Plan canard - Définition et Explications

Un plan canard est une surface portante placée à l'avant d'un aérodyne (avion ou planeur) ou d'un navire à portance dynamique (hydroptère).
Par extension, l'expression "plan canard" peut désigner un concept d'avion (Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale...) portant un plan (une surface) canard (Les canards sont des oiseaux aquatiques au bec caractéristique, domestiqués ou non. Le...).

Historique

Les premiers modèles d'avions qui prirent l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...), tels le Wright Flyer, l'hydravion (Un hydravion désigne un avion ayant la capacité de se poser (amerrir) ou de décoller...) de Henri Fabre (Henri Fabre (né à Marseille (Bouches-du-Rhône) le 29 novembre 1882 et décédé le 29 juin 1984,...) ou le Santos-Dumont 14-bis, ne possédaient pas encore le type d'empennage arrière qui s'est imposé plus tard et que l'on appellera "conventionnel". Par analogie avec les véhicules dont la direction est déterminée par l'orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil...) des roues (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par...) avant, les premiers constructeurs conçurent des aéronefs dont les surfaces placées à l'avant permettaient de les piloter en tangage et parfois aussi en lacet. Le roulis était obtenu par le gauchissement des extrémités de la voilure principale (Wright Flyer), ou bien était plus ou moins induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de...) par du dérapage en lacet (Farman-Voisin).

A l'instar des oiseaux dépourvus de plumes rectrices efficaces qui infléchissent la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et...) de leur vol grâce à leur bec (Un bec, au sens strict, est une structure anatomique externe qui permet la prise alimentaire et...) aplati (voir aussi Vol (animal)), cette forme d'avion fut appelée canard. De plus, ils ressemblaient pour les observateurs au sol, à des canards en vol, d'où peut-être aussi leur nom.

Mais ces oiseaux ont un vol presque rectiligne et sont peu manœuvrants (voir discussion). Ce n'est donc pas le moindre des paradoxes que ce type de gouverne (Une gouverne est une surface mobile agissant dans l'air ou dans l'eau servant à piloter un...) qui confère une agilité exceptionnelle aux chasseurs à réaction ait été baptisée ainsi.

Définitions

- Un avion canard est un type d'avion possédant deux surfaces portantes, un plan canard (Un plan canard est une surface portante placée à l'avant d'un aérodyne (avion ou planeur) ou...) à l'avant et une aile à l'arrière.
- Il existe des vrais-faux canards, des ailes delta avec un équilibreur avant (Kfir Israélien, Dassault Rafale) : le plan canard est peu ou pas porteur en vol, il sert seulement à éviter de braquer les élevons vers le haut en approche pour gagner en portance et réduire autant que possible la vitesse (On distingue :) d'atterrissage (L’atterrissage désigne, au sens étymologique, le fait de rejoindre la terre ferme....). La commande (Commande : terme utilisé dans de nombreux domaines, généralement il désigne un ordre ou un...) des plans canard sur chasseurs à réaction volant à très haute vitesse s'effectue par le biais d'un calculateur.
- Un avion trois surfaces est un avion possédant en plus de l'aile principale et de l'empennage conventionnel situé à l'arrière un plan porteur supplémentaire situé à l'avant du fuselage (Le fuselage désigne l'enveloppe d'un avion qui reçoit généralement la charge...) appelé plan canard.

Caractéristiques des plans canard

Avantages

Plans Canards (juste derrrière le poste de pilotage) sur le bombardier expérimental XB-70 Valkyrie

Rutan Long-EZ (Le Rutan Long-EZ est un avion canard biplace conçu par l'ingénieur américain Burt Rutan pour la...), avec le plan canard juste devant le pilote

La surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) du plan canard produit normalement une portance positive (vers le haut) qui s'ajoute à celle produite par les ailes alors qu'un empennage classique produit une déportance (portance vers le bas), diminuant la portance de l'aile principale.

Une bonne conception du plan canard permet de protéger l'appareil contre le décrochage. Cette surface décroche en premier, l'aéronef (Un aéronef est un moyen de transport capable d'évoluer au sein de l'atmosphère...) pique alors du nez (Le nez (du latin nasus) est chez l'homme la saillie médiane du visage située au-dessus de...), évitant le décrochage de l'aile principale.

Le fuselage court d'un canard permet un gain de surface mouillée. Dans le cas d'un biplace à moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif...) arrière, la disposition en tandem présente deux avantages :

- position logique (La logique (du grec logikê, dérivé de logos (λόγος),...) du pilote à l'avant et du passager à l'arrière non loin du centre de gravité (Le centre de gravité est le point d'application de la résultante des forces de...),

- faible maître-couple.

Le plan canard pourrait permettre une grande variation du centre de gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.).

L'utilisation des plans canard peut être conjugée avec celle des elevons situés à l'arrière pour augmenter la vitesse angulaire (En physique, et plus spécifiquement en mécanique, la vitesse angulaire ω, aussi appelée...) de tangage. Cela concerne la maniabilité (La maniabilité désigne la plus ou moins bonne aptitude d'un véhicule terrestre, naval ou aérien...) des avions de chasse.

Inconvénients

• La stabilité longitudinale oblige à charger davantage les surfaces avant que les surfaces arrières (ratio environ 1.6 à 2 pour 1).

L'aile arrière est donc peu chargée au m² et n'atteint jamais son potentiel de portance maximal : sa surface est plus grande que nécessaire.

• Cette configuration limite le gain en portance des volets sur l'aile.

