveau en zone critique et reviendra au sol !

 

Pour se sortir de ces situations :

 

Dans le cas 1,     maintenir une action sur le manche à cabrer, réduire les gaz et dès que l’avion est revenu au sol (après l’avoir quitté lors d’une rafale) :

                               

interrompre le décollage si la longueur de piste restante est insuffisante

ou s’il reste suffisamment de longueur de piste, mettre le manche secteur avant, appliquer la puissance de décollage et attendre d’avoir atteint la vitesse de rotation pour afficher progressivement l’assiette de décollage

Dans le cas 2,    

 

continuer d’appliquer la puissance de décollage et faire évoluer progressivement l’assiette à piquer afin d’exécuter à proximité du sol un palier d’accélération jusqu’à la vitesse de rotation, puis afficher de façon souple l’assiette de décollage puis de montée initiale.

 

Décollage après un touché (touch and go !)

 

Une vitesse un peu trop élevée en courte finale, une décélération qui se prolonge, la recherche d’un kiss landing… l’extrémité de la piste se rapprochant, le manche est tiré trop tôt et/ou trop fort (effet du stress !) et l’avion peut se retrouver en « zone critique » ! Approche du décrochage (vol très lent) et décrochage (perte de contrôle)

 

                             

L’approche du décrochage

 

 

Correspond à un vol très lent où l’incidence est voisine de l’incidence au point équipuissance du second régime puis à celles de la zone critique juste avant la perte de contrôle (qui intervient à l’incidence de décrochage). L’avertisseur de décrochage se déclenche lorsque la vitesse est entre 1.1 de Vs et 1.2 de Vs ( nominalement à Vi ≤ 1.2 Vs).

 

Nota : en toute rigueur Vs est (en l’absence de Puissance utile appliquée) la Vitesse minimum de sustentation obtenue à l’incidence du Cz max légèrement inférieure à celle du décrochage.

 

Remise de gaz

 

Lors d’une remise de gaz il est primordial de ne pas entrer en zone critique et d’évoluer à des incidences où la puissance utile appliquée est excédentaire,

 

L’objectif de la manœuvre étant de passer d’une trajectoire descendante à une trajectoire montante. Point d’attention : pendant cette manœuvre la courbure de la trajectoire induit un facteur de charge qui fait croître la puissance nécessaire (Pn) et donc la VZRC2.

 

En cas de mouvement en tangage à cabrer trop rapide, l’incidence peut prendre une très forte valeur du fait que le vecteur vitesse tend à rester orienté vers le bas.

Il convient par conséquent d’effectuer la rotation d’assiette de façon souple, jusqu’à l’assiette de palier et immédiatement après d’appliquer la puissance de montée afin de diminuer la VZRC2 tout en veillant à maîtriser les effets « moteur » et en continuant la rotation jusqu’à l’assiette de montée.

Atterrissage

 

Lors d’un atterrissage normal, au passage du seuil de piste, la Puissance utile

Apliquée en descente (Puad) est progressivement diminuée [en réduisant les gaz] jusqu’à son annulation totale. Simultanément l’arrondi est débuté puis poursuivi afin d’amener l’avion près du sol sur une trajectoire quasi horizontale.

 

Pendant l’arrondi l’incidence augmente et la vitesse diminue progressivement [la Traînée augmente avec l’incidence]. Après l’arrondi lorsqu’aucune puissance utile est appliquée, la diminution de la vitesse fait décroître la Portance jusqu’à la rupture de l’équilibre en sustentation [Portance = Poids], ce qui oblige l’avion à suivre une trajectoire très légèrement descendante jusqu’au touché des roues.

 

La difficulté du pilotage à ce stade est d’atteindre le sol à faible vitesse afin d’éviter tout rebond, d’atterrir sur le train principal puis de rouler sur une distance aussi courte que possible jusqu’à l’arrêt complet mais tout en ayant une incidence (α) qui permette de garder le contrôle de l’avion (notamment en roulis), autrement dit à une vitesse supérieure à celle du décrochage.

 

 

Conclusion

 

Le décollage, la montée, la finale et l’atterrissage s’effectuent au second régime sans présenter de danger dès lors que le passage de la zone critique et le vol très lent [évolution aux fortes incidences] sont maîtrisés !