Comment volent les planeurs, et en quoi ils sont différents des avions à moteur

Si les avions et les planeurs partagent de nombreux facteurs de conception, d’aérodynamisme et de pilotage, l’absence de moteur change fondamentalement la façon dont un planeur vole.

Fuselage profilé

Puisqu’aucun moteur ne prend de place, un planeur est dimensionné en fonction de la cargaison qu’il transporte ; le fuselage est conçu pour être aussi petit et léger que possible. La plupart des planeurs ont des sièges pour deux personnes dans le petit cockpit, les pilotes étant assis en position inclinée, contrairement aux avions à moteur, où les pilotes sont généralement assis en position verticale. Pourquoi cette différence ? En étant assis en position inclinée, le cockpit et la voilure peuvent être plus profilés, créant moins de traînée en vol.

La surface du fuselage d’un planeur est conçue pour être aussi lisse que possible, permettant à l’avion de voler dans l’air avec peu de traînée parasite. Les premiers planeurs étaient construits en bois recouvert de toile ; les versions ultérieures étaient faites de peaux structurelles en aluminium rivetées. Malheureusement, les coutures et les rivets typiques de l’aluminium réduisaient considérablement les performances en raison de la traînée parasite, si bien que les planeurs ont continué à s’adapter. Aujourd’hui, de nombreux planeurs avancés sont construits à partir de matériaux sans couture comme la fibre de verre et la fibre de carbone.

Ailes à fort allongement

Les planeurs ont des ailes à fort allongement, ce qui signifie qu’elles sont plus longues et plus étroites que les ailes des avions à moteur normaux.

L’allongement est calculé en divisant le carré de l’envergure de l’aile par la surface de l’aile. Comme vous pouvez le voir dans le diagramme ci-dessus, le planeur Schleicher ASH 31 a un allongement de 33,5, tandis que le Piper Cherokee a un allongement de 5,6.

Les ailes à allongement élevé produisent moins de traînée induite, ce qui les rend si efficaces sur les planeurs. Alors pourquoi tous les avions n’ont-ils pas des ailes à fort allongement ? Il y a plusieurs facteurs différents.

Premièrement, les ailes à fort allongement se courbent plus que les ailes plus courtes, ce qui signifie qu’elles doivent être conçues avec des spécifications de conception plus fortes. Comme les planeurs sont légers, la courbure n’est pas un problème aussi important. Mais avec des avions plus lourds, comme les avions de ligne, une aile à fort allongement ne serait pas pratique. Ensuite, les ailes à fort allongement sont plus susceptibles de se déformer lorsque des ailerons sont utilisés. Comme les planeurs volent à une vitesse relativement lente, le gauchissement de l’aile n’est pas aussi prononcé, mais ce serait un vrai problème dans un avion rapide.

La maniabilité est un autre facteur important. Les ailes à fort allongement diminuent la maniabilité, car elles ont un moment d’inertie plus élevé. Pensez-y comme un funambule : il porte une longue tige pour s’équilibrer, ce qui l’empêche de tomber rapidement à gauche ou à droite. C’est génial si vous voulez rester au même endroit, mais pas si génial si vous voulez vous déplacer (ou rouler) rapidement à gauche ou à droite.

Enfin, la taille de l’aéroport limite le rapport d’aspect qu’un avion peut avoir. Prenons l’exemple du Boeing 777. Le 777 a un rapport d’aspect d’environ 9. S’il avait un rapport d’aspect de 30+, il ne pourrait se garer près d’aucun autre avion sur l’aire de trafic, et ses ailes seraient si longues qu’elles pendraient au-dessus des voies de circulation pendant le décollage et l’atterrissage. Évidemment, ce ne serait pas pratique.

Surfaces de contrôle

Comme la plupart des avions, les planeurs utilisent des ailerons, un gouvernail et une gouverne de profondeur pour voler. Les volets sont installés sur les planeurs pour contrôler les taux de descente en produisant de la traînée et en augmentant la portance. De nombreux planeurs modernes utilisent également des aérofreins ou des spoilers qui, lorsqu’ils sont utilisés, perturbent radicalement l’écoulement de l’air sur l’aile, augmentant la traînée et réduisant la portance.

Une autre différence importante entre les avions à moteur et les planeurs est que les planeurs n’ont normalement qu’un seul train d’atterrissage, situé directement sous le pilote. Le fait de n’avoir qu’un seul train permet d’économiser beaucoup de poids, mais qu’arrive-t-il aux ailes au décollage et à l’atterrissage lorsque vous n’avez qu’un seul train ? Les extrémités des ailes sont protégées par des patins ou de petites roues, et lorsque le planeur atterrit, il vient se reposer sur le train principal et l’une des extrémités de l’aile.

Décollage du planeur

Puisqu’ils n’ont pas de moteurs, les planeurs utilisent normalement l’une des deux méthodes pour décoller du sol :

1) Aérotrain : Un avion motorisé remorque le planeur dans les airs à l’aide d’une longue corde. À l’intérieur du cockpit, le pilote du planeur utilise un mécanisme de libération rapide pour relâcher la corde de remorquage. Une fois que le planeur est à une altitude désirée, la corde est libérée et le planeur et l’avion remorqueur tournent dans des directions opposées.

2) Lancement par treuil : un moteur au sol alimente un treuil, relié à un système de lancement par câble. Le câble est ensuite attaché au bas du planeur. Une fois le treuil activé, le planeur est tiré sur le sol à grande vitesse vers le treuil et décolle. En peu de temps, le planeur gagne une altitude substantielle au cours de ce processus et relâche le câble du treuil avant de poursuivre son vol.

