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Comment vole l' ULM ?

L'ULM pendulaire est d'un "fonctionnement" relativement simple : le pilote actionne les gaz avec le pied ou la main, et dirige son ULM à l'aide du trapèze.

Cependant le vol est d'une explication moins aisée. Deux parties essentielles peuvent être dégagées:


Pourquoi vole-t-on ?

Le vol est en soi un équilibre entre plusieurs forces. La gravité nous tire vers le bas, tandis que la portance nous maintient en l'air. Mais ce ne sont pas les seules, d'autres forces apparaissent ...

Reprenons notre ULM pendulaire :

Nous retrouvons bien la portance et le poids dans les directions et sens prévus, alors que la traînée, la portance et la résultante aérodynamique apparaissent. 

La notion de vent relatif est également très importante. Le vent relatif est la vitesse de l'air par rapport à l'ULM, en norme, en direction et en sens. Il découle de cette définition l'apparition d'une nouvelle grandeur : l'angle d'incidence, qui est égal à l'angle créé par le plan de l'aile et la direction du vent. L'angle d'incidence est compris entre -90° et +90°. 


La résultante aérodynamique se décompose en deux vecteurs : la traînée, et la portance.

Comme nous l'avions pressenti, la portance est en sens contraire du poids. L'équilibre est réalisé lorsque la portance est égale au poids de l'ULM. 

La portance est créée par la dépression formée au-dessus de l'aile par la circulation d'air (plus rapide au-dessus de l'aile qu'en dessous). Pour plus de détails, cliquer sur le lien : la portance

La traînée est une force s'opposant à la vitesse, elle est donc consommatrice de carburant. 

Les ailes sont conçues pour optimiser le rapport portance / traînée. 

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Comment peut-on se diriger ?

Pour diriger son ULM, le pilote agit sur l'inclinaison de l'aile. La portance étant toujours orthogonale au plan de l'aile, elle s'incline. Par la même, une nouvelle force apparaît : la  composante horizontale de la portance. Cette composante horizontale est en fait la composante centrifuge de l'accélération de Newton. La mise en virage détruit l'équilibre vertical, mais l'équilibre des forces va se reconstituer instantanément en prenant compte de la nouvelle force. 

Virage stabilisé 

En pratique, le pilote doit maintenir son avion en virage stabilisé, c'est-à-dire maintenir une inclinaison constante, et ainsi agir sur les forces en présence. Du fait de l'apparition d'une nouvelle composante de la portance, le pilote doit augmenter la valeur de la portance pour que la composante verticale continue d'équilibrer le poids. Pour cela, il va augmenter l'incidence en cabrant l'ULM. Par ailleurs, l'augmentation de l'incidence créant une augmentation de la traînée, le pilote devra accélérer le régime du moteur, pour que la traction continue d'équilibrer la traînée. Ces opérations sont relativement intuitives. 

Facteur de charge

Il est important de noter que la résultante aérodynamique est plus importante en virage qu'en ligne droite. Si l'on note R' la nouvelle résultante et R l'ancienne, le rapport R'/R est appelé facteur de charge. Le facteur de charge est d'autant plus grand que l'inclinaison de l'ULM est importante. Par exemple, pour un angle de 60° le facteur de charge est égal à 2 ! 

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La portance

Le principe :

Le concept de portance est à la base de toute explication du vol. Il a été théorisé par Daniel Bernoulli en 1738, sous une forme épurée : " la vitesse du fluide augmente lorsque la pression sur le fluide diminue, et inversement ". Ces deux grandeurs, vitesse et pression sont liées par une équation :

P + 1/2pV² = constante

, où P=pression, V=vitesse, p=densité du fluide

(Saviez-vous que le signe "=" a été inventé en 1557 en Angleterre ?)

L'application de ce principe à l'aviation est directe : lorsque la circulation de l'air est accélérée sur le dessus de l'aile, la pression de l'air diminue dans cette région de l'espace et devient inférieure à la pression régnant au dessous de l'aile. La différence entre ces deux champs de pressions donne naissance à une force ascendante : la portance.

L'exemple du souffle

Prenez une feuille de papier et maintenez-la à hauteur de votre bouche. Soufflez, et vous verrez la feuille de papier se soulever. Vous avez accéléré la circulation de l'air au-dessus de la feuille et donc créé une différence de pression qui a fait se dresser la feuille.

Aérodynamique :

Nous avons parlé "d'accélérer la masse d'air", mais comment cela se fait-il en pratique ? En fait, l'accélération est créée par le profil de l'aile. 

Nous savons que la masse d'air est uniforme, c'est-à-dire qu'en l'absence d'obstacle les champs de vitesse sont continus. L'accélération de la masse d'air ne peut donc qu'être locale, au contact de l'aile, qui est ici un obstacle. En amont et en aval de l'aile, les vitesses sont donc uniformes, mais au contact de l'aile les vitesses dépendent de la distance parcourue. Les concepteurs d'aile s'arrangent donc pour que la distance parcourue soit plus grande sur le dessus de l'aile, l'extrados, que sur le dessous, l'intrados. Cela a pour conséquence que l'air circule plus rapidement sur l'extrados que sur l'intrados. D'où les différences de pression annoncées, et la création de cette force ascendante que l'on nomme la portance et qui s'oppose au poids. 

L'équation de la portance donne des résultats plus précis :

L = 1/2 pSV²CL

où S=surface des ailes, CL=coefficient de portance

Le coefficient de portance doit être le plus grand possible pour assurer une portance la plus forte possible et ainsi permettre d'augmenter au maximum le poids de l'appareil. Le coefficient de portance dépend surtout de la forme des ailes, mais aussi de l'angle d'attaque. 

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