Performances des avions

Distance franchissable, autonomie, montée et décollage : l’atmosphère standard et l’altitude-densité, la polaire de traînée et la meilleure finesse, la poussée et la puissance nécessaires, la vitesse ascensionnelle, le vol plané, les équations de Breguet pour la distance franchissable et l’autonomie, les distances de décollage et d’atterrissage, les virages et le diagramme V-n, et la façon dont les avions électriques, hybrides et à carburant durable changent les chiffres, avec six TP. Gratuit, à votre rythme, et lié aux travaux de la NASA et du DOE pour un vol plus propre.

NASA (ISS066-E-080762, Nov. 8, 2021)NASA (STS102-357-031, March 18, 2001)NASA/Kim Shiflett (KSC-20210927-PH-KLS04_0013, Sept. 27, 2021)NASA Blue Marble

Cours › AERO 320

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À propos de ce cours

Ceci est le plan d’un cours gratuit en autonomie rédigé par Saving Planets. Ce n’est pas un cours universitaire : il ne donne aucun crédit académique et aucun établissement n’y participe.

Son périmètre suit un cours semestriel de troisième année sur les performances des avions. Il s’inspire des thèmes et du niveau des parties consacrées aux performances de MIT 16.01–16.04 Unified Engineering et de MIT 16.885J Aircraft Systems Engineering (gratuits sur MIT OpenCourseWare), de cours comme Purdue AAE 251 et Georgia Tech AE 3310, et du FAA Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge, Chapter 11, vers lesquels nous renvoyons quand ils sont utiles. Aucun de ces auteurs, établissements ou organismes ne cautionne cette page.

Notre apport : chaque module est relié à un travail réel avec une source publique citée (ailes à écoulement laminaire, ailes à haubans, moteurs hybrides, carburant d’aviation durable et énergie des transports), chaque nombre de la page est recalculé par un script de vérification avant sa mise en ligne, et chaque TP propose une simulation gratuite, un tableur ou une version sûre à faire chez soi.

Suivez-le dans l’ordre. Chaque unité comporte des objectifs, des notions clés, des équations, des exemples pas à pas, des exercices corrigés en détail, des erreurs fréquentes, des cartes mémoire et un quiz. Votre progression est enregistrée uniquement dans ce navigateur.

Comment ce cours aide à sauver la planète

Les performances, c’est là où la conception d’un avion rencontre la consommation de carburant. Chaque pour cent de traînée en moins, chaque kilogramme gagné et chaque meilleur profil de montée ou de croisière se retrouvent directement dans l’équation de Breguet, et donc dans la consommation et les émissions.

La NASA cite trois grandes voies pour rendre l’aviation durable : des technologies d’avions efficaces, le carburant d’aviation durable, et l’exploitation et les infrastructures. Chaque module se termine par une courte section sourcée. Les valeurs qui ne proviennent pas d’une source sont indiquées comme valeurs d’exemple.

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Avant de commencer

Prérequis

  • Aérodynamique I : coefficients de portance et de traînée, polaire de traînée et traînée induite.
  • Dynamique : lois de Newton, travail et énergie.
  • Analyse II : intégrales et logarithmes népériens (pour la distance franchissable et l’autonomie).
  • La thermodynamique aide pour les moteurs et l’atmosphère mais n’est pas requise.

Comment étudier

  • Commencez chaque problème par un bilan des forces : portance, poids, poussée et traînée, et l’angle de trajectoire.
  • Notez d’abord l’atmosphère : altitude, masse volumique, température et vitesse du son.
  • Gardez le poids en newtons et la masse en kilogrammes ; la plupart des erreurs en performances viennent de leur confusion.
  • Connaissez par cœur les vitesses clés : décrochage, traînée minimale, puissance minimale, meilleure montée et approche.
  • Vérifiez les cas limites : un excédent de poussée nul signifie une montée nulle ; un avion plus lourd a besoin de plus de piste, à peu près comme le carré du poids.
  • Faites chaque exercice sur papier avant d’ouvrir la réponse, et refaites les quiz quelques jours plus tard.

Matériel de TP (pour les TP en laboratoire)

  • Un ordinateur ou une tablette pour les simulations gratuites NASA FoilSim et PhET Projectile Motion.
  • Un tableur pour les TP sur l’atmosphère, la polaire de traînée, la distance franchissable et le décollage.
  • Du papier d’imprimante, une règle ou un mètre ruban, des trombones et un chronomètre ou le minuteur d’un téléphone.
  • Un espace intérieur dégagé et sûr ou un espace extérieur calme pour les vols de planeurs.

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Programme suggéré sur 15 semaines

Environ 6 à 9 heures par semaine : lecture, exercices et, les semaines de TP, le TP.

SemaineUnitéThèmesLecture
1L’atmosphère standard, les vitesses et l’altitude-densitéAtmosphère standard, vitesses, altitude-densité ; TP AFAA PHAK Ch. 11
2Les forces en vol et la polaire de traînéeForces en vol et polaire de traînée ; TP CNASA Glenn; MIT 16.01
3Poussée et puissance nécessairesPoussée et puissance nécessairesMIT 16.01
4Performances de montéeAngle et vitesse de montéeFAA PHAK Ch. 11
5Performances de montéePuissance spécifique excédentaire, plafonds, temps de montéeMIT 16.01
6Le vol planéVol plané ; TP BNASA Glenn
7Distance franchissable et autonomie : les équations de BreguetConsommation de carburant et équation de Breguet pour la distance franchissableMIT 16.885J
8Distance franchissable et autonomie : les équations de BreguetAutonomie, charge utile–distance ; TP D ; préparation au partielMIT 16.885J
9Performances au décollageVitesse de décrochage, hypersustentation, roulement au solFAA Airplane Flying Handbook
10Performances au décollageAltitude-densité, vent, piste équilibrée ; TP EFAA PHAK Ch. 11
11Performances à l’atterrissageDistance d’approche et d’atterrissageFAA Airplane Flying Handbook
12Le virage et le diagramme V-nVirages, facteur de charge, rayon de virageFAA Airplane Flying Handbook
13Le virage et le diagramme V-nVitesse de manœuvre et diagramme V-n ; TP FMIT 16.01
14Performances des avions électriques, hybrides et à carburant durablePerformances des avions électriques et hybridesNASA HyTEC
15Performances des avions électriques, hybrides et à carburant durableCarburant durable, CO₂ et vue d’ensemble des performances ; préparation à l’examen finalDOE SAF; NASA

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Votre progression

Cochez les unités et les TP à mesure que vous les terminez, et faites les quiz. La progression et les scores sont enregistrés uniquement dans ce navigateur et ne nous sont jamais envoyés.

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Unité 1 · Semaine 1

L’atmosphère standard, les vitesses et l’altitude-densité

Pourquoi les performances dépendent de l’air, l’atmosphère type internationale (ISA), la température, la pression et la masse volumique en fonction de l’altitude, la vitesse du son et le nombre de Mach, les vitesses indiquée, corrigée, équivalente et vraie, et les altitudes-pression et altitudes-densité.

Objectifs d’apprentissage

À la fin de cette unité, vous saurez :

  • Calculer la température, la pression et la masse volumique ISA dans la troposphère.
  • Trouver la vitesse du son et le nombre de Mach.
  • Convertir entre vitesse équivalente et vitesse vraie.
  • Expliquer pourquoi les aéroports chauds et en altitude dégradent les performances.

Notions clés

  • La portance, la traînée et la poussée des moteurs dépendent toutes de la masse volumique de l’air ; les performances sont donc toujours données pour une atmosphère précisée. L’ISA est une référence : 288.15 K, 101325 Pa et 1.225 kg/m³ au niveau de la mer.
  • Dans la troposphère (jusqu’à 11 km), la température baisse de 6.5 K par km : T = T₀ − 0.0065h. L’hydrostatique et la loi des gaz parfaits donnent p/p₀ = (T/T₀)^5.26 et ρ/ρ₀ = (T/T₀)^4.26. Au-dessus de 11 km, la température est constante à 216.65 K et la masse volumique décroît exponentiellement.
  • La vitesse du son vaut a = √(γRT) ; le nombre de Mach M = V/a. Comme a ne dépend que de la température, elle est plus faible à l’altitude de croisière.
  • Un anémomètre mesure la pression dynamique ½ρV². La vitesse équivalente EAS = V√σ, avec le rapport de masses volumiques σ = ρ/ρ₀ ; en altitude, la vitesse vraie est supérieure à l’EAS.
  • L’altitude-pression est l’altitude ISA correspondant à la pression mesurée ; l’altitude-densité est l’altitude ISA correspondant à la masse volumique réelle. Une altitude-densité élevée (terrain élevé, chaud ou humide) signifie un air plus léger, donc moins de portance à une vitesse donnée et moins de poussée : le décollage s’allonge et la montée faiblit.

Équations clés

T=T0−0.0065hT=T_0-0.0065h
Température dans la troposphère
ρρ0=(TT0)4.26\frac{\rho}{\rho_0}=\left(\frac{T}{T_0}\right)^{4.26}
Masse volumique dans la troposphère
a=γRT, M=Vaa=\sqrt{\gamma RT},\ M=\frac{V}{a}
Vitesse du son et Mach
VE=VσV_E=V\sqrt{\sigma}
Vitesse équivalente

Exemples résolus pas à pas

Exemple 1.1 Trouvez la température, la pression et la masse volumique ISA à 3000 m.

Afficher les étapes
  1. T = 288.15 − 0.0065 × 3000 = 268.65 K.
  2. p = 101,325 × (268.65/288.15)^5.26 = 70.1 kPa.
  3. ρ = 1.225 × (268.65/288.15)^4.26 = 0.909 kg/m³.

Réponse : T = 268.65 K, p = 70.1 kPa, ρ = 0.909 kg/m³ (σ = 0.742).

Exemple 1.2 Trouvez la vitesse du son au niveau de la mer et à 11 km (216.65 K).

Afficher les étapes
  1. a₀ = √(1.4 × 287 × 288.15).
  2. a = √(1.4 × 287 × 216.65).

Réponse : a₀ = 340.3 m/s; a = 295.0 m/s.

Exemple 1.3 Trouvez la masse volumique et la pression ISA à 11 km.

Afficher les étapes
  1. T/T₀ = 216.65/288.15.
  2. ρ = 1.225 × (0.7519)^4.26; p = 101,325 × (0.7519)^5.26.

Réponse : ρ = 0.364 kg/m³ et p = 22.6 kPa : moins d’un tiers de la masse volumique au niveau de la mer.

Exercices

Faites chacun d’abord sur papier, puis vérifiez.

  1. Trouvez la masse volumique ISA à 5000 m.

    Afficher la réponse

    0.736 kg/m³.