En vol

La finesse mesure la performance du plané d’un aéronef ; de nombreux planeurs modernes ont une finesse meilleure que 60:1. Cela signifie que si vous démarrez à une altitude de 1 mile, vous pouvez planer pendant 60 miles. En comparaison, un Boeing 747 a une finesse de 15:1.

Mais si la finesse était la seule chose qui maintenait les planeurs en l’air, ils ne voleraient pas très longtemps. Alors comment font-ils pour rester en l’air ? Il existe 3 principaux types d’air ascendant que les pilotes de planeurs utilisent :

1) Les thermiques sont des colonnes d’air ascendant créées par le réchauffement de la surface de la Terre. L’air près du sol se dilate et s’élève lorsque la surface de la Terre est chauffée. Certains types de terrains absorbent le soleil plus rapidement que d’autres, comme : les parkings en asphalte, les champs sombres, les terrains rocheux, etc. Ces taches absorbent la chaleur, et chauffent l’air au-dessus d’elles, produisant des courants d’air thermiques.

Les cumulus nouvellement formés, ou les oiseaux qui planent sans battre des ailes, sont typiquement des signes d’activité thermique. Lorsqu’un pilote de planeur fait du « thermique », il trouve et chevauche ces colonnes thermiques. Et comme les thermiques ne peuvent souvent couvrir qu’une petite zone, le thermalisme implique souvent un virage serré pour rester à l’intérieur de la poche d’air ascendant.

2) Le soulèvement de crête est créé par des vents soufflant contre des montagnes, des collines ou d’autres crêtes. Le long du côté au vent de la montagne, une bande d’ascendance se forme où l’air est redirigé vers le haut par le terrain. En général, l’ascendance de crête ne s’étend que sur quelques centaines de pieds plus haut que le terrain qui la produit. Des pilotes sont connus pour faire du « ridge soaring » sur des milliers de kilomètres le long des chaînes de montagnes.

3) L’ascendance de vague est similaire à l’ascendance de crête en ce qu’elle est créée lorsque le vent rencontre une montagne. Cependant, le soulèvement des vagues est créé sur le côté sous le vent (downwind) des pics par les vents qui passent au-dessus du sommet de la montagne. L’ascendance des vagues peut être identifiée par des formations nuageuses lenticulaires – elles ressemblent à des soucoupes volantes. L’ascendance des vagues peut atteindre des milliers de pieds de haut, et les planeurs roulant sur l’ascendance des vagues peuvent atteindre des altitudes de 35 000+ pieds.

Détecter l’ascendance et le lacet

L’indicateur de vitesse verticale dans votre cockpit vous dira si vous montez ou descendez. Si vous pilotez un planeur et que vous voyez soudainement l’indicateur de vitesse verticale faire un bond, vous avez probablement touché une colonne thermique et devez essayer de rester à l’intérieur de l’air ascendant aussi longtemps que possible.

Le planeur glisse ou dérape dans l’air lorsqu’il ne pointe pas directement dans la direction où il vole, par rapport à la masse d’air qui l’entoure. Une corde sur le pare-brise indique au pilote de planeur si le planeur vole en ligne droite (la corde est droite) ou s’il fait du lacet (la corde est à droite ou à gauche). En général, les pilotes de planeurs essaient de garder la corde droite car la moindre traînée est produite lorsque le vol est droit dans l’air.

Lest

Certains planeurs transportent des ballasts remplis d’eau. Les planeurs plus lourds coulent plus vite que les planeurs plus légers. La finesse n’est pas affectée par le poids car si un planeur plus lourd peut couler plus vite, il le fera à une vitesse plus élevée. Le planeur descend plus vite avec plus de poids, en couvrant la même distance ; c’est idéal pour le vol de distance. Un planeur plus lourd, rempli de lest, a un taux de montée réduit et une endurance de vol plus courte lorsqu’il se trouve dans un environnement de levage. Le lest d’eau peut être largué à tout moment par des vannes de largage pour minimiser ces caractéristiques de vol, et pour ralentir avant l’atterrissage.

Aterrissage

Par rapport à l’atterrissage dans un avion à moteur, il y a quelques différences clés lors du vol d’un planeur. Tout d’abord, les planeurs ne peuvent pas ajouter de la puissance s’ils ne parviendront pas à atteindre la zone de toucher des roues. Cela peut sembler un concept simple, mais les pilotes de planeurs sont formés pour juger leur approche afin de ne pas atterrir court, et attendent toujours d’être sûrs d’avoir fait le terrain avant d’introduire de la traînée par les volets ou les spoilers.

L’atterrissage lui-même n’est pas trop différent de celui de n’importe quel avion, vous faites des arrondies jusqu’à ce que la portance diminue, et essayez de toucher légèrement le sol. Comme les planeurs n’ont qu’une seule roue, c’est un peu un jeu d’équilibriste de garder les ailes hors du sol aussi longtemps que possible.

Les planeurs sont des avions incroyables, et avec les bonnes conditions atmosphériques, ils peuvent rester en altitude pendant des heures ou des jours. La conception aérodynamique minutieuse qui entre dans la construction d’un tel appareil rend ces oiseaux rapides et uniques.

Et si vous n’avez jamais eu la chance de voler en planeur, nous vous recommandons de l’essayer.