Le déploiement des volets provoque un moment piqueur. Sur un aéronef conventionnel, cet effet est facilement compensé par l'augmentation de la déportance de l'empennage qui produit un moment cabreur de sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...) opposé ( En mathématique, l'opposé d’un nombre est le nombre tel que, lorsqu’il est à...) et restaure l'équilibre en tangage. Avec une configuration canard, le plan canard (qui est porteur en croisière) est déjà à coefficient (En mathématiques un coefficient est un facteur multiplicatif qui dépend d'un certain...) de portance élevé en vol normal. Il n'a pas de réserve de Cz (coefficient de portance) suffisante pour compenser le moment piqueur très important de volets très reculés.
Pour résoudre ce problème, le Beechcraft Starship (modèle non poursuivi par son constructeur) présentait un plan canard à géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace...) variable : la surface pivotait vers l'avant pour compenser en partie le moment piqueur causé par le déploiement des volets.
Beaucoup d'avions canard n'ont pas de volets, leur débattement et donc efficacité étant trop limités.

• Déflexion du canard
  

Les ailes se trouvent en arrière des surfaces canard, et reçoivent leur déflexion : négative en arrière du plan canard (ce qui diminue la portance de l'aile dans cette zone), positive au niveau du bout du canard (pic de portance local), puis un air peu défléchi à l'extérieur. La distribution de portance sur l'aile arrière n'est pas régulière, elle varie avec la portance du canard et avec l'angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts...) de dérapage (attaque oblique); cela pose un problème de conception difficile.

• Propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant....) (monomoteur)
  

- L'hélice (Hélice est issu d'un mot grec helix signifiant « spirale ». Un objet en forme...) étant généralement à l'arrière, la voilure n'est pas soufflée : perte de portance au roulage.
- L'hélice arrière (de petit diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...) à cause de la limitation de la garde au sol) travaille dans le sillage perturbé du canard, de l'aile, des jambes de train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de...) et du fuselage. Son rendement propulsif en est grandement affecté (environ 0.72 à 0.76 au lieu de 0.80 à 0.85), ce qui diminue la poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air...) au décollage (Le décollage est la phase transitoire pendant laquelle un aéronef passe de l'état...).

• Tous ces facteurs rendent les distances de décollage et d'atterrissage plus longues et à des vitesses plus grandes que sur un avion conventionnel.

• Equilibre longitudinal sensible à la pluie (La pluie désigne généralement une précipitation d'eau à l'état...)
  

La faible corde du canard ET le choix d'un profil "laminaire" font que la portance du canard est affectée par la pluie qui perturbe l'écoulement (décollement précoce à l'extrados). Comme la pluie perturbe moins la portance de l'aile (arrière), l'avion peut piquer (Le verbe « piquer » a de nombreuses acceptions :) du nez. Un remède est de disposer des générateurs de vortex (tourbillons) sur le canard; un autre remède est de revenir à un profil classique à faible laminarité (sur le Long-EZ, le profil GU-25 a été remplacé par un Roncz 1145MS).

Exemples

Liste non exhaustive d'avions portant un plan canard :

• Débuts de l'aviation :

Wright Flyer 1903, voir aussi Frères Wright

Santos-Dumont 14-bis

Voisin-Farman 1908, avion trois surfaces

Le canard (Hydravion de Henri Fabre)

• Planeurs

Rutan Solitaire

• Avions de tourisme (Le tourisme est le fait de quitter son domicile, pour des raisons personnelles, pour une durée...)

Rutan VariViggen

Rutan VariEze

Rutan Defiant

Rutan Long-EZ

Cozy MK IV

Velocity SE

Velocity XL

Berkut aircraft

Steve Wright Stagger-Ez

• Avions à énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) musculaire

Gossamer Condor

Gossamer Albatross (Le Gossamer Albatross est l'un des deux seuls engins volants mûs par la force musculaire à avoir...)

• Transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus...) de passagers

Mig-8

Focke Wulf F 19 (Wilhelm Focke, frère de Henrich Focke, avait déjà travaillé sur ce concept d'aéronef...) Ente (avion canard)

Beechcraft Starship

Piaggio P180 Avanti (Le Piaggio P180 Avanti est un avion d'affaires bimoteur. L'Avanti ("en avant") est construit en...) (avion trois surfaces)

• Avions militaires

Saab (Saab est le nom d'un constructeur aéronautique et d'un constructeur automobile suédois....) 37 Viggen

Eurofighter Typhoon (L’Eurofighter Typhoon est un avion de combat double réacteur, ailes delta et plan...)

Saab JAS 39 Gripen

Dassault Rafale (Le Dassault Rafale est un avion militaire français multirôle conçu par les Avions...)

Grumman (La Grumman Aircraft Engineering Corporation, qui se prit ensuite le nom de Grumman Aerospace...) X-29A

Rockwell-MBB X-31 (Le X-31 était un avion à réaction germano-américain expérimental destiné à étudier la...)

Soukhoï Su-35 (Le Su-35 (Flanker Plus dans le code OTAN), à été créé dans le but d'accroître les capacités...)

Soukhoï Su-30 (La désignation de Su-30 désigne des versions biplaces en tandem de combat du Su-27. Elle est...)

Soukhoï Su-37 (Le Su-37 est la version à poussée vectorielle du Su-35.)

Soukhoï (Soukhoï (en russe : Cухой) est l’un des principaux...) Su-47

Soukhoï T-4 (Le Soukhoï T-4 est un projet de bombardier stratégique soviétique capable d'atteindre une...)

Tupolev_Tu-144 (plan canard rétractable utilisé à basse vitesse)

Atlas Cheetah

North American XB-70 Valkyrie (Le XB-70 Valkyrie fut un prototype d'avion bombardier supersonique américain de la fin des...)

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