Avion : équilibre, stabilité et centre de gravité
L'équilibre fait référence à l'emplacement du CG d'un aéronef et est important pour la stabilité et la sécurité en vol. Le CG est un point auquel l'avion s'équilibrerait s'il était suspendu à ce point.
La principale préoccupation dans l'équilibrage d'un aéronef est l'emplacement avant et arrière du CG le long de l'axe longitudinal. Le CG n'est pas nécessairement un point fixe ; son emplacement dépend de la répartition des masses dans l'avion. Au fur et à mesure que les éléments à charge variable sont déplacés ou dépensés, il en résulte un déplacement de l'emplacement du CG. La distance entre les limites avant et arrière de la position du centre de gravité ou de la plage CG est certifiée pour un aéronef par le constructeur. Le pilote doit se rendre compte que si le CG est déplacé trop loin vers l'avant sur l'axe longitudinal, il en résultera une condition de nez lourd. Inversement, si le CG est déplacé trop loin vers l'arrière sur l'axe longitudinal, il en résulte une condition de queue lourde. Il est possible que le pilote ne puisse pas contrôler l'avion si l'emplacement du centre de gravité produisait une condition instable.
L'emplacement du CG par rapport à l'axe latéral est également important. Pour chaque élément de poids existant à gauche de l'axe central du fuselage, il existe un poids égal existant à un emplacement correspondant sur la droite. Cela peut être perturbé par une charge latérale déséquilibrée. La position du centre de gravité latéral n'est pas calculée dans tous les aéronefs, mais le pilote doit être conscient que des effets néfastes surviennent à la suite d'une condition de déséquilibre latéral. Dans un avion, un déséquilibre latéral se produit si la charge de carburant est mal gérée en alimentant le ou les moteurs de manière inégale à partir des réservoirs d'un côté de l'avion. Le pilote peut compenser l'état d'aile lourde qui en résulte en ajustant le trim ou en maintenant une pression de commande constante. Cette action place les commandes de l'avion dans une condition hors ligne, augmente la traînée et entraîne une diminution de l'efficacité de fonctionnement.
Piloter un aéronef déséquilibré peut produire une fatigue accrue du pilote avec des effets évidents sur la sécurité et l'efficacité du vol. La correction naturelle du pilote pour le déséquilibre longitudinal est un changement de compensation pour supprimer la pression de commande excessive. Cependant, une compensation excessive a pour effet de réduire non seulement l'efficacité aérodynamique, mais également la distance de déplacement des commandes principales dans la direction dans laquelle la compensation est appliquée.
Effets de l'équilibre défavorable
Des conditions d'équilibre défavorables affectent les caractéristiques de vol de la même manière que celles mentionnées pour une condition d'excès de poids. Il est essentiel de respecter les limites de masse et de centrage établies pour tous les aéronefs. L'exploitation au-dessus de la limite de poids maximale compromet l'intégrité structurelle de l'avion et peut nuire aux performances. La stabilité et le contrôle sont également affectés par un mauvais équilibre.
Stabilité Le chargement dans des conditions de piqué entraîne des problèmes de contrôle et de relèvement du nez, en particulier lors du décollage et de l'atterrissage. Le chargement dans une condition de queue lourde a un effet sérieux sur la stabilité longitudinale et réduit la capacité de récupération après des décrochages et des vrilles. Une forte charge de queue produit également des forces de contrôle très légères, une autre caractéristique indésirable. Cela permet au pilote de surcharger par inadvertance un avion.
Les limites de stabilité et de centre de gravité pour l'emplacement du centre de gravité sont établies par le fabricant. Ce sont les limites avant et arrière au-delà desquelles le CG ne doit pas être situé pour le vol. Ces limites sont publiées pour chaque aéronef dans la fiche de données du certificat de type (TCDS), ou la spécification de l'aéronef et l'AFM ou le manuel d'utilisation du pilote (POH). Si le CG n'est pas dans les limites autorisées après le chargement, il sera nécessaire de déplacer certains éléments avant de tenter le vol.
La limite de CG avant est souvent établie à un emplacement déterminé par les caractéristiques d'atterrissage d'un aéronef. Lors de l'atterrissage, l'une des phases les plus critiques du vol, le dépassement de la limite de CG avant peut entraîner des charges excessives sur la roue avant, une tendance à cabrer sur les avions de type roue arrière, une diminution des performances, des vitesses de décrochage plus élevées et des forces de contrôle plus élevées.
Contrôle Dans les cas extrêmes, un emplacement CG qui est au-delà de la limite avant peut entraîner une lourdeur du nez, ce qui rend difficile ou impossible l'arrondi pour l'atterrissage. Les fabricants placent délibérément la limite de CG avant aussi loin que possible vers l'arrière pour aider les pilotes à éviter les dommages lors de l'atterrissage. En plus d'une diminution de la stabilité longitudinale statique et dynamique, d'autres effets indésirables causés par un emplacement CG à l'arrière de la plage autorisée peuvent inclure une difficulté de contrôle extrême, des caractéristiques de décrochage violentes et des forces de contrôle très légères qui facilitent la surcharge excessive d'un aéronef par inadvertance.
Une limite de centre de gravité avant restreinte est également spécifiée pour garantir qu'une déviation suffisante de la profondeur/des commandes est disponible à la vitesse minimale. Lorsque les limitations structurelles ne limitent pas la position du centre de gravité vers l'avant, il est situé à la position où une déviation complète de la profondeur/des commandes est nécessaire pour obtenir un AOA élevé pour l'atterrissage.
La limite arrière du CG est la position la plus reculée à laquelle le CG peut être situé pour la manœuvre ou l'opération la plus critique. Lorsque le CG se déplace vers l'arrière, une condition moins stable se produit, ce qui diminue la capacité de l'avion à se redresser après des manœuvres ou des turbulences.
Pour certains aéronefs, les limites de CG avant et arrière peuvent être spécifiées pour varier à mesure que la masse brute change. Ils peuvent également être modifiés pour certaines opérations, telles que le vol acrobatique, la rentrée du train d'atterrissage ou l'installation de charges et de dispositifs spéciaux modifiant les caractéristiques de vol.
L'emplacement réel du CG peut être modifié par de nombreux facteurs variables et est généralement contrôlé par le pilote. Le placement des bagages et des articles de fret détermine l'emplacement du CG. L'attribution de sièges aux passagers peut également être utilisée comme un moyen d'obtenir un équilibre favorable. Si un avion est lourd à l'arrière, il est logique de placer les passagers lourds dans les sièges avant. La consommation de carburant peut également affecter le CG en fonction de l'emplacement des réservoirs de carburant. Par exemple, la plupart des petits aéronefs transportent du carburant dans les ailes très près du CG et la combustion du carburant a peu d'effet sur le CG chargé.
