AÉRODYNAMIQUE

CENTRE DE GRAVITÉ ET DE POUSSÉE



-Position du centre CG

- Centre de de poussée

- Effet de la position du CG et du CP

- Détermination du CG sur un avion léger

- Détermination du CG en % MAC

Centre de gravité

Pour un avion, le centre de gravité CG est le point auquel l'avion serait en équilibre s'il était possible de le suspendre à ce point. Comme l'emplacement du centre de gravité affecte la stabilité de l'aéronef, il doit se situer dans les limites spécifiées établies par le constructeur de l'aéronef. L'équilibre latéral et vertical est important, mais la principale préoccupation est l'équilibre longitudinal ; c'est-à-dire l'emplacement du centre de gravité le long de l'axe longitudinal.
Les concepteurs d'un aéronef ont fixé le poids maximal, en fonction de la quantité de portance que les ailes peuvent fournir dans les conditions d'exploitation pour lesquelles l'aéronef est conçu. L'emplacement idéal du centre de gravité a été très soigneusement déterminé à l'aide d'un ensemble de balances par les constructeurs, et l'écart maximum autorisé à partir de cet emplacement spécifique a été calculé. Le constructeur fournit à l'exploitant de l'aéronef le poids à vide de l'aéronef sans carburant, sans huile et l'emplacement de son centre de gravité au moment où l'aéronef certifié quitte l'usine.

Position du centre CG

Position du CG longitudinalement
Un avion est conçu pour avoir une stabilité longitudinale qui lui permet normalement de maintenir un vol horizontal sans toucher aux commandes.

Gravite longitudinal

Position du CG latéralemenent
L'équilibre latéral peut être perturbé par une charge de carburant inégale dans les réservoirs. La position du CG latéral n'est normalement pas calculée pour un avion, mais le pilote doit être conscient des effets indésirables qui résultent d'une telle situation.

Gravite lateral

Le pilote aux commandes d'un aéronef a la responsabilité, pour chaque vol, de connaître le poids maximum autorisé de l'avion et les limites du centre de gravité. Cela permet au pilote de déterminer, lors de l'inspection avant le vol, que l'aéronef est chargé de telle sorte que le centre de gravité se situe dans les limites permises.
Le centre de gravité est calculé en localisant d'abord le point de référence datum , un point de mesure fixé par le constructeur, qui peut être le bord d'attaque de l'aile, la cloison pare-feu pour les monomoteurs ou une distance quelconque en avant du nez de l'avion.
Chaque fois que des modifications sont apportées à l'aéronef, à sa structure ou à ses systèmes, une nouvelle masse et un nouveau centrage sont calculés et une nouvelle fiche de données est créée.

gravite datum
Image Haut de page



Centre de de poussée

C'est le point particulier non fixe ou s'applique la résultante aérodynamique. Le centre de poussée CP appelé également centre de pression est en général placé sur la corde de profil aux environs du tiers avant du profil pour les angles d'incidence courants.
Le CP a tendance à changer sa position avant et arrière avec un changement d'incidence. Il avance lorsque l'angle d'incidence augmente et s'éloigne du bord d'attaque lorsque l'angle d'incidence diminue.

Gravite Poussee
Image Haut de page



Effet de la position du CG et du CP

Lorsque le CG est en avant du CP, l'avion a une tendance naturelle à vouloir diminuer l'angle d'attaque.

Gravite nez bas

Si le CP est en avant du CG, un moment de tangage est créé provoquant une augmentation de l'angle d'attaque. Pour une stabilité longitudinale naturelle, le CG doit être devant le CP.

Gravite nez haut

Variation du CG

La plupart des avions sont conçus de sorte que le CP soit positionné à l'arrière d CG. Cela rend l'avion «lourd» du nez et exige que le stabilisateur exerce une légère pression vers le bas afin d'équilibrer l'avion et empêcher le nez de l'avion de piquer continuellement vers le bas. La compensation de cette lourdeur du nez est obtenue en plaçant le stabiisateur à un angle d'attaque légèrement négatif. La force descendante ainsi produite contrebalance la «lourdeur» du nez.