  2. Quel nombre de Mach correspond à 250 m/s au niveau de la mer ?

    Afficher la réponse

    250/340.3 = 0.735.

  3. Trouvez l’exposant g/(aR) − 1 pour la masse volumique.

    Afficher la réponse

    9.81/(0.0065 × 287) − 1 = 4.26.

  4. Un aéroport à 1500 m par une journée chaude : son altitude-densité est-elle au-dessus ou au-dessous de 1500 m ?

    Afficher la réponse

    Au-dessus : l’air chaud est moins dense.

Idées reçues fréquentes

  • Idée reçue : La vitesse vraie est égale à la vitesse indiquée.

    En réalité : Seulement dans les conditions standard au niveau de la mer.

  • Idée reçue : La vitesse du son dépend de la pression.

    En réalité : Pour un gaz parfait, elle ne dépend que de la température.

  • Idée reçue : L’altitude-densité est l’altitude du terrain.

    En réalité : Elle dépend aussi de la température, de la pression et de l’humidité.

Cartes mémoire

  • ISA

    288.15 K, 101,325 Pa, 1.225 kg/m³.

  • Gradient thermique

    0.0065 K/m.

  • Rapport de masses volumiques

    σ = ρ/ρ₀.

  • Vitesse du son

    √(γRT).

  • EAS

    V√σ.

  • Altitude-densité

    Altitude ISA correspondant à la masse volumique réelle.

Quiz d’autocontrôle

1. La masse volumique ISA au niveau de la mer vaut…

Afficher la réponse

1.225 kg/m³. Valeur standard.

2. Le gradient thermique dans la troposphère vaut…

Afficher la réponse

6.5 K/km. Définition ISA.

3. La vitesse du son dépend…

Afficher la réponse

la température. a = √(γRT).

4. Une altitude-densité élevée rend le décollage…

Afficher la réponse

plus long. Moins de portance et de poussée.

Comment cela aide à sauver la planète

L’EIA indique qu’environ 29 % de la consommation totale d’énergie des États-Unis en 2025 a servi au transport de personnes et de marchandises, que les produits pétroliers ont fourni environ 89 % de l’énergie des transports, et que le carburéacteur représentait à lui seul 13 % de l’énergie consommée par les transports.

L’EIA note aussi que le carburéacteur alimente les avions à réaction et certains hélicoptères, et que des biocarburants peuvent y être mélangés. Chacun de ces gallons est brûlé dans l’atmosphère modélisée dans ce module ; l’endroit où un avion vole dans cette atmosphère décide de sa consommation.

Sur Saving Planets : Aérodynamique I · Observation de la Terre

Sources : U.S. EIA: Use of energy for transportation

Ressources d’apprentissage gratuites

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Unité 2 · Semaine 2

Les forces en vol et la polaire de traînée

Les quatre forces, le vol rectiligne en palier stabilisé, les coefficients de portance et de traînée, la traînée parasite et la traînée induite, la polaire parabolique C_D = C_D0 + KC_L², le coefficient d’Oswald et l’allongement, la finesse maximale, et la traînée en croisière.

Objectifs d’apprentissage

À la fin de cette unité, vous saurez :

  • Écrire les équations du vol en palier stabilisé.
  • Utiliser la polaire de traînée parabolique.
  • Trouver (L/D)max et le coefficient de portance où elle est atteinte.
  • Calculer la traînée en croisière d’un avion de ligne.

Notions clés

  • En palier stabilisé, la portance égale le poids et la poussée égale la traînée : L = W = ½ρV²SC_L et T = D = ½ρV²SC_D.
  • La traînée a deux composantes. La traînée parasite (à portance nulle) C_D0 vient du frottement et de la traînée de pression ; la traînée induite KC_L² est le prix de la portance, avec K = 1/(πeAR) pour l’allongement AR et le coefficient d’Oswald e.
  • La polaire C_D = C_D0 + KC_L² fixe presque tous les chiffres de performance de ce cours.
  • La finesse L/D = C_L/C_D mesure l’efficacité aérodynamique de l’avion. Elle est maximale quand la traînée induite égale la traînée parasite : C_L* = √(C_D0/K) et (L/D)max = 1/(2√(KC_D0)).
  • À (L/D)max la traînée est minimale pour un poids donné : D_min = W/(L/D)max. Des ailes longues et fines (grand AR) réduisent K, d’où leur présence sur les planeurs et les avions de ligne les plus efficaces.

Équations clés

L=W=12ρV2SCLL=W=\tfrac12\rho V^2SC_L
Portance en palier
CD=CD0+KCL2C_D=C_{D0}+KC_L^2
Polaire de traînée parabolique
K=1πeARK=\frac{1}{\pi eAR}
Facteur de traînée induite
(LD)max=12KCD0\left(\frac LD\right)_{max}=\frac{1}{2\sqrt{KC_{D0}}}
Meilleure finesse

Exemples résolus pas à pas

Exemple 2.1 L’avion de ligne d’exemple a m = 60000 kg, S = 120 m², C_D0 = 0.020 et K = 0.045. Trouvez W, (L/D)max, C_L* et la traînée minimale.

Afficher les étapes
  1. W = 60,000 × 9.81 = 588.6 kN.
  2. (L/D)max = 1/(2√(0.045 × 0.020)) = 16.67.
  3. C_L* = √(0.020/0.045) = 0.667.
  4. D_min = 588600/16.67.

Réponse : (L/D)max = 16.67 à C_L = 0.667 ; D_min = 35.3 kN.

Exemple 2.2 L’avion de ligne croise à 11 km (ρ = 0.364 kg/m³) à 230 m/s. Trouvez q, C_L, C_D et la traînée.

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  1. q = ½ × 0.3636 × 230² = 9618 Pa.
  2. C_L = 588,600/(9618 × 120) = 0.510.
  3. C_D = 0.020 + 0.045 × 0.510² = 0.0317.
  4. D = 9618 × 120 × 0.0317.

Réponse : D = 36.6 kN ; L/D = 16.1, proche du maximum.

Exemple 2.3 Quel est le nombre de Mach de croisière ?

Afficher les étapes
  1. M = 230/295.0.

Réponse : M = 0.780.

Exercices

Faites chacun d’abord sur papier, puis vérifiez.

  1. On divise C_D0 par deux sans changer K. Comment évolue (L/D)max ?

    Afficher la réponse

    Elle est multipliée par √2 : 23.6.

  2. Trouvez K pour AR = 9 et e = 0.8.

    Afficher la réponse

    1/(π × 0.8 × 9) = 0.0442.

  3. À C_L*, quelle fraction de la traînée est induite ?

    Afficher la réponse

    La moitié.

  4. Trouvez la finesse L/D de croisière ci-dessus.

    Afficher la réponse

    0.510/0.0317 = 16.1.

Idées reçues fréquentes

  • Idée reçue : La traînée augmente toujours avec la vitesse.

    En réalité : La traînée induite diminue avec la vitesse ; la traînée totale passe par un minimum.

  • Idée reçue : Des ailes plus grandes signifient toujours moins de traînée.

    En réalité : Elles ajoutent de la traînée parasite.

  • Idée reçue : La finesse L/D est fixe pour un avion donné.

    En réalité : Elle dépend de C_L, donc de la vitesse, du poids et de l’altitude.

Cartes mémoire

  • Vol en palier

    L = W, T = D.

  • Polaire de traînée

    C_D0 + KC_L².

  • K

    1/(πeAR).

  • C_L*

    √(C_D0/K).

  • (L/D)max

    1/(2√(KC_D0)).

  • D_min

    W/(L/D)max.

Quiz d’autocontrôle

1. En palier stabilisé…

Afficher la réponse

L = W, T = D. Équilibre des forces.

2. (L/D)max est atteinte quand…

Afficher la réponse

traînée induite = traînée parasite. Minimiser C_D/C_L.

3. Augmenter l’allongement…

Afficher la réponse

diminue K. K = 1/(πeAR).

4. D_min vaut…

Afficher la réponse

W/(L/D)max. D = W/(L/D).

Comment cela aide à sauver la planète

La NASA décrit l’aile à haubans comme une aile longue et fine dotée de supports structurels profilés, qui pourrait réduire la consommation de carburant et les coûts d’exploitation des futurs avions de ligne. En décembre 2025, la NASA et Boeing ont testé une demi-maquette du concept Subsonic Ultra Green Aircraft Research (SUGAR) de Boeing dans une grande soufflerie pressurisée à Farnborough, en Angleterre.

Une aile longue et fine est une aile à grand allongement : elle réduit K dans la polaire et augmente (L/D)max. Les haubans reprennent les charges qui rendraient une telle aile trop lourde à elle seule.

Sur Saving Planets : Aérodynamique I · Résistance des matériaux

Sources : NASA: NASA, Boeing Advance Truss-Braced Wing Research in Test (Apr. 29, 2026)

Ressources d’apprentissage gratuites

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Unité 3 · Semaine 3

Poussée et puissance nécessaires

La poussée nécessaire en fonction de la vitesse, la vitesse de traînée minimale, la puissance nécessaire et la vitesse de puissance minimale, la poussée et la puissance disponibles des réacteurs et des hélices, les vitesses maximale et minimale en palier, et l’effet de l’altitude et du poids.

Objectifs d’apprentissage

À la fin de cette unité, vous saurez :

  • Tracer la poussée et la puissance nécessaires en fonction de la vitesse.
  • Trouver les vitesses de traînée minimale et de puissance minimale.
  • Expliquer comment l’altitude modifie ces vitesses.
  • Trouver la vitesse maximale en palier à partir de la poussée disponible.

Notions clés

  • La poussée nécessaire égale la traînée : T_R = ½ρV²SC_D0 + 2KW²/(ρV²S). Le premier terme croît comme V², le second décroît comme 1/V², donc T_R passe par un minimum.
  • La vitesse de traînée minimale vaut V_md = √(2W/(ρS)) (K/C_D0)^¼. C’est la vitesse de (L/D)max.
  • La puissance nécessaire vaut P_R = T_R V. Elle est minimale à V_mp = V_md/3^¼ = 0.760 V_md, où la traînée induite vaut trois fois la traînée parasite et L/D = 0.866(L/D)max.
  • En altitude, à poids égal, toutes les vitesses varient comme 1/√σ : la vitesse vraie de meilleure finesse augmente, mais la traînée reste la même.
  • La poussée d’un réacteur est à peu près constante avec la vitesse et diminue avec la masse volumique ; la puissance d’une hélice est à peu près constante, donc sa poussée diminue avec la vitesse. La vitesse maximale en palier est celle où la poussée (ou la puissance) disponible égale la nécessaire.

