Expliquez-Moi Les Vrilles :)

[FrMz]

Bonjour,

 

Sur un avion comme le cap 10, en vrille stabilisée, si je mets du gauchissement à contre, le nez va monter et l'avion va évoluer vers une vrille à plat.

 

Sur certains planeurs, en vrille stabilisée, si je mets du gauchissement à contre, le nez va descendre et le planeur va évoluer vers l'auto-tonneau. A l'inverse si je mets du gauchissement pour, le nez va monter et vrille à plat. Ayant fait beaucoup moins d'essais avec les planeurs je ne donnerais pas d'exemple, mais on me chuchote que certains se comportent comme le cap et d'autres à l'envers.

 

Pourquoi cette différence? Quelqu'un saurait m'expliquer les phénomènes en jeu? Enfin sur une machine inconnue, existe-t-il un moyen d'intuiter son comportement sans faire l'essai?

 

Si il y a quelque chose qui évolue entre cap 10 / DG500 (par exemple...), peut-on trouver une machine exactement entre les deux, ou le gauchissement n'auras aucune influence?

[tmp]

Bonjour,

 

Tu peux directement t'adresser à Daniel Serres, qui te répondra avec plaisir et précisément.

 

danielserres@sfr.fr

[Robert Ehrlich]

Lors de mon stage "positions inusuelles" à Fayence début Novembre dernier, l'instructeur qui m'a briefé a affirmé que les ailerons à contre faisaient passer en vrille plus plate. Comme il est également voltigeur avion, c'est peut-être de ce domaine qu'il tire cette conclusion qui va dans le même sens que ton expérience en CAP 10.

Pour ce qui est de l'explication physique/aérodynamique, il y a plein de facteurs qui peuvent jouer.

Le braquage des ailerons a un effet en lacet et en roulis.

En lacet on peut penser que l'effet est toujours dans le sens du lacet inverse, qu'on soit au dessus ou au dessous de l'incidence de décrochage, l'aileron qui s'abaisse va augmenter la trainée, l'aileron qui se lève va la diminuer.

En roulis, l'effet peut être dans un sens ou dans l'autre. Normalement quand les deux ailes sont en dessous de l'incidence de décrochage l'effet en roulis est dans le sens habituel, bascule ver le coté de l'aileron qui s'abaisse. Mais en vrille une aile au moins est décrochée sinon les deux. Dans ces conditions le braquage d'un aileron peut avoir un effet inversé (augmenter la portance s'il se lève car passage en mode moins décroché, l'inverse s'il s'abaisse), mais ce n'est pas certain, si une aile reste non décrochée ou même avec un aile décrochée si le vrillage est conséquent de sorte que l'extrémité de l'aile n'est pas ou peu décrochée, l'effet peut être dans le sens normal. A noter que sur un avion de voltige le vrillage est en général nul alors que sur un planeur-école il est en général généreux pour conserver au maximum de l'efficacité aux ailerons et limiter au maximum la tendance à partir en vrille au décrochage.

Enfin cet effet des ailerons est au bout du compte de rajouter un couple de pivotement autour d'un axe de lacet et/ou roulis. La réponse de l'aéronef à ce couple va dépendre de ses caractéristiques inertielles.

Il s'agit là d'un domaine qui n'est pas très simple à expliquer.

Je peux le faire s'il y a de la demande mais je trouve que cette contribution est déjà assez longue comme ça.

Modifié le 16 janvier 2013 par Robert Ehrlich

[Bob]

Il s'agit là d'un domaine qui n'est pas très simple à expliquer.

 

Les voltigeurs (avion) qui ont une grosse expérience de la vrille ne tentent même pas vraiment d'explication car chaque vrille est différente selon le centrage notamment...

 

Chaque machine a ses particularités et (en principe) seule la procédure du manuel de vol est la bonne pour s'en sortir...

 

Un copain de trente ans avec une très grosse expérience sur Cap 10 B (aile bois) en a été victime avec un Cap 10 C (aile carbone) notamment parce qu'il était en place gauche exceptionnellement, faisant voler un autre instructeur en place droite !

