Un peu de théorie, la charge alaire
Depuis une vingtaine d’années, les kits RTF puis les mousses ont envahi la quasi-totalité du marché de l’aéromodélisme, et par définition nos terrains.
L’époque des constructions obligatoires des aéromodèles est donc bien révolue, hormis dans les quelques écoles de construction qui résistent encore à cette vague, et par obligation dans certaines disciplines comme le vol libre ou le vol circulaire, ces dernières ayant été « oubliées » de la majorité des fabricants de kits au profit du vol radiocommandé.
L’objectif de cet article n’est pas de relancer le débat opposant les pro-construction face aux inconditionnels du RTF, mais de rappeler que les notions de base aéronautiques indispensables à la conception, construction et mise en oeuvre de nos précieuses machines restent d’actualité pour tous.
A titre indicatif, posez la question du poids des aéromodèles sur les terrains auprès de leurs propriétaires respectifs… Peu sont capable d’y répondre. Ce rapide constat sur nos sites de pratique met en évidence une certaine méconnaissance de ces règles élémentaires auxquelles tout aéronef est soumis, telles que le nombre de Reynolds, la portance, le centre de gravité, la charge alaire, etc.
Prenons cette dernière. Sa définition est la suivante :
La charge alaire est une mesure utilisée en aéronautique pour spécifier le rapport entre la masse au décollage de l'aéronef et la surface portante de sa voilure ; elle s'exprime en kg/m². En aéromodélisme, facteur d’échelle oblige, elle est ramenée en grammes/dm².
Au-delà de cette définition technique qui ne semble concerner que les fabricants de nos kits, l’aéromodéliste lambda ne se sentira pas concerné, son objectif étant de faire voler son aéronef, et non de le construire. Erreur ! Nombre de kits ont déjà à la base une charge alaire relativement élevée, sans parler du choix des composants qui y seront embarqués.
Quel impact sur le vol ? Le principal à retenir, la valeur de la charge alaire influe fortement sur les vitesses de décollage et d'atterrissage.
Revenons à notre modéliste lambda. Dans les cas d’un avion, il lui faut tenir compte dans son choix de motorisation de la masse embarquée (moteur + réservoir ou accus si électrique). La baisse des coûts de ces composants nous pousse à surmotoriser nos avions, très souvent dans un esprit sécuritaire : qui peut le plus peut le moins. Le résultat est simple et fait légion sur nos terrains : un avion ayant une vitesse maxi d’évolution disproportionnée par rapport aux besoins (et parfois aux capacités) de la structure, avec les inconvénients cités ci-dessus, à savoir une augmentation de la vitesse de décrochage. L’argument de la sécurité est rapidement obsolète, ne serait-ce que pour les phases inévitables de décollage et d’atterrissage qui se feront à une vitesse supérieure. Il est évident que poser un trainer (faible vitesse de décrochage) est plus facile qu’un warbird (vitesse de décrochage élevée, car charge alaire élevée). Malheureusement, afin de pallier à cette augmentation de charge, on opte de plus en plus pour une motorisation largement surdimensionnée, pas toujours justifiée…
Certaines conceptions aéronautiques grandeur appliquent le même raisonnement, l’objectif visé étant la capacité d’emport élevée au détriment de la charge alaire et de la consommation, exemple les jets, warbirds, etc.
Prenons l’exemple d’un Corsair. Le grandeur a une vitesse de croisière de 450 km/h environ. Reportons le facteur d’échelle pour un réplique de 2 mètres d’envergure, soit à l’échelle 1/6.25 du grandeur. La vitesse croisière de l’aéromodèle devrait ne pas dépasser les 72 km/h. or pour faire évoluer cet avion à une si faible vitesse, la charge alaire doit être également faible… Vous l’aurez compris, le F4U est un des pires exemples en terme de charge alaire, et par définition, destiné à des pilotes confirmés !
En résumé, privilégier un avion léger, et adapter la motorisation aux besoins réels de cet avion permettront des atterrissages et décollages à vitesse raisonnable, et par déduction des distances associées réduites.
Les planeuristes sont plus sensibilisés par cette notion de charge alaire. En effet, l’absence de motorisation (hormis les motoplaneurs, bien sûr) réduit considérablement la marge de manœuvre. Dans cette discipline, l’augmentation de la charge alaire influe non seulement sur les phases d’atterrissage et de décrochage, mais également sur le taux de chute. Encore un terme barbare…
Reprenons les bases de la mécanique de vol qu’on retrouve dans le kit d’initiation à l’aéromodélisme, en principe fourni à tout débutant rejoignant un club affilié (si, si, ce kit existe depuis 2009 ! Téléchargeable gratuitement sur l’extranet FFAM, onglet contenu informatif/ la formation/qualifications fédérales). Tout aéronef en vol est soumis à un ensemble de forces. Lorsqu’il est en palier, la portance équilibre le poids et la traction équilibre la traînée :
Or dans le cas du planeur, la force de traction est nulle (absence d’hélice). Il n’y a donc pas de maintien en altitude constante, d’où la descente irrésistible vers le plancher des vaches, attraction terrestre oblige. En vol plané à vitesse constante, et donc à pente constante, la finesse (rapport portance/trainée) est égale au rapport entre la distance horizontale parcourue et la hauteur de chute ou encore au rapport entre la vitesse horizontale et la vitesse verticale, soit le taux de chute.