Équations clés

TR=12ρV2SCD0+2KW2ρV2ST_R=\tfrac12\rho V^2SC_{D0}+\frac{2KW^2}{\rho V^2S}
Poussée nécessaire
Vmd=2WρS(KCD0)1/4V_{md}=\sqrt{\frac{2W}{\rho S}}\left(\frac{K}{C_{D0}}\right)^{1/4}
Vitesse de traînée minimale
Vmp=Vmd31/4V_{mp}=\frac{V_{md}}{3^{1/4}}
Vitesse de puissance minimale
PR=TRVP_R=T_RV
Puissance nécessaire

Exemples résolus pas à pas

Exemple 3.1 Trouvez V_md pour l’avion de ligne d’exemple au niveau de la mer.

Afficher les étapes
  1. √(2 × 588,600/(1.225 × 120)) = 89.5 m/s.
  2. (0.045/0.020)^¼ = 1.225.
  3. V_md = 89.5 × 1.225.

Réponse : V_md = 109.6 m/s.

Exemple 3.2 Trouvez V_md à 11 km et le rapport des vitesses.

Afficher les étapes
  1. Rapport = √(1.225/0.3636) = 1.835.
  2. V_md = 109.6 × 1.835.

Réponse : V_md = 201.2 m/s pour la même traînée de 35.3 kN.

Exemple 3.3 Trouvez V_mp au niveau de la mer et la puissance nécessaire à V_md.

Afficher les étapes
  1. V_mp = 109.6/1.316 = 83.3 m/s.
  2. P_R(V_md) = 35,316 × 109.6.

Réponse : V_mp = 83.3 m/s ; P_R à V_md = 3.87 MW.

Exercices

Faites chacun d’abord sur papier, puis vérifiez.

  1. Trouvez la traînée à V_mp.

    Afficher la réponse

    W/(0.866 × 16.67) = 40.8 kN.

  2. Trouvez q à 100 m/s au niveau de la mer.

    Afficher la réponse

    ½ × 1.225 × 100² = 6125 Pa.

  3. Si le poids augmente de 21 %, comment change V_md ?

    Afficher la réponse

    D’un facteur √1.21 = 1.1.

  4. En dessous de V_md, l’avion est-il stable en vitesse ?

    Afficher la réponse

    Non : ralentir augmente la traînée (second régime de la courbe de traînée).

Idées reçues fréquentes

  • Idée reçue : La traînée minimale et la puissance minimale sont atteintes à la même vitesse.

    En réalité : V_mp est 24 % plus lente.

  • Idée reçue : Voler plus haut réduit la traînée à la meilleure finesse.

    En réalité : La traînée est la même ; seule la vitesse est plus élevée.

  • Idée reçue : La poussée nécessaire est la même chose que la puissance nécessaire.

    En réalité : Puissance = poussée × vitesse.

Cartes mémoire

  • Poussée nécessaire

    Égale la traînée.

  • V_md

    Vitesse de (L/D)max.

  • V_mp

    0.760 V_md.

  • Puissance nécessaire

    T_R V.

  • Altitude

    Vitesses ∝ 1/√σ.

  • Second régime

    En dessous de V_md, la traînée augmente quand la vitesse diminue.

Quiz d’autocontrôle

1. La poussée nécessaire est minimale à…

Afficher la réponse

V_md. Traînée minimale.

2. V_mp/V_md vaut…

Afficher la réponse

0.760. 3^(−¼).

3. En altitude, V_md (vraie) est…

Afficher la réponse

plus élevée. ∝ 1/√ρ.

4. La poussée d’une hélice, avec la vitesse…

Afficher la réponse

diminue. Puissance constante.

Comment cela aide à sauver la planète

La NASA explique qu’en vol une fine couche d’air, la couche limite, se forme tout près de la surface d’un avion, et que sur la plupart des avions elle devient turbulente, ce qui augmente la traînée de frottement et la consommation. Le concept Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF) de la NASA vise à garder cet écoulement laminaire sur de grandes ailes en flèche.

Une étude numérique de la NASA menée de 2014 à 2017 a estimé qu’une aile CATNLF sur un grand avion long-courrier comme le Boeing 777 pourrait économiser jusqu’à 10 % de carburant par an. Dans les termes de ce module, l’écoulement laminaire réduit C_D0, ce qui réduit la poussée et la puissance nécessaires à toutes les vitesses.

Sur Saving Planets : Mécanique des fluides · Aérodynamique I

Sources : NASA: NASA Tests Technology Offering Potential Fuel Savings for Commercial Aviation (Jan. 21, 2026)

Ressources d’apprentissage gratuites

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Unité 4 · Semaines 4–5

Performances de montée

Les forces en montée stabilisée, l’angle et la vitesse ascensionnelle, l’excédent de poussée et l’excédent de puissance, les vitesses de meilleur angle et de meilleur taux, la puissance spécifique excédentaire, le temps de montée, et les plafonds absolu et pratique.

Objectifs d’apprentissage

À la fin de cette unité, vous saurez :

  • Écrire l’équilibre des forces en montée stabilisée.
  • Calculer la vitesse ascensionnelle et l’angle de montée.
  • Distinguer vitesse de meilleur angle et vitesse de meilleur taux.
  • Estimer le temps de montée et les plafonds.

Notions clés

  • En montée stabilisée avec un angle de trajectoire γ : T − D − W sin γ = 0 et L = W cos γ. Donc sin γ = (T − D)/W : l’excédent de poussée fixe l’angle de montée.
  • Vitesse ascensionnelle RC = V sin γ = (T − D)V/W = (P_avail − P_req)/W : l’excédent de puissance fixe le taux de montée.
  • La vitesse de meilleur angle (V_x) maximise l’excédent de poussée et sert à franchir les obstacles ; la vitesse de meilleur taux (V_y) maximise l’excédent de puissance et fait atteindre l’altitude au plus vite.
  • La puissance spécifique excédentaire P_s = (T − D)V/W combine montée et accélération : c’est le taux auquel la hauteur d’énergie h + V²/(2g) peut croître.
  • L’excédent de puissance diminue avec l’altitude. Le plafond absolu est l’altitude où la RC maximale est nulle ; le plafond pratique est celle où elle vaut 0.5 m/s (100 ft/min).

Équations clés

sin⁡γ=T−DW\sin\gamma=\frac{T-D}{W}
Angle de montée
RC=(T−D)VWRC=\frac{(T-D)V}{W}
Taux de montée
Ps=(T−D)VWP_s=\frac{(T-D)V}{W}
Puissance spécifique excédentaire
hE=h+V22gh_E=h+\frac{V^2}{2g}
Hauteur d’énergie

Exemples résolus pas à pas

Exemple 4.1 L’avion de ligne d’exemple monte à 130 m/s au niveau de la mer avec 120 kN de poussée. Trouvez C_L et la traînée.

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  1. q = ½ × 1.225 × 130² = 10,351 Pa.
  2. C_L = 588,600/(10,351 × 120) = 0.474.
  3. D = 10,351 × 120 × (0.020 + 0.045 × 0.474²).

Réponse : C_L = 0.474 ; D = 37.4 kN (en prenant L ≈ W).

Exemple 4.2 Trouvez la vitesse ascensionnelle et l’angle de montée.

Afficher les étapes
  1. RC = (120,000 − 37,394) × 130/588,600.
  2. sin γ = 82606/588600.

Réponse : RC = 18.2 m/s (3590 ft/min) ; γ = 8.07°.

Exemple 4.3 À 10 m/s en moyenne, combien de temps dure une montée à 10000 m ?

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  1. t = 10,000/10 = 1000 s.

Réponse : t = 16.7 min.

Exercices

Faites chacun d’abord sur papier, puis vérifiez.

  1. Convertissez 18.2 m/s en ft/min.

    Afficher la réponse

    18.2 × 196.85 = 3590 ft/min.

  2. Quelle vitesse permet le mieux de franchir un obstacle ?

    Afficher la réponse

    V_x, meilleur angle.

  3. Que vaut RC au plafond absolu ?

    Afficher la réponse

    Zéro.

  4. Pourquoi la montée diminue-t-elle avec l’altitude ?

    Afficher la réponse

    La poussée et l’excédent de puissance diminuent avec la masse volumique.

Idées reçues fréquentes

  • Idée reçue : La montée vient d’un surplus de portance.

    En réalité : Elle vient d’un excédent de poussée ou de puissance ; en montée L < W.

  • Idée reçue : V_x et V_y sont identiques.

    En réalité : V_x est plus lente.

  • Idée reçue : La vitesse ascensionnelle ne dépend pas du poids.

    En réalité : RC ∝ 1/W.

Cartes mémoire

  • Angle de montée

    sin γ = (T − D)/W.

  • Taux de montée

    (T − D)V/W.

  • V_x

    Meilleur angle.

  • V_y

    Meilleur taux.

  • P_s

    Puissance spécifique excédentaire.

  • Plafonds

    Absolu : RC = 0 ; pratique : 0.5 m/s.

Quiz d’autocontrôle

1. L’angle de montée dépend…

Afficher la réponse

de l’excédent de poussée. sin γ = (T − D)/W.

2. La vitesse ascensionnelle dépend…

Afficher la réponse

de l’excédent de puissance. RC = ΔP/W.

3. Au plafond pratique, RC vaut…

Afficher la réponse

0.5 m/s. 100 ft/min.

4. En montée stabilisée, la portance vaut…

Afficher la réponse

W cos γ. Équilibre normal.

Comment cela aide à sauver la planète

La page de la NASA sur l’aviation durable note qu’avoir besoin de moins d’énergie pour voler signifie consommer moins de carburant ou, pour les avions électriques, moins d’électricité produite ailleurs, ce qui réduit les émissions sur tout le cycle de vie, pendant toute la durée d’utilisation de l’avion.

La montée est la phase la plus gourmande en énergie d’un vol court. La puissance spécifique excédentaire montre pourquoi : chaque kilogramme gagné et chaque newton de traînée supprimé augmentent la vitesse ascensionnelle et raccourcissent la phase à forte poussée.

Sur Saving Planets : Dynamique · Solutions

Sources : NASA: Sustainable Aviation

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Unité 5 · Semaine 6

Le vol plané

Les forces en vol plané sans moteur, l’angle de plané et la finesse, la distance parcourue depuis une hauteur donnée, le taux de chute et la chute minimale, l’effet du poids et du vent, et la préparation d’une panne moteur.

Objectifs d’apprentissage

À la fin de cette unité, vous saurez :

  • Relier l’angle de plané à L/D.
  • Trouver la distance de plané depuis une hauteur.
  • Calculer le taux de chute.
  • Expliquer les effets du poids et du vent.

