Décollage - Définition et Explications

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Physique du décollage

Décollage d'un avion

Lors de la phase de décollage, l'avion prend de la vitesse grâce à son propulseur. Une fois que la vitesse engendre une portance suffisante pour quitter le sol, l'avion (Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale...) cabre, ce qui augmente encore la portance. La poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air...) du groupe propulseur est alors inclinée par rapport à l'horizontale : elle apporte donc sa contribution, plus ou moins grande, au décollage (Le décollage est la phase transitoire pendant laquelle un aéronef passe de l'état...) de l'avion.

Sur les monomoteurs à hélice (Hélice est issu d'un mot grec helix signifiant « spirale ». Un objet en forme...), l'augmentation de la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) peut entraîner un effet de couple : l'avion à tendance à virer lors de l'accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique,...) sur la piste. On utilise le palonnier pour maintenir l'avion sur la bonne trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et...).

  • Action de la portance

La portance est la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) principale permettant le décollage d'un avion. Elle dépend de la vitesse (On distingue :) de celui-ci, de l'angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts...) d'incidence de l'avion ainsi que la masse volumique (La masse volumique est une grandeur physique qui caractérise la masse d'un matériau par...). Elle dépend également de la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) porteuse (Une porteuse est un signal sinusoïdal de fréquence et amplitude constantes. Elle est...) de l'avion, et du profil de l'aile. Pour augmenter la portance, les avions ont donc parfois leur dispositif hypersustentateur déployé au décollage, ou pour un avion à géométrie variable (La voilure à géométrie variable est une voilure dont la forme peut être...) les ailes dans la position où l'angle de flèche est le plus grand.

  • Poussée des réacteurs

Lors du décollage, l'avion prend de l'incidence juste avant de quitter le sol. En supposant que les réacteurs produisent une force de norme (Une norme, du latin norma (« équerre, règle ») désigne un...) F, et que l'avion s'incline d'un angle d'incidence i, on obtient :
Rnormale=F × sin(i)

Application numérique :
Dans le cas d'un F-15 comme sur la photo ci-dessus, on peut supposer que :
- l'avion est à sa puissance maximale (postcombustion), soit pour le F-15 212 kN
- son inclinaison (En mécanique céleste, l'inclinaison est un élément orbital d'un corps en orbite autour d'un...) par rapport au sol est de 30 %

Alors l'on a : Rnormale=212×sin(30°)=106kN

La masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) de cet avion étant d'environ 25 tonnes au décollage, soit un poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la...) de 245 kN, la poussée des réacteurs dans le cas présent est responsable de 43 % de la puissance nécessaire à maintenir l'avion en l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...).

Décollage d'un aérostat (Un aérostat est un aéronef « plus léger que l'air », dont la...)

Pour ce type d'aéronef (Un aéronef est un moyen de transport capable d'évoluer au sein de l'atmosphère...), le décollage se fait sans vitesse horizontale : la portance n'est pas utilisée. Un aérostat décolle uniquement grâce à la poussée d'Archimède (Archimède de Syracuse (en grec ancien :...).

Un ballon au décollage est donc soumis à deux forces :

  • Au poids \vec{P}, de norme P = m.g ;
  • A la poussée d'Archimède, de norme ΠA = ρ.V.g ;

Avec :

  • m la masse du ballon en kg ;
  • ρ la masse volumique du liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...) déplacé en kg/m3;
  • V le volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) de liquide déplacé (autrement dit le volume du ballon) en m3;
  • g la constante de gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) (g = 9 81 m.s−2 ou N/kg)

Pour que le ballon décolle, on doit donc s'assurer que ΠA>P, c’est-à-dire que ρ.V > m.

En ce qui concerne une montgolfière (La montgolfière est un aérostat dont la sustentation est assurée par de l'air...), cette différence sera obtenue grâce au chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un...) de l'air dans l'enveloppe. En effet, l'air chaud a une masse volumique inférieure à l'air froid : cela est formalisé par l'équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement...) d'état des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) parfaits. En supposant que la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) d'air dans le ballon ne varie pas, il en résulte que le volume deviendra plus important avec la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...). Le volume devenant plus important, la force d'Archimède augmentera aussi. Comme le poids ne varie pas, on arrive à obtenir : ΠA>P

Application numérique :

Décollage d'un hélicoptère (Un hélicoptère est un aéronef à voilure tournante dont le ou les rotors...)

Le décollage d'un hélicopète utilise la force produite par son rotor principal (Le rotor principal est l'élément composé de plusieurs pales qui par sa rotation permet la...). Son fonctionnement est le même qu'une hélice d'avion : elle crée une dépression au dessus de l'hélicoptère. Celle-ci entraîne l' « aspiration » de l'appareil.

Application numérique :

Décollage d'une fusée (Fusée peut faire référence à :)

Une fusée décolle grâce à la poussée de ses réacteurs. Contrairement à un avion, ceux-ci sont dirigés directement vers le sol. La poussée qu'ils produisent est donc directement dirigée vers le haut.

Application numérique :

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