 

http://www.bea.aero/docspa/2010/f-ra100604/pdf/f-ra100604.pdf

[FrMz]

Merci pour la tentative d'explication mais ça ne répond pas vraiment à la question... En fait j'ai tendance à me dire qu'il doit y avoir un facteur qui fait que ça marche comme ça alors qu'il y en a plein. Mais si on généralise j'ai quand même l'impression que la majorité des avions fonctionnent d'une manière et la majorité des planeurs d'une autre, d'où ma question.

 

Bob par rapport à ta remarque tu as des exemples de machines ou l'effet du gauchissement sur l'aplatissement ou non d'une vrille s'inverse en fonction du centrage?

 

a+

Modifié le 17 janvier 2013 par FrMz

[Robert Ehrlich]

Merci pour la tentative d'explication mais ça ne répond pas vraiment à la question... En fait j'ai tendance à me dire qu'il doit y avoir un facteur qui fait que ça marche comme ça alors qu'il y en a plein. Mais si on généralise j'ai quand même l'impression que la majorité des avions fonctionnent d'une manière et la majorité des planeurs d'une autre, d'où ma question.

 

Bob par rapport à ta remarque tu as des exemples de machines ou l'effet du gauchissement sur l'aplatissement ou non d'une vrille s'inverse en fonction du centrage?

 

a+

Je n'ai pas d'exemple sur cet effet. Le centrage arrière a comme effet une tendance à l'aplatissement, aplatissement qui induit un décrochage plus marqué (incidence plus élevée) qui est favorable à l'inversion de l'effet du gauchissement. mais sur un planeur qui a de grandes ailes, l'aplatissement qui augmente la vitesse de rotation augmente la vitesse de l'aile extérieure plus que sur un avion, ce qui diminue son incidence et peut neutraliser cet effet.

 

Autres facteurs qui peuvent explique les différences ente avions et planeur, surtout avions de voltige :

 

Sur un planeur il y a en général un différentiel important dans le braquage des ailerons pour diminuer le lacet inverse, sur un avion de voltige je suppose qu'il y en a très peu ou pas du tout, parce qu'en vol dos l'effet serait contraire à celui recherché.

 

Un planeur a souvent un dièdre assez marqué, un avion souvent moins ou pas du tout pour la voltige. Je ne saurais dire comment ça influe sur le comportement dans le cas qui t'occupe, si ce n'est que ce dièdre a pour effet de convertir le dérapage en roulis à l'opposé du dérapage en vol normal (ventre non décroché), avec inversion du sens en cas de décrochage des deux ailes.

 

Le comportement inertiel est différent aussi. Une chose importante dans ce comportement est la direction des axes principaux d'inertie, les axes selon lesquels l'inertie en rotation (le moment d'inertie) est maximum, minimum et intermédiaire. On démontre qu'il sont toujours orthogonaux. Sur un planeur la plus grande inertie est autour de l'axe de lacet (ailes et fuselage participent par l'éloignement des masses) la plus petite inertie est autour de l'axe de tangage (le fuselage est plus léger et sa masse moins éloignée du CG que celle des ailes qui sont quasiment sur cet axe) et donc l'axe d'inertie intermédiare est l'axe de roulis. Sur un avion l'axe de plus grande inertie reste l'axe de lacet, mais il peut y avoir interversion des deux autres si les ailes son courtes, le fuselage long et/ou le moteur lourd. C'est certainement le cas sur un F104, pour un CAP10 c'est moins sûr. Une conséquence de la chose vient de ce que pour un mouvement libre (sans force extérieure, ce qui n'est pas notre cas) la rotation est instable autour de l'axe d'inertie intermédiaire alors qu'il est stable autour des deux autres. La démonstraion peut se faire facilement en lançant en l'air un objet approprié genre savonette en essayent de lui communiquer un mouvement de rotation autour de l'un de ses trois axes, on voit tout de suite qu'autour de l'axe d'inertie intermédiaire, ça "part en vrille".

 

Le comportement selon qu'il s'agit d'un planeur ou avion n'est pas systématique : Sandor Katona qui m'a fait faire les exercices de vrille sur Fox à Siant-Auban lors de mon stage pré-ITP m'affirmé que le gauchissement vers l'extérieur de la rotation sur ce planeur le fait passer en vrille à plat. Il est vrai que la plupart des facteurs que j'ai cités se rapprochent de ceux des avions sur ce planeur.