Notions clés

  • En plané stabilisé, la poussée est nulle : D = W sin γ et L = W cos γ, donc tan γ = D/L = 1/(L/D).
  • La distance de plané depuis une hauteur h est d = h(L/D). Le plané le plus plat s’obtient à (L/D)max, donc à V_md.
  • Taux de chute V_s = V sin γ ≈ V/(L/D). La chute minimale a lieu à la vitesse de puissance minimale V_mp, la meilleure pour rester en l’air le plus longtemps.
  • Le poids ne change pas la meilleure finesse, seulement la vitesse à laquelle elle est atteinte (un planeur plus lourd vole plus vite au même angle). Le vent de face raccourcit la distance sol ; le vent arrière l’allonge.
  • La NASA note que les frères Wright mesuraient les performances de leurs planeurs en volant parallèlement à la pente d’une dune, de sorte que l’angle de plané égalait la pente de la colline.

Équations clés

tan⁡γ=1L/D\tan\gamma=\frac{1}{L/D}
Angle de plané
d=h (L/D)d=h\,(L/D)
Distance de plané
Vs≈VL/DV_s\approx\frac{V}{L/D}
Taux de chute
D=Wsin⁡γD=W\sin\gamma
Équilibre des forces en plané

Exemples résolus pas à pas

Exemple 5.1 L’avion de ligne d’exemple perd tous ses moteurs à 10 km. Quelle distance peut-il parcourir en plané à (L/D)max = 16.67 en air calme ?

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  1. d = 10,000 × 16.67.

Réponse : d = 166.7 km.

Exemple 5.2 Un planeur de finesse L/D = 40 est à 1000 m de haut. Trouvez sa distance et son angle de plané.

Afficher les étapes
  1. d = 1000 × 40 = 40 km.
  2. γ = arctan(1/40).

Réponse : 40 km à 1.43°.

Exemple 5.3 Trouvez le taux de chute du planeur à 30 m/s.

Afficher les étapes
  1. V_s = 30/40.

Réponse : 0.75 m/s.

Exercices

Faites chacun d’abord sur papier, puis vérifiez.

  1. Trouvez le taux de chute à 25 m/s avec L/D = 35.

    Afficher la réponse

    25/35 = 0.714 m/s.

  2. Ajouter du ballast d’eau change-t-il la meilleure finesse ?

    Afficher la réponse

    Non, seulement la vitesse de meilleure finesse.

  3. Planer le plus longtemps ou le plus loin : quelle vitesse pour quoi ?

    Afficher la réponse

    V_mp pour la durée, V_md pour la distance.

  4. Angle de plané avec L/D = 10 ?

    Afficher la réponse

    arctan(0.1) = 5.71°.

Idées reçues fréquentes

  • Idée reçue : Les planeurs plus lourds planent moins loin.

    En réalité : Même distance en air calme, simplement plus vite.

  • Idée reçue : Cabrer pour allonger un plané.

    En réalité : En dessous de la vitesse de meilleure finesse, le plané devient plus pentu.

  • Idée reçue : Chute minimale et meilleure finesse correspondent à la même vitesse.

    En réalité : La chute minimale est plus lente.

Cartes mémoire

  • Angle de plané

    tan γ = 1/(L/D).

  • Distance de plané

    h(L/D).

  • Taux de chute

    V/(L/D).

  • Meilleure finesse

    At V_md.

  • Chute minimale

    At V_mp.

  • Poids

    Change la vitesse, pas la finesse.

Quiz d’autocontrôle

1. tan γ en plané vaut…

Afficher la réponse

D/L. Équilibre des forces.

2. La meilleure distance de plané est obtenue à…

Afficher la réponse

(L/D)max. L’angle le plus faible.

3. Le plus long temps en l’air est obtenu à…

Afficher la réponse

V_mp. Chute minimale.

4. Un poids supplémentaire change…

Afficher la réponse

la vitesse de meilleure finesse. Vitesse ∝ √W.

Comment cela aide à sauver la planète

Le Beginner’s Guide de la NASA explique que plus l’angle de plané est faible, plus un avion peut aller loin pour une perte d’altitude donnée : l’angle de plané mesure donc l’efficacité en vol. Les frères Wright ont utilisé des planeurs entre 1900 et 1902 pour apprendre l’aérodynamique et le pilotage avant le vol motorisé.

La finesse de plané n’est autre que L/D, le même nombre qui fixe la consommation en croisière. Un avion qui plane bien consomme aussi moins en croisière.

Sur Saving Planets : Introduction à l’ingénierie aérospatiale · Aérodynamique I

Sources : NASA Glenn Beginner’s Guide: Glide angle

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Unité 6 · Semaines 7–8

Distance franchissable et autonomie : les équations de Breguet

Consommation spécifique des réacteurs et des moteurs à hélice, fractions de masse de carburant, équations de Breguet pour la distance franchissable et l’autonomie, vitesses de meilleure distance et de meilleure autonomie, croisière ascendante, compromis charge utile–distance et réserves.

Objectifs d’apprentissage

À la fin de cette unité, vous saurez :

  • Utiliser la consommation spécifique rapportée à la poussée et à la puissance.
  • Appliquer l’équation de Breguet aux avions à réaction et à hélice.
  • Calculer l’autonomie.
  • Identifier les modifications de conception qui augmentent la distance franchissable.

Notions clés

  • La consommation spécifique c d’un réacteur est le poids de carburant brûlé par unité de poussée et par unité de temps (1/s). La consommation spécifique d’un moteur à pistons ou d’un turbopropulseur est le carburant par unité de puissance et par unité de temps.
  • L’intégration de dW/dt = −cT avec T = W/(L/D) à V et L/D constants donne la distance de Breguet des réacteurs : R = (V/c)(L/D) ln(W_i/W_f).
  • Pour les avions à hélice, avec un rendement d’hélice η et une consommation spécifique c_p (1/m) : R = (η/c_p)(L/D) ln(W_i/W_f). L’autonomie d’un réacteur vaut E = (1/c)(L/D) ln(W_i/W_f).
  • La distance franchissable dépend de trois groupes : l’efficacité du moteur (V/c ou η/c_p), l’aérodynamique (L/D) et la structure (le rapport des poids). C’est pourquoi cette équation guide presque toutes les améliorations des avions.
  • Les avions à réaction volent pour la meilleure distance un peu plus vite que V_md (en maximisant V·L/D) et pour la meilleure autonomie à V_md. Les avions à hélice volent pour la distance à V_md et pour l’autonomie à V_mp.

Équations clés

R=VcLDln⁡WiWfR=\frac{V}{c}\frac{L}{D}\ln\frac{W_i}{W_f}
Distance de Breguet, réacteur
R=ηcpLDln⁡WiWfR=\frac{\eta}{c_p}\frac{L}{D}\ln\frac{W_i}{W_f}
Distance de Breguet, hélice
E=1cLDln⁡WiWfE=\frac{1}{c}\frac{L}{D}\ln\frac{W_i}{W_f}
Autonomie, réacteur
cp=SFC⋅g3.6×106c_p=\frac{\text{SFC}\cdot g}{3.6\times10^6}
SFC de kg/kWh en 1/m

Exemples résolus pas à pas

Exemple 6.1 Un avion à réaction croise à 230 m/s avec c = 0.6 par heure et L/D = 16, en brûlant un carburant égal à 25 % de son poids initial (W_f/W_i = 0.75). Trouvez la distance franchissable.

Afficher les étapes
  1. c = 0.6/3600 = 1.667 × 10⁻⁴ s⁻¹.
  2. ln(1/0.75) = 0.2877.
  3. R = (230/1.667 × 10⁻⁴) × 16 × 0.2877.

Réponse : R = 6352 km.

Exemple 6.2 Trouvez l’autonomie du même avion.

Afficher les étapes
  1. E = (1/1.667 × 10⁻⁴) × 16 × 0.2877 = 27,618 s.

Réponse : E = 7.67 h.

Exemple 6.3 Un turbopropulseur a η = 0.8, SFC = 0.3 kg/kWh, L/D = 15 et brûle 15 % de son poids (W_f/W_i = 0.85). Trouvez la distance franchissable.

Afficher les étapes
  1. c_p = 0.3 × 9.81/3.6 × 10⁶ = 8.175 × 10⁻⁷ m⁻¹.
  2. ln(1/0.85) = 0.1625.
  3. R = (0.8/8.175 × 10⁻⁷) × 15 × 0.1625.

Réponse : R = 2386 km.

Exercices

Faites chacun d’abord sur papier, puis vérifiez.

  1. Portez L/D de 16 à 18 dans l’exemple du réacteur. Nouvelle distance ?

    Afficher la réponse

    7146 km (12.5 % de plus).

  2. Brûlez 30 % du poids au lieu de 25 %. Distance ?

    Afficher la réponse

    ln(1/0.7) = 0.3567: 7875 km.

  3. Quel terme une aile à écoulement laminaire améliore-t-elle ?

    Afficher la réponse

    L/D.

  4. Quel terme une structure plus légère améliore-t-elle ?

    Afficher la réponse

    Le rapport des poids.

Idées reçues fréquentes

  • Idée reçue : La distance franchissable est proportionnelle au carburant emporté.

    En réalité : Elle croît avec le logarithme du rapport des poids.

  • Idée reçue : La meilleure distance et la meilleure autonomie correspondent à la même vitesse.

    En réalité : L’autonomie se vole plus lentement.

  • Idée reçue : Breguet exige une altitude constante.

    En réalité : Elle suppose V et L/D constants, ce qui implique une lente croisière ascendante.

Cartes mémoire

  • TSFC

    Poids de carburant par unité de poussée et de temps.

  • Breguet réacteur

    (V/c)(L/D) ln(W_i/W_f).

  • Breguet hélice

    (η/c_p)(L/D) ln(W_i/W_f).

  • Endurance

    (1/c)(L/D) ln(W_i/W_f).

  • Trois leviers

    Moteur, aérodynamique, structure.

  • Croisière ascendante

    V et L/D constants à mesure que le carburant brûle.

Quiz d’autocontrôle

1. La distance d’un réacteur est proportionnelle à…

Afficher la réponse

V(L/D)/c. Breguet.

2. Le terme de poids dans Breguet est…

Afficher la réponse

ln(W_i/W_f). Intégration de dW/W.

3. L’autonomie d’un réacteur est maximale à…

Afficher la réponse

V_md. Traînée minimale = débit de carburant minimal.

4. La distance d’un avion à hélice est maximale à…

Afficher la réponse

V_md. (L/D)max.

Comment cela aide à sauver la planète

La NASA et GE Aerospace ont testé en décembre 2025 un moteur à réaction hybride électrique intégré, un GE Passport modifié, sur le site Peebles Test Operation de GE Aerospace dans l’Ohio. Le projet Hybrid Thermally Efficient Core (HyTEC) de la NASA vise un moteur hybride brûlant jusqu’à 10 % de carburant de moins que les meilleurs moteurs actuels.