Gravite stabilisateur

Le CG affecte la stabilité de l'avion et doit respecter les limites spécifiées établies par le fabricant. Le chargement d'un avion doit être tel que le CG soit situé entre deux limites de sécurité : la limite de centrage avant et la limite de centrage arrière. L'espace compris entre ces deux limites s'appelle plage de centrage. La position des limites du CG peut être exprimée en distance (mètre, pouces, etc.) ou en % MAC (Voir ci-dessous).

Image Haut de page



Détermination du CG sur un avion léger

L'avion est pesé par trois balances (une sous chaque roue), les freins étant désserrés des cales seront placées autour des roues pour empêcher l'avion de rouler. Il faudra donc soustraire le poids des cales, appelé poids de tare, de la lecture des balances pour déterminer le poids net de chaque point de pesée. On multiplie chaque poids net par son bras pour déterminer son moment.
Bras : distance entre le point de pesée et la point de référence Datum.
Puis on détermine le poids total et le moment total. Le CG est alors déterminé en divisant le moment total par le poids total.
Exemple : ci-dessous la référence de l'avion est déterminée au bord d'attaque au niveau de l'amplanture de l'aile.

Gravite tableau centrage
Gravite centre milieu

Détermination du CG avec la référence datum à l'avant de l'avion
La référence de l'avion est déterminée à 2,30m à l'avant du bord d'attaque au niveau de l'amplanture contre le fuselage ou à 3,20m du point de pesage de la roue du train principal. C'est la distance D.
Le poids sur la roue avant est de 187 Kg et la distance entre la roue avant et les roues principales (empattement) est de E = 2,40m. La masse a vide de l'avion est de 775 Kg.

Gravite centre avant

La position du CG est donnée par la formule suivante :

Gravite Formule avant

Détermination du CG avec la référence au bord de fuite de l'aile
La référence sur certains avions peut être située à l'arrière des roues principales. Ci-dessous la référence est à l'intersection du bord de fuite de l'aile avec le fuselage.

Gravite centre arriere

En gardant les mêmes données nous avons:

Gravite Formule arriere

L'emplacement CG est une valeur négative, ce qui signifie qu'il est à 1,63m en avant du point de référence. Cela le place en avant des roues principales, exactement au même emplacement que lorsqu'il a été mesuré avec le point de référence à l'avant de l'avion. Ce qui prouve que l'emplacement de la référence n'a aucun effet sur l'emplacement du CG

Image Haut de page



Détermination du CG en % MAC

Sur les avions d'affaires privés et sur les gros porteurs, le CG et sa plage d'utilisation sont identifiés en fonction de la largeur de l'aile.
La largeur de l'aile, c’est la distance en ligne droite entre le bord d'attaque et le bord de fuite c’est à dire la corde.  Voir profils d’ailes
Si le bord d'attaque et le bord de fuite d'une aile sont parallèles, la corde est égale en tous points sur toute la longueur de l'aile. Mais la longueur moyenne de la corde d'une aile conique est plus compliquée à définir. La corde moyenne aérodynamique CMA, ou MAC (en anglais mean aerodynamic chord) est la corde d'une aile rectangulaire équivalente en surface, en portance et en moments aérodynamiques à l'aile réelle, en tenant compte de la partie du fuselage placée dans le prolongement de l'aile, qui est prise en compte dans le calcul de la surface portante. Elle ne doit pas être confondue avec la corde moyenne géométrique CMG , qui est le rapport de la surface portante S de l'aile sur son envergure E. Le terme en anglais MAC est principalement utilisé sur les devis de masse et de centrage.

Gravite centre Mac

Le MAC est établi par le fabricant, qui définit sa limite avant au bord d'attaque et sa limite arrière au bord de fuite en pouces ou en mètres par rapport à la réference datum. L'emplacement du CG et diverses limites sont ensuite exprimés en % MAC.

Gravite A320

Généralement 25% à 35% MAC est acceptable comme une plage normale pour le centrage du CG d'un avion à queue conventionnelle où le CP de l'aile se situe à 35% MAC Voir Devis Masse Centrage.

Image Suite