En résumé, plus la masse d’un planeur est élevée, plus son taux de chute augmente, l’absence de traction ne permettant pas de rétablir l’équilibre. Cependant, il est évident qu’un planeur voilier à la finesse extrême sera moins pénalisé qu’un planeur rétro avec une trainée plus importante.
Comment calculer la charge alaire ?
Il existe des outils de calculs gratuits tels que Predim RC, fichier Excel créé par Franck Aguerre. Ce tableur est non seulement un outil pour les modélistes concevant de A à Z leurs créations, mais il s'adresse également aux utilisateurs simples, soucieux d'avoir une machine bien réglée dès le premier vol, étape si stressante pour chacun de nous ! Ce fichier au format Excel (ou Open Office) calculera pour vous le centre de gravité, le facteur de charge par gouverne, au prorata de la vitesse du modèle, optimisera le choix d'un profil ou d'une motorisation, mais aussi de la géométrie et du dessin.
Pour les récalcitrants à l’informatique, il reste la méthode empirique :
Première étape, on procède d’abord à la pesée de l’aéromodèle en ordre de vol (plein fait, ou accus embarqués pour les motorisations électriques), en convertissant le résultat en grammes. La meilleure solution est d’investir dans un peson sous lequel l’aéromodèle est suspendu, cet équipement vous permettra également de mesurer la force de traction d’une hélice, mais ceci fera l’objet d’un autre article… A défaut de peson, une balance de cuisine ou un pèse-personne feront également l’affaire, du moment que ces outils de mesure sont correctement étalonnés.
Etape suivante, faire la somme des surfaces portantes en dm² (ailes uniquement, le stabilisateur n’ayant dans la plupart des cas qu’un rôle de maintien de l’équilibre). Reste à faire le rapport poids/surface qui vous donnera votre charge alaire.
A ce stade, vous connaissez cette valeur. Mais comment l’interpréter ? Voici trois abaques (merci à Jean-Louis Coussaut de Fly Magazine International pour son aimable autorisation) qui situeront votre aéromodèle dans une échelle du raisonnable ou non :
Marc Sellier
Depuis une vingtaine d’années, les kits RTF puis les mousses ont envahi la quasi-totalité du marché de l’aéromodélisme, et par définition nos terrains.
L’époque des constructions obligatoires des aéromodèles est donc bien révolue, hormis dans les quelques écoles de construction qui résistent encore à cette vague, et par obligation dans certaines disciplines comme le vol libre ou le vol circulaire, ces dernières ayant été « oubliées » de la majorité des fabricants de kits au profit du vol radiocommandé.
L’objectif de cet article n’est pas de relancer le débat opposant les pro-construction face aux inconditionnels du RTF, mais de rappeler que les notions de base aéronautiques indispensables à la conception, construction et mise en oeuvre de nos précieuses machines restent d’actualité pour tous.
A titre indicatif, posez la question du poids des aéromodèles sur les terrains auprès de leurs propriétaires respectifs… Peu sont capable d’y répondre. Ce rapide constat sur nos sites de pratique met en évidence une certaine méconnaissance de ces règles élémentaires auxquelles tout aéronef est soumis, telles que le nombre de Reynolds, la portance, le centre de gravité, la charge alaire, etc.
Prenons cette dernière. Sa définition est la suivante :
La charge alaire est une mesure utilisée en aéronautique pour spécifier le rapport entre la masse au décollage de l'aéronef et la surface portante de sa voilure ; elle s'exprime en kg/m². En aéromodélisme, facteur d’échelle oblige, elle est ramenée en grammes/dm².
Au-delà de cette définition technique qui ne semble concerner que les fabricants de nos kits, l’aéromodéliste lambda ne se sentira pas concerné, son objectif étant de faire voler son aéronef, et non de le construire. Erreur ! Nombre de kits ont déjà à la base une charge alaire relativement élevée, sans parler du choix des composants qui y seront embarqués.
Quel impact sur le vol ? Le principal à retenir, la valeur de la charge alaire influe fortement sur les vitesses de décollage et d'atterrissage.