En termes de Breguet, une consommation inférieure de 10 % signifie un c plus petit : le même vol avec moins de carburant, ou un vol plus long avec le même carburant. Le terme moteur, le terme aérodynamique et le terme structure donnent chacun un levier aux ingénieurs.

Sur Saving Planets : Thermodynamique · Solutions

Sources : NASA: NASA, GE Aerospace Hybrid Engine System Marks Successful Test (Jan. 26, 2026)

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Unité 7 · Semaines 9–10

Performances au décollage

La vitesse de décrochage et C_Lmax, les dispositifs hypersustentateurs, le roulement au décollage, la vitesse de décollage, l’effet du poids, de l’altitude-densité, du vent et de la pente de piste, le segment aérien au-dessus d’un obstacle, et la longueur de piste équilibrée.

Objectifs d’apprentissage

À la fin de cette unité, vous saurez :

  • Trouver les vitesses de décrochage et de décollage.
  • Estimer le roulement au décollage.
  • Montrer comment le poids et l’altitude-densité allongent le décollage.
  • Expliquer la longueur de piste équilibrée.

Notions clés

  • La vitesse de décrochage est la plus faible vitesse de vol stabilisé : V_s = √(2W/(ρSC_Lmax)). Les volets et les becs augmentent C_Lmax au décollage et à l’atterrissage.
  • La vitesse de décollage vaut typiquement V_LOF ≈ 1.2V_s, ce qui donne une marge au-dessus du décrochage.
  • Avec une poussée bien supérieure à la traînée et au frottement, le roulement au sol vaut environ s_g ≈ 1.44W²/(gρSC_LmaxT).
  • La distance de décollage croît donc à peu près comme W², et comme 1/ρ doublement pour les réacteurs (via V_s et via la baisse de poussée). Un vent de face de 10 kt raccourcit le roulement ; un vent arrière l’allonge beaucoup.
  • La longueur de piste équilibrée est celle pour laquelle, si un moteur tombe en panne à la vitesse de décision V₁, s’arrêter et continuer demandent la même distance.

Équations clés

Vs=2WρSCL,maxV_s=\sqrt{\frac{2W}{\rho SC_{L,max}}}
Vitesse de décrochage
VLOF≈1.2VsV_{LOF}\approx1.2V_s
Vitesse de décollage
sg≈1.44W2gρSCL,maxTs_g\approx\frac{1.44W^2}{g\rho SC_{L,max}T}
Roulement au sol
s2s1=(W2W1)2\frac{s_2}{s_1}=\left(\frac{W_2}{W_1}\right)^2
Effet du poids

Exemples résolus pas à pas

Exemple 7.1 L’avion de ligne d’exemple a C_Lmax = 2.4 avec les volets de décollage au niveau de la mer. Trouvez V_s et V_LOF.

Afficher les étapes
  1. V_s = √(2 × 588,600/(1.225 × 120 × 2.4)).
  2. V_LOF = 1.2 × 57.8.

Réponse : V_s = 57.8 m/s; V_LOF = 69.3 m/s.

Exemple 7.2 Estimez le roulement au sol avec 180 kN de poussée.

Afficher les étapes
  1. s_g = 1.44 × 588,600²/(9.81 × 1.225 × 120 × 2.4 × 180,000).

Réponse : s_g = 801 m.

Exemple 7.3 Recommencez sur un aéroport à 1500 m (ISA ρ = 1.058 kg/m³), à poussée égale.

Afficher les étapes
  1. s_g = 801 × 1.225/1.058.

Réponse : s_g = 927 m, 1.158 fois plus long (davantage avec la perte réelle de poussée).

Exercices

Faites chacun d’abord sur papier, puis vérifiez.

  1. L’avion est chargé à 70000 kg. Rapport des roulements au sol ?

    Afficher la réponse

    (70/60)² = 1.361.

  2. Rapport des vitesses de décrochage à 70000 kg ?

    Afficher la réponse

    √(70/60) = 1.080.

  3. Pourquoi les volets raccourcissent-ils le décollage ?

    Afficher la réponse

    C_Lmax plus élevé, V_s plus faible.

  4. Qu’est-ce que V₁ ?

    Afficher la réponse

    La vitesse de décision pour interrompre ou poursuivre le décollage.

Idées reçues fréquentes

  • Idée reçue : La distance de décollage est proportionnelle au poids.

    En réalité : Plutôt au carré du poids.

  • Idée reçue : Une journée chaude n’affecte que les moteurs.

    En réalité : Elle réduit aussi la portance à une vitesse donnée.

  • Idée reçue : Le décollage a lieu à la vitesse de décrochage.

    En réalité : Avec une marge au-dessus du décrochage, environ 1.2V_s.

Cartes mémoire

  • Vitesse de décrochage

    √(2W/(ρSC_Lmax)).

  • V_LOF

    ≈ 1.2V_s.

  • Roulement au sol

    1.44W²/(gρSC_LmaxT).

  • Effet du poids

    ∝ W².

  • Altitude-densité

    Roulement plus long.

  • V₁

    Vitesse de décision.

Quiz d’autocontrôle

1. La vitesse de décrochage varie comme…

Afficher la réponse

√W. V_s ∝ √(W/ρ).

2. Le roulement au sol varie à peu près comme…

Afficher la réponse

W². s_g ∝ W²/(ρT).

3. Les volets augmentent…

Afficher la réponse

de C_Lmax. Dispositifs hypersustentateurs.

4. La longueur de piste équilibrée égalise…

Afficher la réponse

les distances d’arrêt et de poursuite. Définition.

Comment cela aide à sauver la planète

La maquette d’aile à haubans de la NASA et de Boeing comportait des becs, des volets et d’autres surfaces mobiles afin que l’équipe puisse la régler dans les configurations basse vitesse et forte portance du décollage et de l’atterrissage. La NASA note que la soufflerie pressurisée de QinetiQ sert à prédire le comportement des avions dans les conditions de décollage et d’atterrissage.

Une aile très efficace en croisière doit tout de même respecter les chiffres de décrochage et de piste de ce module ; c’est pourquoi les performances hypersustentatrices sont testées aussi tôt que la traînée de croisière.

Sur Saving Planets : Aérodynamique I · Statique

Sources : NASA: NASA, Boeing Advance Truss-Braced Wing Research in Test (Apr. 29, 2026)

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Unité 8 · Semaine 11

Performances à l’atterrissage

L’approche, l’arrondi et le roulement au sol, la vitesse d’approche, le freinage, les inverseurs de poussée et les déporteurs, l’état de la piste, l’estimation de la distance d’atterrissage et l’énergie à dissiper.

Objectifs d’apprentissage

À la fin de cette unité, vous saurez :

  • Trouver la vitesse d’approche à partir de la vitesse de décrochage.
  • Estimer le roulement à l’atterrissage à partir de la décélération.
  • Expliquer l’importance de l’état de la piste et des déporteurs.
  • Calculer l’énergie cinétique au toucher des roues.

Notions clés

  • L’atterrissage comporte trois segments : l’approche au-dessus d’un obstacle de 15 m (50 ft), l’arrondi et le roulement au sol.
  • La vitesse d’approche vaut typiquement V_app ≈ 1.3V_s en configuration d’atterrissage.
  • Avec une décélération moyenne a, le roulement au sol vaut s = V²/(2a). Les freins, les déporteurs (qui suppriment la portance pour que les roues puissent freiner) et les inverseurs de poussée augmentent tous a.
  • Les pistes mouillées ou verglacées réduisent le frottement et peuvent fortement allonger le roulement ; les abaques de performances donnent des corrections.
  • L’énergie cinétique au toucher des roues ½mV² doit être absorbée, surtout sous forme de chaleur dans les freins.

Équations clés

Vapp≈1.3VsV_{app}\approx1.3V_s
Vitesse d’approche
s=V22as=\frac{V^2}{2a}
Roulement au sol
Ek=12mV2E_k=\tfrac12mV^2
Énergie cinétique
a=μga=\mu g
Décélération de freinage idéale

Exemples résolus pas à pas

Exemple 8.1 Avec les volets d’atterrissage, C_Lmax = 2.8. Trouvez V_s et V_app pour l’avion de ligne d’exemple au niveau de la mer.

Afficher les étapes
  1. V_s = √(2 × 588,600/(1.225 × 120 × 2.8)) = 53.5 m/s.
  2. V_app = 1.3 × 53.5.

Réponse : V_s = 53.5 m/s ; V_app = 69.5 m/s.

Exemple 8.2 Estimez le roulement au sol depuis 69.5 m/s avec une décélération moyenne de 0.4g.

Afficher les étapes
  1. s = 69.5²/(2 × 0.4 × 9.81).

Réponse : s = 616 m.

Exemple 8.3 Trouvez l’énergie cinétique à 69.5 m/s.

Afficher les étapes
  1. E = ½ × 60,000 × 69.5².

Réponse : E = 145 MJ.

Exercices

Faites chacun d’abord sur papier, puis vérifiez.

  1. On divise la décélération par deux. Nouveau roulement au sol ?

    Afficher la réponse

    Il double : 1232 m.

  2. Pourquoi sortir les déporteurs au toucher des roues ?

    Afficher la réponse

    Ils suppriment la portance pour que les freins agissent.

  3. Approche 10 % trop rapide : variation du roulement ?

    Afficher la réponse

    1.1² = 1.21, soit 21 % de plus.

  4. Quelle est la hauteur de l’obstacle d’approche ?

    Afficher la réponse

    15 m (50 ft).

Idées reçues fréquentes

  • Idée reçue : La distance d’atterrissage se limite au roulement au sol.

    En réalité : Elle comprend l’approche et l’arrondi.

  • Idée reçue : Quelques nœuds de trop ne comptent pas.

    En réalité : Le roulement croît comme V².

  • Idée reçue : Les freins sont pleinement efficaces dès le toucher des roues.

    En réalité : Pas avant que la portance soit supprimée.

Cartes mémoire

  • V_app

    ≈ 1.3V_s.

  • Roulement au sol

    V²/(2a).

  • Déporteurs

    Supprimer la portance.

  • Inverseurs de poussée

    Décélération supplémentaire.

  • Piste mouillée

    Roulement plus long.

  • Énergie de freinage

    ½mV².

Quiz d’autocontrôle

1. V_app vaut environ…

Afficher la réponse

1.3V_s. Marge au-dessus du décrochage.

2. Le roulement au sol avec une décélération a vaut…

Afficher la réponse

V²/(2a). Cinématique.

