Vitesse de décrochage

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Apparition du décollement de la couche limite puis du décrochage

En aéronautique, le décrochage est la perte plus ou moins brusque de portance, provoquée par le décollement de l'écoulement aérodynamique à l'extrados de l'aile d'un avion. L'expression « décrochage de l'avion » est couramment employée avec le même sens. Le décrochage peut aussi concerner les pales du rotor d'un hélicoptère (décrochage rotor) ou les ailettes du compresseur d'un réacteur (pompage réacteur).

Les voiliers sont également concernés par le phénomène de décrochage, au niveau des voiles ou des appendices immergés (dérives, safrans, foils)

Le décrochage

En vol normal, l'écoulement de l'air est régulier sur les deux faces, intrados et extrados, de l'aile. Les filets d'air collent au profil de l'aile, ce qui favorise la portance.

La portance dépend de l'angle d'incidence^[1], angle que fait la corde de profil de l'aile avec le vecteur vitesse. Lorsque l'angle d'incidence augmente, la portance augmente, et l'écoulement à l'extrados commence à se décoller aux alentours du bord de fuite (décollement de la couche limite).

Arrivée à une certaine valeur d'angle, de l'ordre de 5 à 20° selon les caractéristiques de l'aile (profil, allongement, etc.) et le nombre de Reynolds, le décollement de la couche limite se généralise sur l'extrados, entraînant une brusque chute de portance : c'est à ce moment que l'aile décroche.

La vitesse de décrochage

Introduction

On parle souvent abusivement de vitesse de décrochage comme d'une caractéristique de l'avion — aux débuts de l'aviation, le décrochage était nommé perte de vitesse — en sous-entendant que l'avion vole en palier stabilisé (facteur de charge égal à 1). Or, pour une configuration donnée, le décrochage ne se produit pas toujours à la même vitesse ; il n'est caractérisé que par l'angle d'incidence de décrochage. En vol, l'angle d'incidence varie selon la vitesse, la masse et le facteur de charge que subit l'avion. On peut donc atteindre l'incidence de décrochage à des vitesses très variables en fonction du facteur de charge. La vitesse de décrochage évolue approximativement selon la racine carrée du facteur de charge. Par exemple, un avion qui a une vitesse de décrochage de 100 km/h sous un facteur de charge de 1g :

• décrochera à environ 140 km/h sous un facteur de charge de 2g, par exemple lors d'un virage à grande inclinaison de 60°,
• décrochera à environ 200 km/h sous un facteur de charge de 4g, par exemple lors d'un virage à 75° ou d'une ressource suite à un piqué,
• ne décrochera qu'à 70 km/h à 0,5 g (lors d'une évolution en cloche).

Une augmentation de masse entraîne également une augmentation de la vitesse de décrochage.

Réglementation

La réglementation définit une vitesse conventionnelle de décrochage V_SR^[2]. Il s'agit de la vitesse minimale de vol stabilisé à laquelle l’avion est contrôlable avec une poussée nulle et le centrage le plus défavorable.

Comme elle dépend de la configuration de l'appareil, on définit les vitesses de décrochage suivantes :

• V_SR0 : vitesse de décrochage en configuration atterrissage
• V_SR1 : vitesse de décrochage en configuration spécifique (en approche, en lisse, etc.)

La vitesse de décrochage entre en ligne de compte dans la définition de plusieurs autres vitesses réglementaires : par exemple, la vitesse minimale d'approche V_REF est généralement définie égale à 1,3.V_SR0 (le coefficient de 1,3 procurant une marge de sécurité de 30%).

Sur certains appareils, les commandes de vol électriques peuvent empêcher d’atteindre V_SR (protection de l'enveloppe de vol pour raison de sécurité). Dans ce cas, la vitesse de décrochage retenue va être V_S1g qui est une vitesse de décrochage à facteur de charge unitaire. Dans ce cas, les vitesses de référence qui dépendent de la vitesse de décrochage (comme V_REF) sont calculées à partir de V_S1g.

