Passage du mur du son et commandes

[XrayPapa]

Bien que nous sortions du sujet de l’aviation légère, jetrouve cette discussion intéressante. Peut être que des pilotes privés s’intéressentau sujet. Alors, je vais poursuivre un peu sur la compressibilité, le nombre deMach critique et ce qui se passe au niveau des commandes quant on atteint ceslimites sur des avions  anciens, avant que n’apparaisse une « génération  d'aérodynamiciens remarquablement inspirés qui a consacré une imaginationparticulièrement fertile a améliorer les choses à travers la définition deprofils et formes de voilures adaptées », comme dit si bien Gilles 131.
Je pense que cette génération est apparue aux environs des années de la conception de notre Mystère IV. Pour avoir passé le Mach sur cettemachine (en fort piqué), je n’ai aucun souvenir de mise en garde de nos instructeurs sur un éventuel problème de commandes de vol. Le seul souvenir que j’ai, c’est la satisfaction de voir un machmètre indiquer un chiffre supérieur à un après avoir hésité à continuer de monter. Aucune sensation dans les commandes et à lalimite une certaine déception de ne rien ressentir. L’avion était fait pour ça…
Par contre, sur la génération des avions précédents, que j’aieu la chance de piloter pour ma formation, il n’en était pas de même sur T33.Le phénomène de compressibilité était caractéristique. Nous ne l’approchions pas avec des grandes vitesses en basse altitude ou moyenne altitude, mais vers40 000 ft, l’aiguille sur le badin qui indiquait la limite decompressibilité, descendait doucement vers la vitesse de décrochage. Si mes souvenirs sont bons, vers 44 000 ft, nous étions aux limites du décrochage et de la compressibilité. C'est-à-dire que si on tirait sur le manche nous avions les symptômes du décrochage, et si nous poussions, les symptômes étaient pratiquement les mêmes : des vibrations, mais dans ce cas dues à la compressibilité.
J’ai retrouvé ces phénomènes sur Alpha Jet bien plus tard dans certaines phases d’accélération en combat aérien. On disait alors que l’avion était « sur des cailloux ».
Ceci ne sont que les souvenirs d’un « exécutant »ayant un minimum ( solide) de connaissances théoriques pour ne pas se laisser surprendre par ces phénomènes (quand il était jeune et avait la chance de piloter ces machines).
Tout ça pour dire que l’inversion des commandes je n’ai jamais connu. Mais il devait en être tout autrement quand un avion du style Spitfire approchait le Mach critique .

[Bee Gee]

Tout à fait d'accord pour le recul du centre de poussée en supersonique. Bee Gee, ne soyez pas" jaloux", je pense que de mon côté j'aurais aussi des choses à envier de votre expérience...

C'est de la bonne jalousie ! rires ! on apprend toujours de l'expérience des autres, ...si on se donne un peu la peine de les écouter..!

[Bee Gee]

Mach 2 en Mirage 3 et Mirage F1: ça n'accélère pas bien entre 0,95 et Mach 1,10, puis ça repart. Pas de problème de commande en gauchissement. Mais pour la profondeur, plus ça va vite, plus le manche rejoint un secteur arrière en palier. Rayon de virage énorme à Mach 2, d'une part à cause de la vitesse mais surtout à cause d'une "cadence" très limitée par l'inefficacité de la profondeur.

Ceci décrit très  exactement ce qu'est l'inversion de commande qu'à eu la chance d'expérimenter Xraypapa (je suis jaloux !), sur un avion statiquement stable, en subsonique plus on accélère, plus le manche va en secteur avant et le trim déroulé à piquer

Ce qui justement n'est donc pas une "inversion de commande" comme on l'appelle à tort, mais une inversion de l'évolution avec la vitesse de la position de la profondeur (permettant de la stabiliser).
La commande agit toujours dans le même sens.