3. Les déporteurs aident le freinage en…

Afficher la réponse

supprimant la portance. Plus de poids sur les roues.

4. Une approche 10 % plus rapide allonge le roulement de…

Afficher la réponse

21%. V².

Comment cela aide à sauver la planète

La NASA cite l’exploitation et les infrastructures parmi les trois grandes voies vers une aviation durable : consommer moins d’énergie au sol ou par le choix de la trajectoire réduit le carburant brûlé et fait économiser de l’argent.

L’approche et l’atterrissage en font partie. Une descente continue bien préparée et un atterrissage à la bonne vitesse consomment moins de carburant et moins d’énergie de freinage qu’une approche précipitée et rapide.

Sur Saving Planets : Dynamique · Solutions

Sources : NASA: Sustainable Aviation

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Unité 9 · Semaines 12–13

Le virage et le diagramme V-n

Les virages coordonnés en palier, l’inclinaison et le facteur de charge, le rayon et le taux de virage, la vitesse de décrochage en virage, la vitesse de manœuvre, le diagramme V-n avec les facteurs de charge limites et les charges de rafale, et les ressources.

Objectifs d’apprentissage

À la fin de cette unité, vous saurez :

  • Relier l’inclinaison au facteur de charge.
  • Calculer le rayon et le taux de virage.
  • Trouver la vitesse de décrochage en virage et la vitesse de manœuvre.
  • Lire un diagramme V-n.

Notions clés

  • En virage coordonné en palier, la portance s’incline avec l’angle d’inclinaison φ : L cos φ = W et L sin φ = mV²/R. Le facteur de charge vaut n = L/W = 1/cos φ.
  • Rayon de virage R = V²/(g√(n² − 1)) = V²/(g tan φ) ; taux de virage ω = V/R.
  • La vitesse de décrochage augmente avec le facteur de charge : V_s,turn = V_s√n. À 60° d’inclinaison, n = 2 et la vitesse de décrochage est 41 % plus élevée.
  • La vitesse de manœuvre V_A = V_s√n_limit est la vitesse à laquelle un braquage complet des gouvernes fait décrocher l’aile avant que la charge limite soit atteinte.
  • Le diagramme V-n trace le facteur de charge admissible en fonction de la vitesse : les courbes de décrochage le bornent à gauche, les facteurs de charge limites en haut et en bas, et la vitesse en piqué à droite. Les droites de rafale ajoutent les charges dues à la turbulence.

Équations clés

n=1cos⁡ϕn=\frac{1}{\cos\phi}
Facteur de charge en virage en palier
R=V2gtan⁡ϕR=\frac{V^2}{g\tan\phi}
Rayon de virage
ω=VR\omega=\frac{V}{R}
Taux de virage
Vs,n=VsnV_{s,n}=V_s\sqrt n
Vitesse de décrochage sous facteur de charge

Exemples résolus pas à pas

Exemple 9.1 Trouvez n, le rayon et le taux de virage à 100 m/s pour 30°, 45° et 60° d’inclinaison.

Afficher les étapes
  1. n = 1/cos φ = 1.155, 1.414, 2.00.
  2. R = 100²/(9.81 tan φ) = 1766 m, 1019 m, 589 m.
  3. ω = V/R.

Réponse : Taux de virage 3.25°/s, 5.62°/s et 9.74°/s.

Exemple 9.2 De combien la vitesse de décrochage augmente-t-elle à 30°, 45° et 60° d’inclinaison ?

Afficher les étapes
  1. √n = 1.075, 1.189, 1.414.

Réponse : 7.5 %, 18.9 % et 41.4 %.

Exemple 9.3 Un avion léger a V_s = 50 m/s et n_limit = 2.5. Trouvez V_A.

Afficher les étapes
  1. V_A = 50 × √2.5.

Réponse : V_A = 79.1 m/s.

Exercices

Faites chacun d’abord sur papier, puis vérifiez.

  1. Trouvez le rayon de virage à 60 m/s et 30° d’inclinaison.

    Afficher la réponse

    60²/(9.81 × tan 30°) = 636 m.

  2. Inclinaison pour n = 2 ?

    Afficher la réponse

    60°.

  3. Pourquoi les avions de ligne utilisent-ils environ 25–30° d’inclinaison ?

    Afficher la réponse

    Facteur de charge confortable, faible hausse de la vitesse de décrochage.

  4. Qu’est-ce qui borne la gauche du diagramme V-n ?

    Afficher la réponse

    La courbe de décrochage n = (V/V_s)².

Idées reçues fréquentes

  • Idée reçue : Une inclinaison plus forte donne un virage plus serré sans contrepartie.

    En réalité : Elle augmente le facteur de charge et la vitesse de décrochage.

  • Idée reçue : La vitesse de manœuvre est une vitesse de croisière maximale.

    En réalité : Elle protège contre les braquages complets des gouvernes.

  • Idée reçue : Le facteur de charge ne dépend que de la vitesse.

    En réalité : En virage en palier, il dépend de l’inclinaison.

Cartes mémoire

  • Facteur de charge

    n = L/W = 1/cos φ.

  • Rayon de virage

    V²/(g tan φ).

  • Taux de virage

    V/R.

  • Décrochage en virage

    V_s√n.

  • V_A

    V_s√n_limit.

  • Diagramme V-n

    Domaine de vol.

Quiz d’autocontrôle

1. Le facteur de charge à 60° d’inclinaison vaut…

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2. 1/cos 60°.

2. Le rayon de virage vaut…

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V²/(g tan φ). Équilibre centripète.

3. La vitesse de décrochage en virage est…

Afficher la réponse

V_s√n. Il faut plus de portance.

4. Le diagramme V-n montre…

Afficher la réponse

les charges admissibles en fonction de la vitesse. Domaine de vol.

Comment cela aide à sauver la planète

Pour les essais en vol CATNLF de 2026, la NASA a fixé verticalement une maquette d’aile à échelle réduite d’environ 3 pieds (40 pouces) sous un avion de recherche F-15B. Le premier vol, le 29 janvier 2026, a duré 75 minutes et a confirmé que l’avion pouvait manœuvrer en sécurité avec l’objet d’essai fixé.

La NASA indique que le premier vol portait sur l’ouverture du domaine de vol, avec des virages, des paliers stabilisés et de douces variations d’assiette entre environ 20000 et près de 34000 pieds, et qu’il était le premier d’au plus 15 vols prévus. Ouvrir un domaine de vol pas à pas, c’est le diagramme V-n de ce module mis en pratique.

Sur Saving Planets : Dynamique · Résistance des matériaux

Sources : NASA: NASA Completes First Flight of Laminar Flow Scaled Wing Design (Feb. 11, 2026)

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Unité 10 · Semaines 14–15

Performances des avions électriques, hybrides et à carburant durable

Distance franchissable des avions électriques à batteries, pourquoi le poids ne diminue pas quand les batteries se déchargent, énergie spécifique des batteries face au carburéacteur, moteurs hybrides électriques, carburant d’aviation durable, CO₂ issu de la combustion, et la mise en commun de tous les leviers de performance.

Objectifs d’apprentissage

À la fin de cette unité, vous saurez :

  • Établir l’équation de distance franchissable d’un avion électrique à batteries.
  • Comparer l’énergie spécifique des batteries et du carburéacteur.
  • Calculer le CO₂ issu du carburant brûlé.
  • Classer les technologies selon le terme de Breguet qu’elles améliorent.

Notions clés

  • Un avion électrique à batteries ne s’allège pas en vol, il n’y a donc pas de logarithme : R = (e_b η/g)(L/D)(m_b/m), avec l’énergie spécifique des batteries e_b (J/kg), le rendement global η et la fraction massique de batteries m_b/m.
  • Le carburéacteur contient environ 43 MJ/kg (environ 11900 Wh/kg, valeur de manuel). Des batteries d’environ 250 Wh/kg (valeur d’exemple) contiennent environ 48 fois moins par kilogramme, ce qui explique pourquoi les avions électriques actuels sont petits et à court rayon d’action.
  • Les moteurs hybrides électriques utilisent des moteurs électriques pour aider un réacteur à fonctionner plus efficacement, ce qui réduit la consommation spécifique c.
  • Brûler un kilogramme de carburéacteur produit environ 3.16 kg de CO₂ (valeur de manuel). Le carburant économisé grâce à une meilleure L/D, des structures plus légères ou de meilleurs moteurs réduit le CO₂ en proportion directe.
  • Le carburant d’aviation durable (SAF) a des propriétés proches du carburéacteur classique, il ne change donc pas les équations de performance ; il change l’origine du carbone.

Équations clés

R=ebηgLDmbmR=\frac{e_b\eta}{g}\frac{L}{D}\frac{m_b}{m}
Distance franchissable sur batteries
mCO2≈3.16 mfuelm_{CO_2}\approx3.16\,m_{fuel}
CO₂ du carburéacteur
efueleb=43 MJ/kgeb\frac{e_{fuel}}{e_b}=\frac{43\ \text{MJ/kg}}{e_b}
Rapport d’énergies spécifiques
R=VcLDln⁡WiWfR=\frac{V}{c}\frac{L}{D}\ln\frac{W_i}{W_f}
Breguet, pour comparaison

Exemples résolus pas à pas

Exemple 10.1 Un avion électrique a des batteries de 250 Wh/kg (valeur d’exemple), η = 0.8, L/D = 15 et une fraction de batteries de 30 %. Trouvez sa distance franchissable.

Afficher les étapes
  1. e_b = 250 × 3600 = 900,000 J/kg.
  2. R = (900,000 × 0.8/9.81) × 15 × 0.3.

Réponse : R = 330 km.

Exemple 10.2 Combien d’énergie de plus par kilogramme contient le carburéacteur ?

Afficher les étapes
  1. 43 × 10⁶/3600 = 11,944 Wh/kg.
  2. 11,944/250.

Réponse : Environ 47.8 fois.

Exemple 10.3 Quelle quantité de CO₂ produit la combustion de 1000 kg de carburéacteur ?

Afficher les étapes
  1. 3.16 × 1000.

Réponse : 3160 kg.

Exercices

Faites chacun d’abord sur papier, puis vérifiez.

  1. Refaites le calcul de distance électrique avec des cellules de 400 Wh/kg.

    Afficher la réponse

    528 km.

  2. Un avion brûle 2500 kg de carburant par heure. CO₂ par heure ?

    Afficher la réponse

    7900 kg.

  3. Quel terme de Breguet un moteur hybride améliore-t-il ?

    Afficher la réponse

    c, la consommation de carburant.

  4. Pourquoi n’y a-t-il pas de logarithme dans l’équation de distance sur batteries ?

    Afficher la réponse

    La masse reste constante.

