MÉCANIQUE DU VOL

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 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

Le carburant dans les réservoirs d'un avion à aile en fléche affecte à la fois l'équilibre latéral et longitudinal. Suite à la consommation de carburant pendant le vol le CG se déplace, l'équipage devra donc s’assurer que le centrage restera dans les domaines du vol au décollage, en croisiére et à l'atterrissage. Au cours du vol, le mouvement de l’équipage de cabine, de l’équipement de l’office de bord (service) et des passagers peut causer également des écarts de centrage.

 centre gravite airbus

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
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Centre de de poussée

C'est le point particulier ou s'applique la résultante aérodynamique. Le centre de poussée CP appelé également centre de pression ou Center of pressure (en anglais) 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. Voir Centre de poussée voilure.

Gravite Poussee
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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 (incidence).

Gravite nez bas

Si le CG est en arrière du CP, un moment de tangage est créé provoquant une augmentation de l'angle d'attaque (incidence),ce qui pousse le CP à se déplacer vers l'avant, pouvant entraîner un décrochage.

Gravite nez haut

Pour une stabilité longitudinale naturelle, le CG doit être devant le CP. La plupart des avions sont conçus de sorte que le CG soit positionné à l'avant du CP. La portance de l'aile crée un moment piqueur autour de CG qui sera compensé par la déportance de l'empennage (stabilisateur) de l'avion. L'empennage a généralement un profil symétrique. L'avantage d'un profil symétrique est que le centre de poussé CP de l'empennage est fixe et correspond au Foyer de l"empennage.

Gravite stabilasateur

A noter que la déportance de compensation exercée par l'empennage, est de sens opposé à la portance de l'aile, a pour conséquence une baisse de la portance globale agissant sur l'aéronef, et donc une diminution des performances globales de l'appareil.

Foyer avion

Un avion comporte plusieurs foyer :
- le foyer de l'aile ; Voir Foyer voilure.
- le foyer de l'emmpennage ;
- le foyer fuselage ;
- le foyer global de l'avion appelé neutral point (en anglais).
Comme pour le foyer de l’aile, le foyer de l’avion est le point par rapport auquel le moment des forces de portance (aile + stabilisateur + fuselage) est constant quelque soit l’incidence.
Nous avons :
- le poids P appliqué au CG
- la portance F1 appliquée au CP de l'aile
- la déportance F2 appliquée au CP de l'empennage
- le foyer situé à l'arrière du CP de l'aile.

Gravite foyer avion

Marge statique

La marge statique de l'aéronef est définie comme la distance entre le centre de gravité et le foyer (point neutre). Elle est généralement donnée en pourcentage de la corde aérodynamique moyenne. Le centre de gravité doit se trouver devant le foyer pour une stabilité positive (marge statique positive). Si le centre de gravité est derrière le foyer, l'avion est longitudinalement instable (la marge statique est négative). Certains aéronefs de combat contrôlés par des systèmes de vol électriques sont conçus pour être instables longitudinalement, de sorte qu'ils seront très manœuvrables. La position du centre de gravité par rapport au Foyer détermine donc la stabilité de l'aéronef.

Gravite marge statique

Le CG affecte la stabilité de l'avion et doit respecter les limites spécifiées établies par le fabricant. Le CG peut changer au cours de la durée du vol lorsque le poids de l'avion change, mais 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).

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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. Le signe algébrique est plus (+) s'il est mesuré à l'arrière de la référence et le signe algébrique est négatif (-) s'il est mesuré en avant de la référence
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

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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 aux environs de 35% MAC Voir Devis Masse Centrage.

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