La masse et le centrage du planeur est une partie qui ne concerne pas directement la problématique mais qui est très importante pour comprendre la suite. Tout d’abord, qu’est-ce que c’est concrètement ? En fait, la masse du planeur est la masse de tous les éléments qui composent le planeur et qui sont toujours indiqués dans le manuel de vol de l’aéronef. En effet, chaque engin possède un manuel de vol où toutes les indications de fabrications et de performances sont indiquées. Ensuite, le centrage est un point précis du planeur qui définit son équilibre. Un peu comme l’endroit où on aurait accroché un fil pour maintenir l’avion en l’air. Ce point peut se calculer. Dans tous les cas, le planeur sera toujours penché vers l’avant pour pouvoir planer (il est important de savoir qu’un planeur est toujours en chute libre).
La Masse :
Pour calculer la masse et le centrage, il faut effectuer la pesée. Elle permet de déterminer la masse à vide (hors vol) des éléments portants (tous les systèmes nécessaires au vol) (MVE) et la masse à vide des éléments non portants (MVENP) ainsi que le centrage à vide.
Le planeur est démonté puis chaque élément est pesé séparément.
Les masses relevées sont marquées dans deux colonnes du manuel de vol.
la MVE et la MVENP.
Ensuite, on peut calculer la masse totale exprimée en Kg qui,
multipliée par l’accélération de la pesanteur donne la valeur de la force
de l’attraction terrestre ; le poids (en Newtons)
On peut décomposer la masse d’un planeur en deux parties :
-La masse des éléments non portants (fuselage + empennage + charge utile)
-La masse des éléments portants (Ailes + water ballasts)
Calcul de la masse totale des éléments non portants (MTENP) :
MTENP = MVENP + CU
Avec :
- MVENP (Masse à vide des éléments non portants) = MVE (masse à vie équipée) – Masse à vide des ailes
- CU = chargement (pilote, parachute, gueuses, ballast, bagages …)
En calculant la masse du planeur, on peut définir son poids qui a une grosse influence sur le vol du planeur (nous le verrons dans la partie Portance). En effet, il vaut mieux que l’engin soit léger. Mais attention, s’il est trop léger, il aura plus de mal à descendre et donc aura une moins bonne vitesse.
Pour corriger la masse de certain planeur qui serait trop léger ou aurait une masse mal répartie, on peut ajouter des poids.
Charge alaire :
Afin d’obtenir le meilleur niveau de performance,
un pilote va chercher à donner au planeur la charge
alaire la mieux adaptée. La charge alaire est égale à la
masse totale du planeur (mg) divisé par la surface de la voilure (S).
Charge alaire = mg/S
La masse prise en considération est la masse au décollage MDEC.
Exemple : Un planeur possédant une voilure de 11m² décolle à
la masse de 480 kg.
La charge alaire au décollage est donc : 480/11 = 43,6 kg/m²
Optimisation de la charge alaire par les ballasts :
La valeur de la charge alaire est choisie par le pilote pour répondre aux besoins du vol. On peut donc alourdir la masse du planeur avec les water-ballast. Les water-ballast sont des réserves d’eau disposées dans le planeur et qui permettent d’augmenter le poids et la vitesse du planeur. Leur masse est donc rajouté et prise en compte. On veut savoir combien de litres sont nécessaires pour ajuster la charge alaire.
MDEC (masse au décollage) = charge alaire S
Et MDEC – (MVE+CU) = Water Ballast
Exemple : soit un planeur avec :
MVE : 272 kg
CU (charge utile) : 78 kg
Surface de la voilure : 11,3 m²
Capacité WB : 150 L
Quelle masse d’eau doit être admise dans les ballasts pour décoller avec une charge alaire de 39 kg/m² ?
La masse au décollage devra être :
MDEC = 39 kg/m² x 11,3 m² = 440 kg
La charge des water ballasts sera :
WB = 440 kg – (272 +78) = 440 -350 = 90 kg
Il faudra placer 90 L d’eu dans les ballasts.
Le centrage :
Centrage à vide et centre de gravité :
Le centrage défini l’équilibre statique (inertie) de l’aéronef. Le centrage est très important pour assurer le vol dans des conditions optimales de sécurité. Il sert à faire varier la distance entre le foyer et le centre de gravité et donc de faire varier la position du centre de gravité.