C'est en effet la confusion qui a été faite par quelques journalistes de la belle époque, l'inversion est en effet une inversion de la courbe d'effort et de déplacement de la commande de tangage

Sur le Cessna 500 on ressentait bien l'effet de compressibilité par un buffeting de bonne fréquence, à haute altitude et en descente, ce phénomène apparaît même un peu avant Mmo, quand ça se manifestait on n'insistait pas trop, pas trop esprit kamikaze !, Ce petit jet d'affaire est muni du profil antédiluvien NACA 23015 - 23012 qui équipe pas mal d'avion léger et le F8F Bearcat par exemple, pas du tout adapté a des mach élevées, le choix de Cessna étant d'en faire un avion ayant des perfos de décollage et d'atterrissage de celui des Beech 90 - 200. N'empêche que c'est avion très rigolo et agréable à piloter, plus performant et bien plus sympa à piloter qu'un P51.  Sur ce dernier le manuel de vol décrit très bien ce qui se passe à partir du mach critique qui se situait autour de 0.75, et la procédure pour en sortir, l'action principale étant de couper les gaz, les 4 mètres d'hélice font office d'un formidable aérofrein, et attendre les basses couches pour reprendre le contrôle. Le Spitfire a été l'avion à hélice ayant eu un des plus mach critique le plus élevé, on parle de 0.90, sans doute la préscience de son créateur Reginald Mitchell, qui avait équipé cet avion d'un profil d'aile très mince.

Enfin cela peut n'avoir rien d'anecdotique, les premiers Lear jet pouvaient même se révéler dangereux si les pilotes ne respectaient pas les limites et procédures, on a  retrouvé parait il quelques Lear 23 au fond d'un cratère, suite à perte de contrôle, l'onde de choc ayant parait il la bonne idée de se mettre sur la ligne de charnière de la gouverne, ce qui est derrière patine dans la semoule
La trouvaille pour les avions de combat a été l'empennage monobloc assisté hydrauliquement , il me semble que ce principe à été appliqué chez Dassault avec la genèse des premiers Mystères, l'Ouragan avait un empennage horizontal traditionnel avec plan fixe et gouverne il me semble.

[Cap11]

En ce qui concerne la gouverne de profondeur, il n'y a jamais eu de phénomène "d'inversion des commandes"!

Les pilotes des chasseurs à hélice en piqué vertical prolongé (Spitfire, P51, P38...) ont eu de grandes difficultés à redresser l'appareil (ceux qui y ont réussi). Plus la vitesse augmentait, plus le piqué s'accentuait alors que le pilote cabrait de plus en plus... il ne s'agissait pas d'une inversion des commandes (il aurait d'ailleurs donné un ordre à piquer que l'avion ne se serait pas redressé!).
L'écoulement localement transsonique ou même sonique sur l'empennage horizontal déplace la résultante de la force aérodynamique vers l'avant (vers le bord d'attaque du plan fixe) et "masque" la gouverne de profondeur... qui est alors inefficace... le piqué s'accentue alors que l'action est à cabrer... ce qui ne sert à rien car la gouverne de profondeur est inopérante... .

Le phénomène s'atténue quand l'appareil se rapproche du sol car même si sa vitesse verticale reste la même, son mach diminue (air plus chaud, vitesse locale du son plus élevée), les phénomènes transsoniques disparaissent, la profondeur retrouve son efficacité.. . Il semble aussi qu'une modification du calage du plan fixe permette une ressource (brutale! Clostermann dans un Spit aux Orcades..).

C'est aussi pour ça que les chasseurs transsoniques et supersoniques se sont vus équipés d'une "all moving tail" (profondeur monobloc) et non plus d'un plan fixe avec un gouverne de profondeur comme avant... .

[gma]

Même si la gouverne de profondeur restait efficace...

Le centre de poussée se déplace pour l'empennage... Et pour le reste aussi (aile, fuselage,...)
Or la gouverne était dimensionnée pour un faible écart entre Cp et CdG...