Revenons à notre modéliste lambda. Dans les cas d’un avion, il lui faut tenir compte dans son choix de motorisation de la masse embarquée (moteur + réservoir ou accus si électrique). La baisse des coûts de ces composants nous pousse à surmotoriser nos avions, très souvent dans un esprit sécuritaire : qui peut le plus peut le moins. Le résultat est simple et fait légion sur nos terrains : un avion ayant une vitesse maxi d’évolution disproportionnée par rapport aux besoins (et parfois aux capacités) de la structure, avec les inconvénients cités ci-dessus, à savoir une augmentation de la vitesse de décrochage. L’argument de la sécurité est rapidement obsolète, ne serait-ce que pour les phases inévitables de décollage et d’atterrissage qui se feront à une vitesse supérieure. Il est évident que poser un trainer (faible vitesse de décrochage) est plus facile qu’un warbird (vitesse de décrochage élevée, car charge alaire élevée). Malheureusement, afin de pallier à cette augmentation de charge, on opte de plus en plus pour une motorisation largement surdimensionnée, pas toujours justifiée…
Certaines conceptions aéronautiques grandeur appliquent le même raisonnement, l’objectif visé étant la capacité d’emport élevée au détriment de la charge alaire et de la consommation, exemple les jets, warbirds, etc.
Prenons l’exemple d’un Corsair. Le grandeur a une vitesse de croisière de 450 km/h environ. Reportons le facteur d’échelle pour un réplique de 2 mètres d’envergure, soit à l’échelle 1/6.25 du grandeur. La vitesse croisière de l’aéromodèle devrait ne pas dépasser les 72 km/h. or pour faire évoluer cet avion à une si faible vitesse, la charge alaire doit être également faible… Vous l’aurez compris, le F4U est un des pires exemples en terme de charge alaire, et par définition, destiné à des pilotes confirmés !
En résumé, privilégier un avion léger, et adapter la motorisation aux besoins réels de cet avion permettront des atterrissages et décollages à vitesse raisonnable, et par déduction des distances associées réduites.
Les planeuristes sont plus sensibilisés par cette notion de charge alaire. En effet, l’absence de motorisation (hormis les motoplaneurs, bien sûr) réduit considérablement la marge de manœuvre. Dans cette discipline, l’augmentation de la charge alaire influe non seulement sur les phases d’atterrissage et de décrochage, mais également sur le taux de chute. Encore un terme barbare…
Reprenons les bases de la mécanique de vol qu’on retrouve dans le kit d’initiation à l’aéromodélisme, en principe fourni à tout débutant rejoignant un club affilié (si, si, ce kit existe depuis 2009 ! Téléchargeable gratuitement sur l’extranet FFAM, onglet contenu informatif/ la formation/qualifications fédérales). Tout aéronef en vol est soumis à un ensemble de forces. Lorsqu’il est en palier, la portance équilibre le poids et la traction équilibre la traînée :
Or dans le cas du planeur, la force de traction est nulle (absence d’hélice). Il n’y a donc pas de maintien en altitude constante, d’où la descente irrésistible vers le plancher des vaches, attraction terrestre oblige. En vol plané à vitesse constante, et donc à pente constante, la finesse (rapport portance/trainée) est égale au rapport entre la distance horizontale parcourue et la hauteur de chute ou encore au rapport entre la vitesse horizontale et la vitesse verticale, soit le taux de chute.
En résumé, plus la masse d’un planeur est élevée, plus son taux de chute augmente, l’absence de traction ne permettant pas de rétablir l’équilibre. Cependant, il est évident qu’un planeur voilier à la finesse extrême sera moins pénalisé qu’un planeur rétro avec une trainée plus importante.
Comment calculer la charge alaire ?
Il existe des outils de calculs gratuits tels que Predim RC, fichier Excel créé par Franck Aguerre. Ce tableur est non seulement un outil pour les modélistes concevant de A à Z leurs créations, mais il s'adresse également aux utilisateurs simples, soucieux d'avoir une machine bien réglée dès le premier vol, étape si stressante pour chacun de nous ! Ce fichier au format Excel (ou Open Office) calculera pour vous le centre de gravité, le facteur de charge par gouverne, au prorata de la vitesse du modèle, optimisera le choix d'un profil ou d'une motorisation, mais aussi de la géométrie et du dessin.
Pour les récalcitrants à l’informatique, il reste la méthode empirique :
Première étape, on procède d’abord à la pesée de l’aéromodèle en ordre de vol (plein fait, ou accus embarqués pour les motorisations électriques), en convertissant le résultat en grammes. La meilleure solution est d’investir dans un peson sous lequel l’aéromodèle est suspendu, cet équipement vous permettra également de mesurer la force de traction d’une hélice, mais ceci fera l’objet d’un autre article… A défaut de peson, une balance de cuisine ou un pèse-personne feront également l’affaire, du moment que ces outils de mesure sont correctement étalonnés.
Etape suivante, faire la somme des surfaces portantes en dm² (ailes uniquement, le stabilisateur n’ayant dans la plupart des cas qu’un rôle de maintien de l’équilibre). Reste à faire le rapport poids/surface qui vous donnera votre charge alaire.
A ce stade, vous connaissez cette valeur. Mais comment l’interpréter ? Voici trois abaques (merci à Jean-Louis Coussaut de Fly Magazine International pour son aimable autorisation) qui situeront votre aéromodèle dans une échelle du raisonnable ou non :
Marc Sellier
