CELLULE   DES   AÉRONEFS

LES GOUVERNES DE VOL

Le rôle des gouvernes

Les axes de rotation

Les gouvernes de vol sont des dispositifs mobiles, qui permettent de produire ou de contrôler les mouvements d'un aérodyne autour de son centre de gravité suivant trois axes.

      - Axe de tangage
     - Axe de roulis
     - Axe de lacet

Avion Cessna

Les gouvernes de vol

Commandedevol.png

Effets primaires des gouvernes

L'axe de tangage

Le tangage est contrôlé par l'empennage horizontal.
Celui-ci est composé généralement de deux parties:
   -   Une partie fixe appelée aussi stabilisateur. Le calage du stabilisateur peut être réglable en vol (Airbus, Fokker), il sert alors de compensateur.
   -   Une partie mobile appelée gouverne de profondeur, elle est actionnée par le manche.
La stabilité de l'aérodyne, ainsi que les empennages porteurs ou déporteurs seront traités dans la partie Aérodynamique - Stabilité des aérodynes.
Dans ce chapitre ne sera étudié que l'action primaire de la gouverne de profondeur. Par contre la majorité des aérodynes (sauf ceux pilotés à travers des ordinateurs) ont des empennages déporteurs pour augmenter leur stabilité, dans ce cas le braquage de la gouverne de profondeur provoquera une déportance plus ou moins forte. Les exemples ci-dessous sont basés sur des empennages déporteurs.

Ci-dessous le manche est au neutre, l'avion est en vol rectiligne horizontal stabilisé. Le plan fixe est légèrement déporteur.

Avion Cessna vue Profil horizontal

Le manche est tiré au arrière, la gouverne de profondeur se "reléve" augmentant la déportance de l'empennage horizontal. L'aérodyne pivote autour de l'axe de tangage en cabré, son assiette (Voir Mécanique du vol) augmente.

Avion Cessna vue Profil Cabre

Le manche est poussé en avant, la gouverne de profondeur se "baisse" diminuant la déportance de l'empennage horizontal. L'aérodyne pivote autour de l'axe de tangage en piqué. L'assiette (Voir Mécanique du vol) diminue.

Avion Cessna vue Profil Pique

L'axe de roulis

Le roulis est contrôlé par la commande des ailerons.
Les ailerons sont des surfaces horizontales généralement situées à l'extrémité des ailes, coté bord de fuite pour augmenter le bras de levier. Sur certains avions de ligne (Voir Cellule des avions - Aile Airbus 300) Voir Cellule des avions - Aile Airbus 300) des ailerons supplémentaires sont situés près de l'emplanture de l'aile et utilisés aux grandes vitesses.

Les ailerons sont au neutre , les deux ailes ayant la même portance sont horizontales.

Avion Cessna vue de face

Le déplacement du manche latéralement provoque la rotation simultanée et de sens opposé des deux ailerons.
Ci-dessous le manche a été déplacé à droite ou le volant a été tourné à droite. Cette action a modifié le profil des deux demi-ailes donc leur portance, et l'aérodyne s'incline à droite.

Avion Cessna vue de face virage

L'action de roulis se poursuivra tant que les ailerons seront braqués.
En ramenant le manche au neutre les ailerons reviennent également au neutre, les portances des deux ailes s'équilibrent et le mouvement de roulis cesse. L'inclinaison se stabilisera à la valeur atteinte.
A noter que l'action des ailerons peut-être combinée avec celle des spoilers (Airbus 320).

L'axe de lacet

Le lacet est contrôlé par la gouverne de direction à l'aide du palonnier. La gouverne de direction n'a pas les mêmes fonctions que le gouvernail d'un bateau, elle ne dirige pas l'avion mais sert surtout à contrôler la symétrique du vol en ligne droite ou en virage, ainsi qu'en cas de panne moteur sur un avion multimoteur.
Il serait donc plus juste de l'appeler gouverne de symétrie.
Cette commande sert également pour garder l'axe de la piste pendant les phases de décollage et d'atterrissage, principalement par vent de travers. Elle est aussi utilisée en voltige par exemple pour arrêter une vrille (auto-rotation).
L'utilisation de cette gouverne se fait en appuyant sur l'une ou l'autre pédale du palonnier.