[Bob]

Merci pour la tentative d'explication mais ça ne répond pas vraiment à la question... En fait j'ai tendance à me dire qu'il doit y avoir un facteur qui fait que ça marche comme ça alors qu'il y en a plein. Mais si on généralise j'ai quand même l'impression que la majorité des avions fonctionnent d'une manière et la majorité des planeurs d'une autre, d'où ma question.

 

Bob par rapport à ta remarque tu as des exemples de machines ou l'effet du gauchissement sur l'aplatissement ou non d'une vrille s'inverse en fonction du centrage?

 

a+

 

Autres facteurs qui peuvent explique les différences ente avions et planeur, surtout avions de voltige :

 

Sur un planeur il y a en général un différentiel important dans le braquage des ailerons pour diminuer le lacet inverse, sur un avion de voltige je suppose qu'il y en a très peu ou pas du tout, parce qu'en vol dos l'effet serait contraire à celui recherché.

 

Je n'ai pas d'exemple pour l'inversion de l'aplatissement.

 

Par contre ce qui suppose Robert n'est pas évident : le braquage du Cap 10 est de 25° vers le haut, 15° vers le bas.

Mais c'est vrai pour le Pitts, 25° / 25°.

Modifié le 19 janvier 2013 par Bob

[FrMz]

Hello,

 

Sur les 2 premiers points je ne saurais pas dire.. ?

 

Le comportement inertiel est différent aussi. Une chose importante dans ce comportement est la direction des axes principaux d'inertie, les axes selon lesquels l'inertie en rotation (le moment d'inertie) est maximum, minimum et intermédiaire. On démontre qu'il sont toujours orthogonaux. Sur un planeur la plus grande inertie est autour de l'axe de lacet (ailes et fuselage participent par l'éloignement des masses) la plus petite inertie est autour de l'axe de tangage (le fuselage est plus léger et sa masse moins éloignée du CG que celle des ailes qui sont quasiment sur cet axe) et donc l'axe d'inertie intermédiare est l'axe de roulis. Sur un avion l'axe de plus grande inertie reste l'axe de lacet, mais il peut y avoir interversion des deux autres si les ailes son courtes, le fuselage long et/ou le moteur lourd. C'est certainement le cas sur un F104, pour un CAP10 c'est moins sûr. Une conséquence de la chose vient de ce que pour un mouvement libre (sans force extérieure, ce qui n'est pas notre cas) la rotation est instable autour de l'axe d'inertie intermédiaire alors qu'il est stable autour des deux autres. La démonstraion peut se faire facilement en lançant en l'air un objet approprié genre savonette en essayent de lui communiquer un mouvement de rotation autour de l'un de ses trois axes, on voit tout de suite qu'autour de l'axe d'inertie intermédiaire, ça "part en vrille".

 

Alors il y a peut être quelque chose à creuser la dessus? Si je comprends bien dans le cas du cap, fox, ou toute machine de peu d'envergure tend à réduire l'inertie en roulis et en lacet?

Le comportement selon qu'il s'agit d'un planeur ou avion n'est pas systématique : Sandor Katona qui m'a fait faire les exercices de vrille sur Fox à Siant-Auban lors de mon stage pré-ITP m'affirmé que le gauchissement vers l'extérieur de la rotation sur ce planeur le fait passer en vrille à plat. Il est vrai que la plupart des facteurs que j'ai cités se rapprochent de ceux des avions sur ce planeur.

 

Oui sur le fox ça me semblerait "naturel" aussi! Par contre si tu regardes les inerties justement (si j'ai compris ce dont tu parles) du fait de l'absence de moteur et carburant il y a une grosse diff par rapport au cap.

Sans réflexion j'aurais tendance à dire qu'il y a un lien avec l'envergure, mais sans savoir expliquer pourquoi, ni même savoir si c'est juste.

 

Pour info j'ai demandé (vite fait) à un expert des vrilles sur cap aujourd'hui, qui n'as pas su me répondre. Mais promis je vais creuser ça quand je le revois

[Robert Ehrlich]

Par contre si tu regardes les inerties justement (si j'ai compris ce dont tu parles) du fait de l'absence de moteur et carburant il y a une grosse diff par rapport au cap.

