2.7.1. Notions de stabilité d'un avion
Pour un avion, la stabilité renvoie à la
capacité qu'à ce dernier à revenir à l'état
de vol stable initial après avoir subi une perturbation. La
stabilité d'un avion est une propriété d'extrême
importance pour sa validation en conception. En réalité, aucun
avion n'est rigoureusement stable ; ils doivent cependant posséder un
niveau de stabilité acceptable, pour garantir un pilotage ergonomique
d'une part, et le confort des passagers d'autre part. plus un avion est
(2.100)
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stable, plus il est facile à piloter. A contrario, un
avion trop stable sera difficile à manoeuvrer. Ainsi, les gros avions de
ligne sont conçus pour être très stables, ce qui n'est pas
le cas avec les avions de chasse ou d'entraînement où une plus
grande manoeuvrabilité est nécessaire. Avec les avions
conventionnels à tube et aile, l'empennage horizontal joue un rôle
primordial pour assurer la stabilité de l'appareil. En dépit de
leurs forts potentiels aérodynamiques, les BWB présentent des
problèmes de stabilité assez compliqués dus au faible bras
de moment et aux mauvaises caractéristiques d'assiette (Okonkwo, 2016).
Ceci s'explique en grande partie du fait de l'absence d'empennage
horizontal.
Il existe deux formes de stabilité que sont la
stabilité statique et la stabilité dynamique. La stabilité
statique d'un avion est communément interprétée pour
décrire sa tendance à converger vers l'état
d'équilibre initial suite à une petite perturbation de l'assiette
(trim). La stabilité dynamique quant à elle décrit le
mouvement transitoire impliqué dans le processus de
rétablissement de l'équilibre suite à la perturbation
(Cook, 2012). Ainsi, la stabilité statique renvoie aux actions de
contrôle requises, afin d'établir les caractéristiques
nécessaires pour garantir l'équilibre de l'avion. Bien entendu,
la stabilité dynamique est également importante, en ce sens
qu'elle détermine en grande partie les caractéristiques des
mouvements transitoires de l'avion, suite à une perturbation autour de
sa position de vol stabilisé.
Ce projet se limitera à l'évaluation de la
stabilité statique longitudinale du BWB en déterminant les marges
statiques et les caractéristiques d'assiette.
2.7.2. Marge statique et conditions de
stabilité
La marge statique est un concept utilisé pour
caractériser le degré de stabilité statique et de
contrôlabilité d'un avion. La marge statique est définie
comme étant la distance entre le centre de gravité de l'avion et
son point neutre. Le moment de tangage d'un avion sans empennage, dans un vol
équilibré quasi stable de masse constante en atmosphère
normale et sans effets de compressibilité pour de petits angles
d'attaque est donné par l'équation suivante (Okonkwo, 2016) :
? - ?
X X
cg np
C = C + ?
C
M , cg M 0, cg
L ?
? c ?
63
L'équation (2.101) donne l'expression du coefficient des
moments d'un BWB, par rapport au
centre de gravité. La dérivée de cette
expression par rapport à l'angle d'attaque permet
En posant et , l'équation (2.100) devient :
SCM , cg
M a Sa
(2.101)
Où :
est le coefficient de moment par rapport au centre de
gravité.
est le coefficient de moment à portance nulle par rapport
au centre de gravité.
et sont respectivement les distances du centre de gravité
et du point neutre, par
rapport au nez de l'avion.
est la corde moyenne aérodynamique de l'avion.
C M ?
K = - = - -
( )
h h
n cg np
La dérivée de l'équation (2.101) par
rapport à donne l'équation (2.102).
(2.102)
C=
Avec : et
La marge statique est définie par la relation suivante
:
CL? (2.103)
est généralement donnée en pourcentage.
Pour que l'avion soit stable, la marge statique
doit être positive ; c'est-à-dire que le centre
de gravité devrait se situer devant le point neutre. Si le centre de
gravité se trouve derrière le point neutre, l'avion est
jugé longitudinalement instable. Pour un avion de transport, la marge
statique positive avec le centre de gravité maximum arrière doit
être comprise entre 5 et 10 % (Raymer, 2006).
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