Le vol est symétrique lorsque l'axe longitudinal de l'aéronef est parallèle au vent relatif. (Le vent relatif est le vent généré par le déplacement de l'aérodyne).
En vol symétrique le vecteur du vent relatif est par rapport à la vitesse de déplacement de l'aérodyne:
   -   égal en intensité
   -   de sens opposé
   -   parallèle à l'axe longitudinal

Avion Cessna vue de dessus

Ci-dessous la pédale droite du palonnier a été enfoncée, cette action par l'intermédiaire de la gouverne de direction va créer une rotation autour de l'axe de lacet et engendrer une résultante aérodynamique vers la gauche sur l'empennage vertical.
Le vent relatif fait un angle (angle de dérapage) avec l'axe longitudinal de l'aéronef, le vol est alors dissymétrique.

Avion Cessna vue de dessus

Cette situation entraîne une différence de vitesse entre les deux demi-ailes, d'où une diminution de portance de l'aile intérieure (dans le cas ci-dessus l'aile droite), accompagnée d'une augmentation de traînée due au fuselage. En outre pour les aéronefs à ailes basses une partie de l'aile se trouve masquée par le fuselage et risque de ne plus être alimentée correctement par les filets d'air.

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Effets secondaires des gouvernes

Ces effets secondaires sont des effets "parasites" lors du braquage des ailerons ou de la gouverne de direction. Il n'y a pas d'effets secondaires avec la gouverne de profondeur.
Les effets secondaires sont:

   -   Le lacet inverse
   -   Le lacet induit
   -   Le roulis induit

Le planeur ayant une envergure importante sera pris comme support pour les exemples ci-dessous.

Le lacet inverse

Lors d'une mise en virage le braquage des ailerons entraîne une variation de portance, mais également une variation de traînée. La traînée de l'aileron baissé est plus importante que celle de l'aileron levé, cette différence de traînée crée un couple qui fait pivoter l'aéronef autour de son axe de lacet, en sens opposé au sens du virage.

Planeur vue de face virage trainée

Une action sur le palonnier dans le sens du virage neutralisera cet effet.
Pour diminuer ces effets secondaires les aéronefs sont équipés d'un système de braquage différentiel. Le braquage de l'aileron levé est plus important que le braquage de l'aileron baissé, de façon à diminuer la différence de trainée.
Cet effet sera d'autant plus important que le braquage des ailerons sera important.
Et il sera d'autant plus important que la distance entre la gouverne et le centre de gravité sera importante.
La vitesse de braquage des ailerons jouera aussi un rôle. L'effet sera plus important pour un braquage rapide. A noter que le lacet inverse n'existe que pendant la phase de braquage des ailerons.

Le lacet induit

Sur les aéronefs à grande envergure comme les planeurs, dans un virage l'aile extérieure (aile haute) parcourt une distance supérieure à l'aile intérieure (aile basse) dans le même laps de temps. Ceci provoque une différence de vitesse entre les deux ailes donc une différence de portance et de traînée.

Lacet et roulis induit

L'aile haute traînant davantage est retenue en arrière. Elle crée un couple de lacet qui entraîne le nez de l'aérodyne vers l'extérieur du virage. Pour contrer ce lacet induit le pilote devra mettre un peu de palonnier à l'intérieur du virage.

Le roulis induit

Dans un virage l'aile extérieure (haute) a une portance supérieure à l'aile intérieure (basse). Cette portance plus forte engendre une augmentation de l'inclinaison. Pour contrer ce roulis induit et stabiliser l'aérodyne à l'inclinaison désirée, le pilote devra maintenir en permanence un peu d'aileron à l'extérieur du virage.

Sur les avions légers, ces phénomènes sont pratiquement inexistants voire pas du tout vu leurs faibles envergures.
Pour les avions de transports à grande envergure (Airbus 330 plus de 60 mètres) le braquage des ailerons est faible, et est souvent associé au braquage de spoilers.
Quand à la gouverne de direction, elle est utilisée uniquement pendant les phases de décollage et d'atterrissage pour garder l'axe de la piste, ou pour contrer la dissymétrie lors d'une panne moteur.


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