Il ne s'agit pas de l'inertie toute seule qui se réduit à la masse, mais du moment d'inertie où intervient le produit de la masse par le carré de sa distance à l'axe de rotation. Cela peut donner parfois des résultats surprenants. Considérons par exemple un avion comme le Pilatus qu'on remotorise de moteur à piston en turbo-propulseur plus léger, ce qui conduit à allonger le nez pour conserver le même centre de gravité. Supposons pour simplifier le nouveau moteur deux fois moins lourd que l'ancien. Pour conserver le même centre de gravité il faudra qu'il soit à une distance double de ce centre de gravité. Comme cette distance intervient au carré dans les moments d'inertie en tangage et lacet, au bout du compte la contribution du moteur à ces moments d'inertie a doublé, bien que le moteur soit plus léger.

 

Le carburant étant proche du centre de gravité, il intervient peu dans les moments d'inertie, quant au moteur difficle de conclure dans la mesure ou un pilote avancé dans un biplace comme le Fox peut avoir une contribution aux moments d'inertie plus importante qu'un moteur.

Sans réflexion j'aurais tendance à dire qu'il y a un lien avec l'envergure, mais sans savoir expliquer pourquoi, ni même savoir si c'est juste.

J'ai essayé d'énumérer les facteurs qui peuvent contribuer à changer le comportement, l'envergure en fait certainement partie, au moins par 3 facteurs. Quand elle augmente :

- lacet inverse plus important

- moment d'inertie en lacet et roulis plus important

- différence de vitesse plus importante entre les deux extrémités d'ailes lors d'une rotation, ce qui peut ramener l'extrémité extérieure à une incidence inférieure à celle du décrochage et ramener l'aileron extérieur dans un domaine où son action n'est pas inversée.

Pour info j'ai demandé (vite fait) à un expert des vrilles sur cap aujourd'hui, qui n'as pas su me répondre. Mais promis je vais creuser ça quand je le revois

De toute façon il ne faut pas trop espérer l'Explication avec un E majuscule, les situations de rotations sont complexes et contre-intuitives, par exemple les effets gyroscopiques se produisent dans une direction perpendiculaire à celle à laquelle on s'attend.

[FrMz]

 

De toute façon il ne faut pas trop espérer l'Explication avec un E majuscule, les situations de rotations sont complexes et contre-intuitives, par exemple les effets gyroscopiques se produisent dans une direction perpendiculaire à celle à laquelle on s'attend.

Bon je lui en reparlé cet aprèm, et il m'a sorti une possibilité plus qu'une explication (il fait pas de planeur) mais vu le background du mr je vais quand même creuser. Reste à mettre des fils de laine partout sur l'aile

[M. Scherrer]

Bonjour

 

En pratique je n'y connais pas grand chose en vrille, seulement que la connaissance théorique sur le sujet est un poil pointue... Néanmoins voici un peu de doc pour ceux que ça intéresse :

• Flight investigation of the effect of tail configuration on stall, spin, and recovery characteristics of a low-wing general aviation research airplane
  http://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=19870007382&hterms=spin+general+aviation&qs=Ntx%3Dmode%2520matchallpartial%2520%26Ntk%3DAll%26N%3D0%26Ntt%3Dspin%2520general%2520aviation http://hdl.handle.net/2060/19870007382
• Flight characteristics of a modified Schweizer SGS1-36 sailplane at low and very high angles of attack
  http://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=19910000766&hterms=deep+stall+schweizer+spin+general+aviation&qs=Ntx%3Dmode%2Bmatchallpartial|mode%2520matchall%26Ntk%3DAll|All%26N%3D0%26Ntt%3Dspin%2Bgeneral%2Baviation|deep%2520stall%2520schweizer http://hdl.handle.net/2060/19910000766

 

Je n'ai pas regardé en détail, et il y a surement d'autres référence...

 

Matthieu

Modifié le 3 février 2013 par M. Scherrer

[THEO]

Il y a ceci qui n'est pas mal fait:

 

http://www.iasa-france.com/index.php/videos/vrille

[Denis G]

Pour illustrer le gauchissement interieur/extérieur :

http://www.ina.fr/video/CPC08004390/la-vrille-c-est-l-amor-video.html

[Gilles T]

Ca n'illustre pas tant que ça puisque l'image montre le contraire du son (de ce qu'il dit)...

[Thom]

Merci Denis