Aviation : données de performances

Il faut souligner que les informations et données constructeurs fournies dans l'AFM/POH ne sont pas standardisées. Certains fournissent les données sous forme de tableau, tandis que d'autres utilisent des graphiques. De plus, les données de performance peuvent être présentées sur la base de conditions atmosphériques standard, d'altitude pression ou d'altitude densité. Les informations de performance dans l'AFM/POH ont peu ou pas de valeur à moins que l'utilisateur reconnaisse ces variations et fasse les ajustements nécessaires.

Pour être en mesure d'utiliser concrètement les capacités et les limites de l'avion, il est essentiel de comprendre l'importance des données opérationnelles. Le pilote doit être conscient de la base des données de performance, ainsi que de la signification des divers termes utilisés pour exprimer les capacités et les limites de performance. 

Étant donné que les caractéristiques de l'atmosphère ont un effet majeur sur les performances, il est nécessaire de passer en revue deux facteurs dominants : la pression et la température. 

Performance 

La performance est un terme utilisé pour décrire la capacité d'un avion à accomplir certaines choses qui le rendent utile à certaines fins. Par exemple, la capacité d'un aéronef à atterrir et à décoller sur une très courte distance est un facteur important pour le pilote qui opère à l'intérieur et à l'extérieur de courts aérodromes non améliorés. La capacité de transporter de lourdes charges, de voler à haute altitude à des vitesses rapides et/ou de parcourir de longues distances est essentielle pour les performances des avions de ligne et de type exécutif.

Les principaux facteurs les plus affectés par les performances sont la distance de décollage et d'atterrissage, le taux de montée, le plafond, la charge utile, l'autonomie, la vitesse, la maniabilité, la stabilité et l'économie de carburant. Certains de ces facteurs sont souvent directement opposés : par exemple, une vitesse élevée par rapport à une courte distance d'atterrissage, une longue autonomie par rapport à une grande charge utile et un taux de montée élevé par rapport à l'économie de carburant. C'est la prééminence d'un ou de plusieurs de ces facteurs qui dicte les différences entre les aéronefs et explique le degré élevé de spécialisation des aéronefs modernes.

Les différents éléments de performance de l'avion résultent de la combinaison des caractéristiques de l'avion et du groupe motopropulseur. Les caractéristiques aérodynamiques de l'aéronef définissent généralement les exigences de puissance et de poussée dans diverses conditions de vol, tandis que les caractéristiques du groupe motopropulseur définissent généralement la puissance et la poussée disponibles dans diverses conditions de vol. L'adaptation de la configuration aérodynamique avec le groupe motopropulseur est effectuée par le fabricant pour fournir des performances maximales dans les conditions de conception spécifiques (par exemple, autonomie, endurance et montée).  

Vol rectiligne en palier 

Toutes les principales composantes des performances de vol impliquent des conditions de vol en régime permanent et l'équilibre de l'aéronef. Pour que l'avion reste en vol stabilisé en palier, l'équilibre doit être obtenu par une portance égale à la masse de l'avion et une poussée du moteur égale à la traînée de l'avion. Ainsi, la traînée de l'avion définit la poussée nécessaire pour maintenir un vol stable et en palier. 

Alors que la traînée parasite prédomine à haute vitesse, la traînée induite prédomine à basse vitesse. Par exemple, si un avion en vol stabilisé à 100 nœuds est ensuite accéléré à 200 nœuds, la traînée parasite devient quatre fois plus importante, mais la puissance nécessaire pour surmonter cette traînée est huit fois supérieure à la valeur d'origine. À l'inverse, lorsque l'aéronef est utilisé en vol stabilisé et en palier à une vitesse deux fois plus grande, la traînée induite est le quart de la valeur d'origine et la puissance nécessaire pour surmonter cette traînée n'est que la moitié de la valeur d'origine.

Lorsqu'un aéronef est en vol stabilisé en palier, la condition d'équilibre doit prévaloir. La condition de vol non accéléré est obtenue avec l'avion compensé pour une portance égale au poids et le groupe motopropulseur réglé pour une poussée égale à la traînée de l'avion.

