MÉCANIQUE DU VOL

COURBES DE PUISSANCE UTILE ET DE PUISSANCE NÉCESSAIRE


Définition

Wn ou puissance nécessaire, est la puissance dont un aérodyne a besoin pour voler à différentes vitesses et/ou dans différentes configurations.
Wu ou puissance utile est la puissance disponible développée par le ou les moteurs à travers la ou les hélices.

Puissance utile

Les équations de vol mettent en jeu la traction de l'hélice directement appliquée sur l'avion.

DessinIntro Ra

Équation de propulsion :    GMPPalierEquaPropul
Un moteur à pistons développe une certaine puissance mécanique Wm , et l'hélice a un rendement ηh.
Cette puissance s'appelle la puissance utile :    Wu = ηh . Wm
Cette puissance utile est la puissance qu'il faut développer pour déplacer la force Tu à la vitesse V.
soit :    Equation Wu utile
La puissance Wm ne dépend pas de la vitesse mais simplement de la pression d'admisssion et du régime moteur. Par contre le rendement de l'hélice est variable en fonction de la vitesse.

Hélice à calage fixe

Calage Helice Fixe

C'est le cas des avions légers, l'hélice est conçue pour une certaine vitesse. Par exemple un avion dont l'utilité principale est de remorquer des planeurs aura une hélice au pas plus faible que le même avion exploité pour faire des voyages. Voir Les hélices

Hélice à calage variable

Calage Helice Fixe

C'est le cas des avions bi-moteurs et de transport, bien que certains mono-moteurs en sont également équipés. Nous constatons une montée rapide de la puissance, puis un long palier correspondant à tous les cas de vol. Nous pouvons donc en déduire que pour un avion équipé d'une hélice à calage variable la puissance utile est pratiquement indépendante de la vitesse, pour une pression d'admission et un nombre de tours donné.

Calage Helice Fixe

En remplaçant le rendement de l'hélice par Wu nous aurons une courbe de puissance utile en fonction de la vitesse ayant la même allure.

Courbe de puissance utile - Wu

La puissance utile Wu varie avec l'altitude. A nombre de tours donné Wu diminue lorsque l'altitude augmente.

Variation de Wu Altitude.png

Et Wu varie aussi avec la température. A nombre de tours donné Wu diminue lorsque la température augmente.

Variation de Wu Temperature.png

Les courbes de Wu utilisées dans la suite de cette présentation sont les courbes d'un avion à moteur (s) à pistons équipé (s) d'hélice (s) à calage variable.
Les moteurs à pistons sont souvent équipés d'un compresseur qui permet de maintenir une pression d'admission constante, jusqu'à une certaine altitude, appelée altitude de rétablissement.

Zone de retablissement Wu

En fait comme le montre la courbe ci-dessus la puissance augmente même légèrement car la compression à l'échappement diminue avec Z . Au-dessus de l'altitude de rétablissement, le compresseur ne suffit plus à palier la diminution de pression atmosphérique et la puissance diminue.

Courbe de puissance nécessaire - Wn

En vol horizontal sans accélération la puissance utile est égale à la puissance nécessaire.
Wu  (puissance utile) =  Wn  (puissance nécessaire)
Pour une altitude, une masse et une vitesse données, en connaissant la polaire nous pouvons construire la courbe Wn = ƒ (V) point par point.
Si nous nous fixons une vitesse V, nous pouvons de l'équation de sustentation en déduire le Cz .
soit :    Equation WN Cz
Et en se reportant à la polaire nous déduisons le Cx en fonction du Cz , connaissant le Cx nous pouvons connaître Wn par :   Equation W necessaire

Courbe et incidence

Cette courbe est graduée en incidence puisque la polaire dont elle est déduite, est graduée en incidence.

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