Idées reçues fréquentes

  • Idée reçue : Les avions électriques s’allègent en vol.

    En réalité : La masse des batteries reste la même.

  • Idée reçue : Le SAF exige de nouveaux moteurs.

    En réalité : Il est conçu pour fonctionner dans les avions existants.

  • Idée reçue : Seuls les moteurs comptent pour les émissions.

    En réalité : L’aérodynamique, le poids et l’exploitation comptent tous.

Cartes mémoire

  • Distance électrique

    (e_bη/g)(L/D)(m_b/m).

  • Carburéacteur

    ≈ 43 MJ/kg.

  • Batterie

    ≈ 250 Wh/kg (exemple).

  • CO₂

    ≈ 3.16 kg par kg de carburant.

  • Moteur hybride

    Réduit c.

  • SAF

    Carburant compatible issu de la biomasse et des déchets.

Quiz d’autocontrôle

1. La distance sur batteries est proportionnelle à…

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e_b(L/D)(m_b/m). Masse constante.

2. Par rapport à une batterie de 250 Wh/kg, le carburéacteur contient environ…

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48×. 11,944/250.

3. Le CO₂ par kg de carburéacteur vaut environ…

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3.16 kg. Carbone plus oxygène.

4. Le SAF change…

Afficher la réponse

l’origine du carbone. Propriétés de carburant similaires.

Comment cela aide à sauver la planète

Le DOE indique que le carburant d’aviation durable fabriqué à partir de biomasse et de déchets peut offrir des performances semblables à celles du carburéacteur pétrolier. Le Billion-Ton Report 2023 du DOE a conclu que les États-Unis pourraient tripler leur production de biomasse à plus de 1 milliard de tonnes par an, produisant environ 60 milliards de gallons de biocarburants liquides, assez de matière première pour couvrir la demande de carburant prévue de l’aviation américaine.

La NASA note que le SAF ne libère pas de nouveau CO₂ dans l’environnement et qu’il réduit les traînées de condensation qui peuvent piéger la chaleur dans l’atmosphère terrestre. La NASA estime aussi qu’avec la flotte et l’efficacité actuelles, le trafic aérien mondial en 2050 nécessiterait plus de 620 mégatonnes de carburant et produirait près de 2000 mégatonnes de CO₂ ; les États-Unis se sont engagés à atteindre zéro émission nette de gaz à effet de serre pour l’aviation américaine d’ici 2050.

Sur Saving Planets : Solutions · Thermodynamique

Sources : U.S. DOE: Sustainable Aviation Fuels · NASA: Sustainable Aviation

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Le laboratoire (Flight performance lab)

Le labo est la partie pratique du cours. Ici, il est gratuit et sert uniquement à s’entraîner, sans crédits.

Chaque TP peut se faire dans une simulation gratuite, avec un tableur, ou avec du papier et un mètre ruban. Ne lancez les planeurs en papier que dans un espace dégagé, loin des visages, des escaliers et de la circulation, et gardez les passages libres de tout obstacle.

Référence de sécurité : OSHA: Walking-working surfaces (slip, trip and fall hazards)

TP A : Construire un calculateur d’atmosphère standard

Semaine 1

Objectif : Construire un tableur de la température, de la masse volumique et de la vitesse du son ISA du niveau de la mer à 11 km.

T=T0−0.0065h,  ρ=ρ0(T/T0)4.26,  a=γRTT=T_0-0.0065h,\ \ \rho=\rho_0(T/T_0)^{4.26},\ \ a=\sqrt{\gamma RT}
Modèle de la troposphère

Mode opératoire

  1. Créez une colonne d’altitudes tous les 500 m de 0 à 11000 m.
  2. Calculez T, puis ρ avec l’exposant 9.81/(0.0065 × 287) − 1.
  3. Calculez a = √(1.4 × 287 × T).
  4. Tracez ρ et a en fonction de l’altitude et comparez avec les valeurs du module 1.

Tableau de données

Altitude (m)T (K)ρ (kg/m³)a (m/s)
0288.151.225340.3
3000268.650.909328.5
5000255.650.736320.5
11,000216.650.364295.0

Valeurs ISA calculées.

Exemple de calcul

  1. ρ(3000) = 1.225 × (268.65/288.15)^4.26 = 0.909 kg/m³.
  2. a(5000) = √(1.4 × 287 × 255.65) = 320.5 m/s.

Sécurité

  • Ordinateur uniquement.

Alternative à la maison ou virtuelle

  • N’importe quel tableur convient.

NASA Glenn: Dynamic pressure · MIT OpenCourseWare 16.01–16.04 Unified Engineering (2005–2006)

Lien avec la planète : L’EIA indique que le carburéacteur représentait 13 % de l’énergie consommée par les transports aux États-Unis en 2025. U.S. EIA: Use of energy for transportation

TP B : Finesse d’un planeur en papier

Semaine 6

Objectif : Mesurer la finesse d’un planeur en papier à partir de sa hauteur de lâcher et de sa distance de vol, et trouver son angle de plané et son taux de chute.

LD=dh,  γ=arctan⁡hd\frac LD=\frac dh,\ \ \gamma=\arctan\frac hd
Finesse et angle de plané

Mode opératoire

  1. Pliez un planeur simple en papier d’imprimante ; ajoutez un trombone au nez pour le centrer.
  2. Dans un espace dégagé, lâchez-le doucement (sans le lancer) depuis une hauteur mesurée, environ 1.5 m.
  3. Mesurez le point d’atterrissage et chronométrez le vol ; recommencez cinq fois et faites la moyenne.
  4. Déplacez le trombone et observez comment la finesse change.

Tableau de données

GrandeurValeur
Hauteur de lâcher1.5 m
Distance parcourue6.0 m
Finesse de plané4.0
Angle de plané14.0°
Durée du vol2.0 s
Vitesse moyenne3.09 m/s

Valeurs d’exemple ; les vrais planeurs en papier ont une L/D bien plus faible que les planeurs de vol à voile.

Exemple de calcul

  1. L/D = 6.0/1.5 = 4.0 ; γ = arctan(1.5/6.0) = 14.0°.
  2. Vitesse le long de la trajectoire = √(6² + 1.5²)/2.0 = 3.09 m/s ; taux de chute = 1.5/2.0 = 0.75 m/s.

Sécurité

  • Ne faites voler que dans un espace dégagé, jamais vers le visage de quelqu’un ; gardez les passages libres.
  • Ne montez pas sur une chaise ou un escalier pour lancer ; utilisez votre hauteur debout.

Alternative à la maison ou virtuelle

  • C’est un TP à la maison.

NASA Glenn Beginner’s Guide: Glide angle · PhET : Projectile Motion

Lien avec la planète : La NASA note que les frères Wright ont étudié les planeurs de 1900 à 1902 et utilisé l’angle de plané pour mesurer les performances. NASA Glenn Beginner’s Guide: Glide angle

TP C : Mesurer une polaire de traînée dans FoilSim

Semaine 2

Objectif : Relever les coefficients de portance et de traînée à plusieurs angles d’attaque, ajuster une polaire parabolique et trouver (L/D)max.

CD=CD0+KCL2C_D=C_{D0}+KC_L^2
Polaire de traînée parabolique

Mode opératoire

  1. Ouvrez NASA FoilSim et choisissez une forme d’aile et une vitesse.
  2. Notez C_L et C_D à cinq angles d’attaque.
  3. Tracez C_D en fonction de C_L² et ajustez une droite : l’ordonnée à l’origine est C_D0 et la pente est K.
  4. Calculez (L/D)max = 1/(2√(KC_D0)).

Tableau de données

C_LC_DL/D
0.20.02189.17
0.60.036216.6
1.00.065015.4

Valeurs d’exemple générées à partir de la polaire du cours (C_D0 = 0.020, K = 0.045) ; vos chiffres FoilSim seront différents.

Exemple de calcul

  1. C_D(0.6) = 0.020 + 0.045 × 0.36 = 0.0362.
  2. (L/D)max = 1/(2√(0.045 × 0.020)) = 16.67 à C_L = 0.667.

Sécurité

  • Ordinateur uniquement.

Alternative à la maison ou virtuelle

  • N’importe quel navigateur convient.

NASA Glenn : FoilSim · NASA Glenn: Induced drag coefficient

Lien avec la planète : L’aile CATNLF de la NASA vise à maintenir un écoulement laminaire sur les ailes en flèche, ce qui réduit C_D0. NASA: NASA Tests Technology Offering Potential Fuel Savings for Commercial Aviation (Jan. 21, 2026)

TP D : Étude de compromis sur la distance de Breguet

Semaine 8

Objectif : Utiliser un tableur pour voir comment L/D, la consommation et la fraction de carburant modifient la distance franchissable d’un avion à réaction.

R=VcLDln⁡WiWfR=\frac{V}{c}\frac{L}{D}\ln\frac{W_i}{W_f}
Distance de Breguet

Mode opératoire

  1. Saisissez V = 230 m/s, c = 0.6 par heure et W_f/W_i = 0.75.
  2. Calculez la distance pour L/D = 14, 16 et 18.
  3. Réduisez ensuite c de 10 % et comparez.
  4. Classez les modifications par kilomètres gagnés.

Tableau de données

L/DDistance (km)
145558
166352
187146

Valeurs calculées pour un avion à réaction d’exemple.

Exemple de calcul

  1. R(14) = (230/1.667 × 10⁻⁴) × 14 × 0.2877 = 5558 km.
  2. Réduire c de 10 % multiplie la distance par 1/0.9 = 1.111.

Sécurité

  • Ordinateur uniquement.

Alternative à la maison ou virtuelle

  • N’importe quel tableur convient.

MIT OpenCourseWare 16.01–16.04 Unified Engineering (2005–2006)

Lien avec la planète : Le projet HyTEC de la NASA vise un moteur hybride brûlant jusqu’à 10 % de carburant de moins que les meilleurs moteurs actuels. NASA: NASA, GE Aerospace Hybrid Engine System Marks Successful Test (Jan. 26, 2026)

TP E : Distance de décollage et altitude-densité

Semaine 10

Objectif : Calculer comment le roulement au décollage augmente avec l’altitude de l’aéroport et le poids de l’avion.

sg≈1.44W2gρSCL,maxTs_g\approx\frac{1.44W^2}{g\rho SC_{L,max}T}
Roulement au sol

Mode opératoire

  1. Utilisez l’avion de ligne d’exemple : W = 588.6 kN, S = 120 m², C_Lmax = 2.4, T = 180 kN.
  2. Calculez s_g pour les masses volumiques ISA à 0, 1500 et 3000 m, à poussée constante.
  3. Recommencez à 70000 kg.
  4. Expliquez pourquoi les vrais avions à réaction perdent encore plus, car la poussée diminue aussi.