Remarquez que sur "supersonique", on a remplacé le petit plan mobile par un empennage horizontal monobloc au braquage accentué... (je recite Bee Gee là... Non ?)

[XrayPapa]

pour ce qui concerne l'empennage horizontal, il y en avait deux types sur Mystère IV:
-PH: un peu comme sur Piper PA19, le trim jouait sur la partie "fixe" horizontale de l'empennage
-le monobloc
Je pense que le monobloc est venu dans la dernière génération des Mystère IV. Je me rappelle qu'il y avait des restrictions pour le PH. On nous interdisait d'y toucher pour les premiers vols. Nous devions voler avec un calage fixe déterminé pour la partie "fixe" du PH. On nous interdisait de trimer. Aucune restriction pour le monobloc.
Aujourd'hui je ne sais dire pourquoi exactement (ça fait 44 ans...). Était ce pour ne pas que nous nous retrouvions dans un piqué avec du mal à en sortir? Peut être...

[Gilles131]

Le recul du foyer de 25 à 50% suppose de voler en supersonique.
Les diminutions voire inversions d'efficacité de gouvernes, elles, sont dues aux ondes de choc qui apparaissent en (haut) subsonique.
Pas pareil...

[FlyingTim]

Tu l'as expérimenté en vol? Au simu?

Non en vol, sur Alphajet, lors d'un piqué transsonique.

[Philippe Warter]

Intéressant. En théorie l'AlphaJet est une machine "récente" (à l'échelle des jets), donc les commandes ont certainement été étudiées pour.
Que s'est-il passé pour en arriver là?

[FlyingTim]

Tout simplement car il n'est pas fait pour le vol supersonique et son domaine d'évolution le cantonne normalement au subsonique.

Ce serait intéressant de savoir ce qu'il en est pour les Alphajet allemands qui avaient le nez pointu et qui eux étaient censés pouvoir passer légèrement supersonique.

En tout état de cause l'inversion des commandes se ressentait en faisant un piqué transsonique complètement en dehors de la plage d'utilisation "normale" de l'appareil, aucune incidence sur l'utilisation quotidienne du coucou.

[Gilles131]

Et à quelle occasion as-tu fait ce piqué transsonique?
C'était volontaire? Cela faisait partie de la formation?

[Julien78510]

Ce serait intéressant de savoir ce qu'il en est pour les Alphajet allemands qui avaient le nez pointu et qui eux étaient censés pouvoir passer légèrement supersonique.

Tu es sur de ça, j'ai toujours pensé qu'il était seulement subsonique...

Pour ce qui est de l'inversion de commande, une inversion des ailerons dans la tranche Mach 0.90/0.96, pour des faibles braquages de gouvernes, et également un roulis induit inverse: on met du pied à gauche, le nez part à gauche et l'avion s'incline à droite... (lu dans "Du vampire au Mirage 4000")

[Vrh]

Etonnant cette "experience" ! Même sur Vautour B (bien plus ancien et dans ses versions monobloc ou pas) il n'y a jamais eu d'"inversion" de commandes !!

Pour ce qui est du centrage (en supersonique), sur MIR IV, le problème était connu, prévu et réglé par le transfert du carburant. Sauf erreur le IV a également servi de banc d'essai pour le Concorde notamment sur ce point particulier.

En IV, à M1.85, le rayon de virage n'était lié qu'à la vitesse et au facteur de charge et non pas a l'efficacité de la profondeur (sais plus si elle était limitée en débattement ?)

My 2%

[Bee Gee]

..... et également un roulis induit inverse: on met du pied à gauche, le nez part à gauche et l'avion s'incline à droite...

Ce phénomène n'est pas uniquement lié au vol transsonique, il dépend aussi de la géométrie, le prototype du CAP20L en faisait belle démonstration, aile basse sans dièdre, roulis induit légèrement négatif, on met du pied à gauche, l'avion s'installe en dérapage puis s'incline gentiment à droite, et on finit en virage à droite, autrement dit la direction ne pouvait faire office de gouverne de secours.