La vitesse maximale de vol en palier de l'aéronef est obtenue lorsque la puissance ou la poussée requise est égale à la puissance ou la poussée maximale disponible du groupe motopropulseur. La vitesse minimale de vol en palier n'est généralement pas définie par les exigences de poussée ou de puissance puisque les conditions de décrochage ou de stabilité et les problèmes de contrôle prédominent généralement.  

Performances de montée 

Si un avion doit se déplacer, voler et performer, le travail doit agir sur lui. Le travail implique de forcer le déplacement de l'avion. L'avion acquiert de l'énergie mécanique lorsqu'il se déplace. L'énergie mécanique se présente sous deux formes : (1) l'énergie cinétique (KE), l'énergie de la vitesse ; (2) Énergie potentielle (PE), l'énergie stockée de la position.

Le mouvement de l'avion (KE) est décrit par sa vitesse (vitesse). La position de l'aéronef (PE) est décrite par sa hauteur (altitude). KE et PE sont directement proportionnels à la masse de l'objet. KE est directement proportionnel au carré de la vitesse de l'objet (vitesse). PE est directement proportionnel à la hauteur (altitude) de l'objet. Les formules ci-dessous résument ces relations énergétiques :

KE = × m × v²

m = masse de l'objet 

v = vitesse de l'objet  

PE = m × g × h

m = masse de l'objet 

g = intensité du champ de gravité 

h = hauteur de l'objet

Nous utilisons parfois les termes « puissance » et « poussée » de manière interchangeable lorsque nous parlons de performances en montée. Cela implique à tort que les termes sont synonymes. Il est important de distinguer ces termes. La poussée est une force ou une pression exercée sur un objet. La poussée est mesurée en livres (lb) ou en newtons (N). La puissance, cependant, est une mesure du taux d'exécution du travail ou de transfert d'énergie (KE et PE). La puissance est généralement mesurée en chevaux (hp) ou en kilowatts (kw). Nous pouvons considérer la puissance comme le mouvement (KE et PE) qu'une force (poussée) crée lorsqu'elle est exercée sur un objet pendant une période de temps.

Une performance de montée positive se produit lorsqu'un aéronef gagne en PE en augmentant l'altitude. Deux facteurs de base, ou une combinaison des deux facteurs, contribuent à des performances de montée positives dans la plupart des aéronefs : 

1. L'aéronef monte (acquiert PE) en utilisant une puissance excessive supérieure à celle requise pour maintenir le vol en palier, ou 

2. L'avion monte en convertissant la vitesse (KE) en altitude (PE).

Comme exemple du facteur 1 ci-dessus, un avion avec un moteur capable de produire 200 chevaux (à une altitude donnée) n'utilise que 130 chevaux pour maintenir le vol en palier à cette altitude. Cela laisse 70 chevaux disponibles pour grimper. Le pilote maintient la vitesse constante et augmente la puissance pour effectuer la montée.

Comme exemple de facteur 2, un avion vole en palier à 120 nœuds. Le pilote laisse le réglage de puissance du moteur constant mais applique d'autres commandes pour effectuer une montée. La montée, parfois appelée montée de zoom, convertit la vitesse anémométrique (KE) en altitude (PE); la vitesse diminue à quelque chose de moins de 120 nœuds à mesure que l'altitude augmente. 

Il y a deux raisons principales pour évaluer les performances de montée. Premièrement, les aéronefs doivent escalader des obstacles pour éviter de les heurter. Deuxièmement, grimper à des altitudes plus élevées peut offrir de meilleures conditions météorologiques, une économie de carburant et d'autres avantages. L'angle de montée maximal (AOC), obtenu à VX, peut fournir des performances de montée pour s'assurer qu'un avion franchira les obstacles. Le taux de montée maximal (ROC), obtenu à VY, fournit des performances de montée pour atteindre le plus grand gain d'altitude dans le temps. Le ROC maximum peut ne pas être suffisant pour éviter les obstacles dans certaines situations, tandis que l'AOC maximum peut être suffisant pour éviter les mêmes obstacles.    