Tableau de données

Altitude (m)ρ (kg/m³)Roulement au sol (m)
01.225801
15001.058927
30000.9091079

Valeurs calculées à poussée constante (une simplification).

Exemple de calcul

  1. s_g(0) = 1.44 × 588,600²/(9.81 × 1.225 × 120 × 2.4 × 180,000) = 801 m.
  2. s_g(3000) = 801 × 1.225/0.909 = 1079 m.

Sécurité

  • Ordinateur uniquement.

Alternative à la maison ou virtuelle

  • N’importe quel tableur convient.

FAA PHAK Chapter 11: Aircraft Performance (PDF) · FAA Airplane Flying Handbook

Lien avec la planète : La NASA note que les maquettes d’aile à haubans sont testées dans les configurations hypersustentatrices de décollage et d’atterrissage. NASA: NASA, Boeing Advance Truss-Braced Wing Research in Test (Apr. 29, 2026)

TP F : Tableau des performances en virage

Semaine 13

Objectif : Construire un tableau du facteur de charge, du rayon de virage et de la hausse de la vitesse de décrochage en fonction de l’inclinaison.

n=1cos⁡ϕ,  R=V2gtan⁡ϕn=\frac{1}{\cos\phi},\ \ R=\frac{V^2}{g\tan\phi}
Relations du virage en palier

Mode opératoire

  1. Posez V = 100 m/s.
  2. Calculez n et R pour des inclinaisons de 15° à 60°.
  3. Ajoutez √n pour la hausse de la vitesse de décrochage.
  4. Repérez l’inclinaison à laquelle la vitesse de décrochage augmente de 10 %.

Tableau de données

InclinaisonnR (m)
15°1.0353804
30°1.1551766
45°1.4141019
60°2.000589

Valeurs calculées.

Exemple de calcul

  1. R(15°) = 100²/(9.81 × tan 15°) = 3804 m.
  2. n(60°) = 1/cos 60° = 2.000.

Sécurité

  • Ordinateur uniquement.

Alternative à la maison ou virtuelle

  • N’importe quel tableur convient.

FAA Airplane Flying Handbook

Lien avec la planète : Le premier vol CATNLF de la NASA comprenait des virages et des paliers d’environ 20000 à près de 34000 pieds. NASA: NASA Completes First Flight of Laminar Flow Scaled Wing Design (Feb. 11, 2026)

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Séries d’entraînement aux examens

Chronométrez-vous : environ 10 minutes par problème. Comparez ensuite avec les solutions complètes.

Série d’exercices de mi-parcours (unités 1–5)

  1. Trouvez la température ISA à 2000 m.

    Afficher la solution complète
    1. 288.15 − 0.0065 × 2000.

    Réponse : 275.15 K.

  2. Trouvez la masse volumique ISA à 2000 m.

    Afficher la solution complète
    1. 1.225 × (275.15/288.15)^4.26.

    Réponse : 1.006 kg/m³.

  3. Trouvez (L/D)max pour C_D0 = 0.025 et K = 0.040.

    Afficher la solution complète
    1. 1/(2√(0.04 × 0.025)).

    Réponse : 15.81.

  4. Un avion pesant 500 kN dispose de 50 kN d’excédent de poussée à 120 m/s. Trouvez la vitesse ascensionnelle.

    Afficher la solution complète
    1. 50,000 × 120/500,000.

    Réponse : 12.0 m/s.

  5. Quelle distance un avion de finesse L/D = 12 peut-il parcourir en plané depuis 2000 m ?

    Afficher la solution complète
    1. 2000 × 12.

    Réponse : 24 km.

Série d’entraînement finale (toutes les unités)

  1. Trouvez la distance franchissable d’un avion à réaction avec V = 240 m/s, c = 0.55 par heure, L/D = 17 et W_f/W_i = 0.8.

    Afficher la solution complète
    1. (240/(0.55/3600)) × 17 × ln 1.25.

    Réponse : 5959 km.

  2. Trouvez la vitesse de décrochage au niveau de la mer pour W = 100 kN, S = 30 m², C_Lmax = 1.8.

    Afficher la solution complète
    1. √(2 × 100,000/(1.225 × 30 × 1.8)).

    Réponse : 55.0 m/s.

  3. Le poids au décollage augmente de 20 %. Rapport des roulements au sol ?

    Afficher la solution complète
    1. 1.2².

    Réponse : 1.44.

  4. Trouvez le roulement à l’atterrissage depuis 60 m/s à 3 m/s².

    Afficher la solution complète
    1. 60²/(2 × 3).

    Réponse : 600 m.

  5. Trouvez le rayon de virage à 80 m/s et 45° d’inclinaison.

    Afficher la solution complète
    1. 80²/(9.81 × tan 45°).

    Réponse : 652 m.

  6. Trouvez la distance franchissable d’un avion électrique avec 300 Wh/kg, η = 0.85, L/D = 18 et une fraction de batteries de 35 %.

    Afficher la solution complète
    1. (300 × 3600 × 0.85/9.81) × 18 × 0.35.

    Réponse : 590 km.

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Fiche de formules

T=T0−0.0065h, ρ/ρ0=(T/T0)4.26, a=γRTT=T_0-0.0065h,\ \rho/\rho_0=(T/T_0)^{4.26},\ a=\sqrt{\gamma RT}
L=W=12ρV2SCL, CD=CD0+KCL2, K=1/(πeAR)L=W=\tfrac12\rho V^2SC_L,\ C_D=C_{D0}+KC_L^2,\ K=1/(\pi eAR)
(L/D)max=1/(2KCD0), CL∗=CD0/K(L/D)_{max}=1/(2\sqrt{KC_{D0}}),\ C_L^*=\sqrt{C_{D0}/K}
Vmd=2W/(ρS)(K/CD0)1/4, Vmp=Vmd/31/4V_{md}=\sqrt{2W/(\rho S)}(K/C_{D0})^{1/4},\ V_{mp}=V_{md}/3^{1/4}
sin⁡γ=(T−D)/W, RC=(T−D)V/W\sin\gamma=(T-D)/W,\ RC=(T-D)V/W
tan⁡γglide=1/(L/D), d=h(L/D)\tan\gamma_{glide}=1/(L/D),\ d=h(L/D)
R=(V/c)(L/D)ln⁡(Wi/Wf), E=(1/c)(L/D)ln⁡(Wi/Wf)R=(V/c)(L/D)\ln(W_i/W_f),\ E=(1/c)(L/D)\ln(W_i/W_f)
Vs=2W/(ρSCL,max), sg≈1.44W2/(gρSCL,maxT)V_s=\sqrt{2W/(\rho SC_{L,max})},\ s_g\approx1.44W^2/(g\rho SC_{L,max}T)
s=V2/(2a), Vapp≈1.3Vss=V^2/(2a),\ V_{app}\approx1.3V_s
n=1/cos⁡ϕ, R=V2/(gtan⁡ϕ), VA=Vsnlimn=1/\cos\phi,\ R=V^2/(g\tan\phi),\ V_A=V_s\sqrt{n_{lim}}
Relec=(ebη/g)(L/D)(mb/m)R_{elec}=(e_b\eta/g)(L/D)(m_b/m)

Constantes

ConstanteValeur
Atmosphère type internationale, niveau de la mer (valeurs de manuel)ρ₀ = 1.225 kg/m³, T₀ = 288.15 K, p₀ = 101325 Pa, gradient thermique 0.0065 K/m jusqu’à 11 km
AirR = 287 J/(kg·K), γ = 1.4
La gravitég = 9.81 m/s²
Avion de ligne d’exemple utilisé dans tout le cours (valeurs d’exemple)m = 60,000 kg, W = 588.6 kN, S = 120 m², C_D0 = 0.020, K = 0.045
Carburéacteur (valeurs de manuel)environ 43 MJ/kg ; environ 3.16 kg de CO₂ par kg brûlé
1 m/s196.85 ft/min

Source : NIST Guide to the SI, Appendix B.9: conversion factors

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Glossaire

Plafond absolu
Altitude où la vitesse ascensionnelle maximale est nulle.
Longueur de piste équilibrée
Longueur de piste pour laquelle s’arrêter et continuer après une panne moteur demandent la même distance.
Équation de Breguet
Distance franchissable ou autonomie à partir de l’efficacité du moteur, de L/D et du rapport des poids.
Altitude-densité
Altitude ISA ayant la même masse volumique que l’air réel.
Polaire de traînée
Relation entre les coefficients de traînée et de portance.
Vitesse équivalente
Vitesse vraie multipliée par √σ.
Finesse de plané
Distance horizontale par unité de hauteur perdue ; égale à L/D.
Traînée induite
Traînée due à la production de portance.
Facteur de charge
Portance divisée par le poids.
Vitesse de manœuvre
Vitesse à laquelle un braquage complet des gouvernes fait décrocher l’aile avant la charge limite.
Traînée parasite
Traînée qui n’est pas due à la portance.
Taux de montée
Vitesse verticale en montée.
Plafond pratique
Altitude où la vitesse ascensionnelle maximale vaut 0.5 m/s.
Puissance spécifique excédentaire
Excédent de puissance par unité de poids.
Consommation spécifique
Carburant consommé par unité de poussée ou de puissance et par unité de temps.
Vitesse de décrochage
Plus faible vitesse de vol stabilisé, à C_Lmax.
Atmosphère standard
Modèle de référence de la température, de la pression et de la masse volumique en fonction de l’altitude.
Carburant d’aviation durable
Carburéacteur produit à partir de biomasse et de déchets.
Diagramme V-n
Facteur de charge admissible en fonction de la vitesse.
Charge alaire
Poids divisé par la surface alaire.

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Grille d’autoévaluation

Aucune note ni aucun crédit ne sont attribués. Utilisez cette grille pour juger honnêtement où vous en êtes dans chaque unité.

NiveauÀ quoi cela ressemble
4 · MaîtrisePart de l’atmosphère et de l’équilibre des forces, choisit la bonne vitesse (V_md, V_mp, V_x, V_y, V_s), ne confond pas poids et masse, et explique quel levier de conception change la réponse.
3 · CompétentRésout les exercices avec quelques erreurs d’unités occasionnelles.
2 · En progressionSuit les exemples résolus mais confond les vitesses de distance et d’autonomie ou oublie la masse volumique.
1 · DébutantRemplace des nombres dans des formules sans schéma ; doit revoir l’unité.

Pondération suggérée si vous voulez une note

PartiePoids
Exercices20%
Travaux pratiques25%
Série d’entraînement de mi-parcours25%
Série d’entraînement finale30%

Visez le niveau 3 ou mieux dans chaque unité avant de passer au cours suivant.

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