La position du centre de gravité à vide est calculée à partir des résultats de la pesé complète du planeur à vide. Mais attention, le centre de gravité n'est pas le même au sol et en plein vol ! C’est pourquoi il faut aussi le calculer chargé. La position du centre de gravité (CG) doit garantir une bonne stabilité et permettre une manœuvrabilité suffisante. C’est ce que nous allons voir juste dessous.
Foyer général du planeur :
Lors d'un vol, le planeur peut subir des turbulences qui modifient les forces aérodynamiques de l’aile. Ces variations de portances admettent une résultante RF dirigée vers le haut ou vers le bas et appliquée en un point F, le foyer du planeur.
Le centre de gravité G est à une distance d à l’avant du foyer F. Si le planeur cabre (monte), RF est dirigé vers le haut. Si le planeur pique (descend) RF est dirigé vers le bas. Dans les deux cas le planeur tend à revenir à sa position d’origine. Il est donc stable. Et sa stabilité est d’autant plus forte que le centre de gravité est éloigné en avant du foyer. Le centre de gravité peut être situé en arrière du foyer. Dans ce cas, le planeur est instable. C’est pourquoi le planeur est toujours conçu pour que l’équilibre soit stable ; donc le centre de gravité en avant du foyer.
Plage de centrage :
Il faut toutefois définir un degré de stabilité en déterminant d (distance foyer-centre de gravité). Il faut en fait définir des valeurs minimales et maximales de d et ainsi déterminer la plage de centrage. L'engin est plus stable si le centre de gravité est loin du foyer. En général, la plage de centrage n’est jamais mesurée par rapport au foyer (point difficile à repérer) mais par rapport à un point plus facile à repérer appelé référence des centrages.
Le pilote doit vérifier son chargement de manière à ce que le CG soit toujours situé à l’intérieur des limites de centrage.
Calcul du centrage méthode des moments :
Évidemment, ces limites se calculent avec une méthode appelée Méthode des moments. On considère la référence Mt (appelé un moment) égale au produit du poids P du planeur et du bras de levier, qui est la distance entre G et la référence.
On a donc : Mt = P.x
Si on ajoute une charge (exemple le pilote) on peut dire qu’assis dans sa cabine à une distance X1 de la référence, il exerce un moment Mt1 tel que :
Mt1 = poids du pilote.X1
Du coup, toutes les charges disposées dans le planeur produisent une augmentation du poids total et exercent un moment supplémentaire.
On considère pour éviter les erreurs de calcul que les moments situés avant la référence sont négatifs (-) et ceux situés à l’arrière de la référence sont positifs. On effectue alors la somme des moments. On calcul donc le moment qui résulte de la division des moments par la somme des poids :
Moment résultant = somme des moments / somme des masses
Le moment résultant indique la position du centre de gravité du planeur chargé par rapport à la référence.
Correction du centrage par lest amovible :
Maintenant que les planeurs sont « centrés », il faut savoir qu'ils admettent des pilotes équipés de masse « standard ». En effet nous avons vu que la masse du pilote influait sur le centre de gravité et donc la stabilité du planeur en vol. Si un pilote à une masse supérieur à la limite, il ne peut pas voler. Il y aurait trop de risque de sécurité. Mais si un pilote à une masse inférieure à la limite, il peut tout de même voler grâce à la correction du centrage par lest amovible.
Il y a le « coussin plombé ». C'est un système assez simple et nécessaire pour les petits gabaries. Il y a aussi la correction par « gueuses ». Les gueuses sont des pièces de plomb de forme adaptée au puits (disques, lingots, plaques…). Un puits à gueuses est aménagé dans le planeur pour recevoir autant de lest que nécessaire.. Cette correction est disposée dans un tableau dans le manuel de vol et dispense le pilote de tout calcul.
Water-ballast :
Les water-ballast sont des réserves d’eau disposées dans le planeur et qui permettent d’augmenter le poids et la vitesse du planeur. Leur position par rapport à la plage de centrage influe sur le centrage du planeur.
Les ballasts peuvent être en avant de la limite de centrage AV (avant). Dans ce cas le centrage initial du planeur est déplacé à l’avant et inversement lors de la vidange.
Les ballasts sont entre les limites AV et AR de centrage. Double influence : selon si les ballasts sont avant ou après le centre de gravité alors elles vont le ramener à l’avant ou à l’arrière.
Masse et Centrage