Jusqu'à V_S1g, on peut maintenir un palier stabilisé. En-deçà et jusqu'à V_SR, on peut contrôler l'appareil mais plus maintenir le palier.

Nota : On trouve fréquemment la notation V_S (ainsi que ses dérivés V_S0 et V_S1), mais cette notation n'est plus utilisée dans les réglementations car elle n'est pas assez précise (comme énoncé plus haut, il existe plusieurs vitesses de décrochage)^[3]. V_S vient de l'anglais velocity of stall, vitesse de décrochage.

Conséquences du décrochage

Lors du décrochage, l'avion s'enfonce, et il peut effectuer une abattée (piquer du nez), ce qui entraîne dans les deux cas une perte d'altitude. Près du sol, par exemple en dernier virage précédant l'atterrissage, la perte d'altitude peut ne pas être rattrapée.

Si une seule aile décroche, on parle de décrochage dissymétrique, ce qui peut conduire à une vrille.

Suite à un décrochage, il faut pousser sur le manche pour retrouver un angle d'incidence inférieur à l'incidence de décrochage, ce qui permet généralement de redonner de la vitesse à l'avion en piquant légèrement, avant de tirer doucement pour redresser la trajectoire et cabrer à nouveau.

L'avertissement du décrochage

Avertisseur de décrochage

Plusieurs indices permettent de détecter l'approche du décrochage :

• les gouvernes deviennent molles, elles sont moins efficaces ;
• l'avion vibre, cela est dû à l'écoulement tourbillonnaire de l'air sur l'aile après le décollement des filets ;
• l'avertisseur de décrochage. C'est une palette située sur le bord d'attaque de l'aile qui est soulevée vers le haut par le vent relatif lorsque l'angle d'incidence atteint une valeur proche de l'incidence de décrochage. Le pilote est averti par une lumière et/ou par une sonnerie.

La prévention du décrochage

Profil de l'aile, becs en bout d'aile, effet du centrage, à développer

Le vrillage négatif d'une aile, c'est à dire un angle d'incidence du profil au saumon^[4] inférieur à celui de l'emplanture, permet de retarder, sinon d'avertir du décrochage. En effet, cette différence d'incidence fait que l'emplanture de l'aile décroche avant le saumon. Aux abords du décrochage, l'emplanture de l'aile ne porte plus, l'aile sustente moins l'aéronef, et celui-ci "s'enfonce" sans faire d'abattée violente. Le décrochage de l'aile est progressif. Ce vrillage permet aussi de limiter le départ en vrille (décrochage dissymétrique). Enfin, le pilote conserve toujours un contrôle de l'axe de roulis, les saumons supportant les ailerons n'étant pas "décrochés". Ce vrillage dégrade un peu les performance de l'aile, mais c'est une solution économique pour assagir un avion. C'est d'ailleurs la solution retenue sur les voilures des avions Jodel, qui sont doux et démonstratifs dans cette manœuvre.

Décrochage des ailes à faible allongement

Ailes Delta, pente de portance non linéaire, tourbillon marginal, fortes incidences possibles, à développer

Les dispositifs hypersustentateurs

L'aile de l'avion est conçue pour avoir son meilleur rendement à la vitesse de croisière. Mais elle doit permettre également de maintenir l'avion à basse vitesse, lors notamment des phases de décollage et d'atterrissage. Ces deux objectifs sont contradictoires, l'aile est donc conçue pour la vitesse la plus élevée et des dispositifs ont été mis au point pour déformer le profil de l'aile à faible vitesse. Ce sont des dispositifs hypersustentateurs qui sont principalement les volets et les becs de bord d'attaque. Ces dispositifs agissent de différentes façons, en augmentant la cambrure du profil et permettant ainsi de garder une portance suffisante malgré la baisse de vitesse ou en ré-énergisant localement la couche limite à l'aide d'un apport d'air provenant de l'intrados ce qui prévient son décollement du profil.

Notes et références

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