Dispositif hypersustentateur - Définition
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Introduction
Les dispositifs hypersustentateurs sont des dispositifs mis en œuvre sur un avion pour que les ailes conservent leur portance à la vitesse la plus basse possible, et réduire ainsi la vitesse de décrochage.
Principe
Les profils d'aile sont étudiés pour avoir la meilleure finesse à la vitesse de croisière, mais pas la plus grande portance possible. Pour augmenter la portance à basse vitesse, en particulier pendant les phases de décollage et d'atterrissage, il y a plusieurs solutions :
- augmenter la surface alaire;
- augmenter la cambrure du profil en modifiant localement le profil par des surfaces mobiles, volets ou becs,
- augmenter la vitesse locale sur le profil par soufflage des hélices ou des réacteurs,
- reculer l'incidence de décrochage en aspirant la couche limite,
- reculer l'incidence de décrochage en favorisant la génération de tourbillons (vortex generator, portance tourbillonnaire).
- profiter de la portance supplémentaire donnée par l'effet de sol pendant le décollage,
- demander à la poussée des moteurs de "porter" une partie du poids de l'avion.
Plusieurs solutions peuvent être combinées; c'est la modification du profil qui est la plus utilisée : les volets et les becs de bord d'attaque.
voir aussi : Alula chez les oiseaux
Becs de bord d'attaque
Ces becs (en anglais slat) sont placés sur le bord d'attaque de l'aile pour retarder le décrochement des filets d'air sur l'extrados. Ils autorisent de plus fortes incidences que les volets de bord de fuite. Le bec est en fait une portion du bord d'attaque de la voilure qui s'écarte vers l'avant et vers le bas. Il cumule donc plusieurs effets : il augmente la cambrure, augmente la surface de l'aile et retarde le décollement des filets d'air par effet de fente.
Bec à fente fixe
Ce sont des surfaces fixes écartés du bord d'attaque. Mis au point par Handley Page dans les années 20, ils se trouvaient sur les premiers avions à atterrissage court comme le Fieseler Fi 156 Storch, le Potez 36 (1929).
Bec à fente rétractables
- Becs à fente automatiques. Ils sont rétractés au bord d'attaque et sortent vers l'avant automatiquement grâce à la dépression locale à incidence élevée. Les becs automatiques étaient montés sur les Messerschmitt Bf 108 Taifun et Bf 109 à partir de 1935. Ils sont une caractéristique remarquable des avions légers Morane-Saulnier Rallye des années 60.
- Bec à fente commandé ou Slat. De même principe que le précédent mais commandé par le pilote, il est très utilisé sur les avions de ligne.
Bec Krueger
C'est un petit volet accroché au bord d'attaque et rabattu sur l'intrados, le dessous de l'aile. En pivotant, tout en restant attaché, il augmente la courbure. Ce système est utilisé sur les avions de ligne.
Bec basculant
C'est en fait le bord d'attaque qui bascule vers le bas, comme un volet sans fente, il augmente dans cette position la cambrure de l'aile. Ce système est utilisé sur les avions de chasse, notamment les avions Dassault (voir sur la photo une coupe de l'aile du F-104 Starfighter).
Volets
Les volets (en anglais flap) se trouvent sur la partie interne de l'aile, entre le fuselage et les ailerons, les ailerons se trouvant sur la partie externe de l'aile. Il existe des volets courant sur toute le bord de fuite. Leur objectif est d'augmenter la cambrure de l'aile, voire dans certains cas la surface alaire.
Les angles de braquage des volets dépendent de la phase dans laquelle se trouve l'avion : décollage ou atterrissage. Les braquages sont généralement plus forts à l'atterrissage (portance maximale et action de freinage) qu'au décollage (portance intermédiaire, freinage minimal).
Volet de courbure
Le volet de courbure articulé à la partie arrière de l'aile se braque vers le bas. C'est le système le plus ancien, le plus simple et le plus répandu sur les avions légers.
Il peut aussi se braquer vers le haut lorsqu'on souhaite augmenter la vitesse sur trajectoire sans modifier notablement la finesse (diminution de la portance et de la traînée). C'est le cas des planeurs qui souhaitent traverser très rapidement une zone défavorable, par exemple.
Volet d'intrados
Le volet d'intrados se trouve sous l'arrière de l'aile. Comme le volet de courbure, il se braque vers le bas, en augmentant la portance mais également beaucoup la traînée. Ce dispositif est maintenant assez peu utilisé.
Volet à fente
C'est une surface mobile ressemblant à une petite aile dont le point de rotation se trouve sous l'aile. Le braquage du volet ouvre une fente qui permet à l'air de passer de l'intrados vers l'extrados pour réaccélérer la couche limite et de retarder ainsi le décollement des filets d'air sur le volet. Quand le rayon de rotation du volet est important, le volet recule en même temps qu'il se braque vers le bas (Dyn'aero MCR). On a là une disposition simplifiée du volet Fowler décrit ci-dessous. Le volet peut lui-même comporter une fente, ce qui donne au total un volet à double fente (MCR 4S).
Volet Fowler
C'est un volet dont le déplacement combine une translation et une rotation : dans un premier temps, il recule pour augmenter la surface alaire puis il se cabre vers le bas pour augmenter la courbure. Ce déplacement complexe nécessite des systèmes de guidage spéciaux à l'intrados, visibles sur la photo du Boeing 747. Le volet peut lui même être en deux ou trois parties, avec une ou deux fentes, ce qui donne au total des volets à double ou triple fente.
C'est un système répandu sur les avions de ligne. Ils sont apparus sur les avions légers de marque Cessna dans les années 1950, puis sur le Morane-Saulnier Rallye. Malgré leur complexité, ils équipent depuis peu certains avions légers recherchant un grand écart de vitesses (ULM soumis à vitesse minimale).
Les volets Fowler multiples sont constitués de plusieurs volets comme sur le Bréguet 941 qui possédait également un soufflage de l'aile lui donnant des caractéristiques ADAC.