Performances de la gamme 

La capacité d'un avion à convertir l'énergie du carburant en distance de vol est l'un des éléments les plus importants de la performance d'un avion. Dans les opérations de vol, le problème du fonctionnement efficace en distance d'un aéronef se présente sous deux formes générales :

1. Pour extraire la distance de vol maximale d'une charge de carburant donnée 

2. Pour parcourir une distance spécifiée avec une dépense minimale de carburant  

Un élément commun à chacun de ces problèmes de fonctionnement est la plage spécifique ; c'est-à-dire les milles marins (NM) de distance de vol par rapport à la quantité de carburant consommée. L'autonomie doit être clairement distinguée de l'élément d'endurance. La portée implique la prise en compte de la distance de vol, tandis que l'endurance implique la prise en compte du temps de vol. Ainsi, il convient de définir un terme distinct, l'endurance spécifique.

endurance spécifique = heures de vol / livres de carburant

endurance spécifique = heures de vol/heure / livres de carburant/heure

endurance spécifique = 1 / débit carburant

Le débit de carburant peut être défini en livres ou en gallons. Si une endurance maximale est souhaitée, les conditions de vol doivent fournir un débit de carburant minimal. Dans la figure au point A, la vitesse anémométrique est faible et le débit de carburant est élevé. Cela se produirait pendant les opérations au sol ou lors du décollage et de la montée. À mesure que la vitesse augmente, les besoins en puissance diminuent en raison de facteurs aérodynamiques et le débit de carburant diminue jusqu'au point B. C'est le point d'endurance maximale. Au-delà de ce point, les augmentations de vitesse ont un coût. Les augmentations de vitesse nécessitent une puissance supplémentaire et le débit de carburant augmente avec une puissance supplémentaire.

Les opérations de vol de croisière pour une portée maximale doivent être menées de manière à ce que l'aéronef obtienne une portée spécifique maximale tout au long du vol. La plage spécifique peut être définie par la relation suivante.

Région de commande inversée 

Les propriétés aérodynamiques d'un aéronef déterminent généralement les besoins en puissance dans diverses conditions de vol, tandis que les capacités du groupe motopropulseur déterminent généralement la puissance disponible dans diverses conditions de vol. Lorsqu'un aéronef est en vol stabilisé en palier, une condition d'équilibre doit prévaloir. Une condition de vol non accélérée est atteinte lorsque la portance est égale au poids et que le groupe motopropulseur est réglé pour une poussée égale à la traînée. La puissance nécessaire pour atteindre l'équilibre en vol à altitude constante à différentes vitesses est représentée sur une courbe de puissance requise. La courbe de puissance requise illustre le fait qu'à basse vitesse près du décrochage ou de la vitesse minimale contrôlable, le réglage de puissance requis pour un vol en palier stable est assez élevé.

Le vol dans la région de commande normale signifie que tout en maintenant une altitude constante, une vitesse anémométrique plus élevée nécessite un réglage de puissance plus élevé et une vitesse anémométrique inférieure nécessite un réglage de puissance plus faible. La majorité des vols d'aéronefs (montée, croisière et manœuvres) sont effectués dans la région de commandement normal. 

Un vol dans la région de commande inversée signifie un vol dans lequel une vitesse anémométrique plus élevée nécessite un réglage de puissance inférieur et une vitesse anémométrique inférieure nécessite un réglage de puissance supérieur pour maintenir l'altitude. Cela n'implique pas qu'une diminution de la puissance entraîne une diminution de la vitesse. La région de commande inversée se rencontre dans les phases de vol à basse vitesse. Les vitesses de vol inférieures à la vitesse d'endurance maximale (point le plus bas de la courbe de puissance) nécessitent des réglages de puissance plus élevés avec une diminution de la vitesse. Étant donné que la nécessité d'augmenter le réglage de puissance requis avec une vitesse réduite est contraire à la commande normale de vol, le régime des vitesses de vol entre la vitesse pour le réglage de puissance minimum requis et la vitesse de décrochage (ou vitesse de contrôle minimale) est appelé la région de marche arrière. commande. Dans la région de commande inversée,