11 novembre 2012 ~ 0 Commentaire

La Boucle (par Jean Eyquem)

Après avoir ingurgité plusieurs séances consacrées à l’étude du vol dos, de son contrôle, des variations de pente négatives, du décrochage, de la mise dos et de la sortie dos, de l’amorce du virage dos, il sera temps de passer à autre chose, sinon la voltige deviendra rapidement fastidieuse pour le pilote néophyte et pour l’instructeur lui-même. Cette première partie de la progression ayant été clôturée par le premier solo : mise dos, vol dos, sortie dos, tonneau, du débutant qui aura ainsi éprouvé sa première joie de se retrouver seul maître à bord les pattes en l’air, on entamera l’étude des figures exécutées cette fois sur le plan vertical.

Des rotations indigestes autour de l’axe de roulis, nous allons donc passer aux rotations autour de l’axe de tangage, ce qui reviendra, plus simplement, à commencer de jouer à la balançoire avec l’avion. Et quoi de plus naturel, dès lors, que d’aborder cette étude des figures verticales par la boucle, composante de base de la plupart des autres, qui comportent pratiquement toutes une portion plus ou moins importante de boucle. Et puis, de quoi rêve initialement l’aspirant voltigeur si ce n’est de pouvoir tourner proprement, pour commencer, tonneaux et boucles ?

La première figure de voltige exécutée au monde par un avion ne fut-elle pas la fameuse boucle de Pégoud ? J’ai vu le vieux film pris sur le vif de cet exploit, et le véritable délire de la foule assez considérable qui en fut le témoin enthousiaste. Heureux et sympathiques ancêtres qui savaient se réjouir si fort des prouesses d’un pilote et de son avion ! Quel parallèle si l’on considère les grincheux d’aujourd’hui, toujours prompts à protester que nos aéronefs troublent leur morne et précautionneuse existence, et les fonctionnaires timorés, qui au lieu de leur rappeler que les aérodromes sont faits pour les avions, font chorus avec eux…

La boucle peut-elle être ronde ?

Revenons à Pégoud et à sa boucle, dont il est à peu près certain qu’elle ne fut pas aussi ronde que le veut la définition moderne de la boucle, ou du « looping », sa traduction anglo-saxonne. Définition très théorique que celle-ci, selon laquelle la boucle est un cercle parfait, donc à rayon constant, inscrit dans le plan d’évolution, c’est-à-dire dans le plan vertical. Théorique, parce que si l’on peut définir théoriquement la boucle parfaite, celle que le pilote, fut-il le champion du monde en titre, exécutera pratiquement dans l’avion, ne le sera pas.

Pourquoi ? Eh bien, parce que l’image selon laquelle Pierre ou Paul a « le compas dans l’œil » n’est qu’une image, a fortiori si on l’applique à un pilote assis dans un avion évoluant dans l’atmosphère. Car si le dessinateur voit les traits ou courbes que son crayon trace sur sa feuille de papier, le pilote, lui, ne voit pas les traits ou courbes qu’il inscrit dans le ciel. II ne voit que son capot, éventuellement ses ailes par rapport à l’horizon et à son axe de travail. De plus, il n’a pas à sa disposition un instrument parfait pour dessiner le cercle de la boucle. L’avion est soumis à l’attraction terrestre, c’est-à-dire à la pesanteur, et il ne dispose pas de la puissance nécessaire pour décrire sa boucle à vitesse constante, ce qui exclut notamment que le pilote puisse l’exécuter par une action à cabrer de valeur elle-même constante sur la gouverne de profondeur. Enfin, l’exécutant est soumis lui-même aux accélérations, facteurs de charge imposés conséquemment à l’avion par la réalisation de la figure, ce qui ajoute à l’évolution permanente des données pratiques d’exécution au cours de la boucle.

Allez donc, alors que votre accéléromètre passe en gros de +4 à 0 virgule quelque chose pour revenir à + 4 en cours de boucle, que vous subissez physiquement les effets de cette variation progressive et permanente; alors que votre badin, sur un CAP 10 par exemple passe, toujours en gros, de 250 à 120 du bas en haut de la boucle pour revenir à 250, ce qui induit des effets moteur donc de désaxe par rapport au plan d’évolution; alors qu’il est tout à fait exclu de pouvoir s’en tirer en braquant la profondeur selon un angle de cabré constant du début à la fin de l’exécution de la figure; Alors, par surcroît, que l’une de vos références visuelles fixes, l’horizon, va disparaître le temps de passage du vol positif au vol négatif ; allez donc, avec tout cela, décrire dans l’atmosphère plus ou moins turbulent un cercle parfait ! Laissons à leurs illusions ceux qui nous disent que c’est possible, et cernons de plus près les critères réalistes et les problèmes d’exécution pratique de la boucle, dans le but de parvenir à en réaliser d’aussi rondes que faire se peut, ce qui n’est déjà pas si simple.

Avant d’aller plus loin, il n’est cependant pas mauvais de se livrer à l’examen de quelques éléments de mécanique du vol pour l’étude des trajectoires, éléments qui doivent entrer en ligne de compte dans l’exécution de cette figure. J’emprunterai ces éléments à la contribution de Michel Mudry, pilote de voltige 1er cycle beaucoup plus versé que moi-même, de par ses titres et fonctions d’enseignant, dans la mécanique du vol, et beaucoup plus compétent donc pour traiter ce paragraphe particulier.

Quelques éléments de mécanique du vol pour l’étude des trajectoires

Les notions élémentaires présentées ici ont pour objet d’aider, qualitativement au moins, à l’analyse des « trajectoires » de l’avion. On envisagera seulement le cas du vol symétrique de l’avion dans un plan vertical.

Généralités

On sait que le mouvement de tout corps matériel peut-être décomposé en deux parties :

- Mouvement du centre d’inertie G,

- Mouvement autour du centre d’inertie.

Le centre d’inertie G (appelé aussi « centre de gravité ») d’un corps est le seul qui possède la propriété fondamentale d’avoir le même mouvement qu’un point matériel « isolé » affecté de la masse totale du corps et auquel serait appliquée la somme des forces s’exerçant sur le corps.

Seul ce mouvement sera envisagé ici dans le cas de vol de l’avion.

Le mouvement d’un point matériel est régi par la forme élémentaire de ce que l’on appelle « Le Principe Fondamental de la Mécanique », qui s’écrit :

m  = F (1)

Et qui se lit « le produit de la masse par l’accélération est égal à chaque instant à la somme des forces appliquées »:

Ce principe sera appliqué au centre d’inertie de l’avion, considéré, selon ce qui précède, comme un point matériel affecté de sa masse totale. Pour cela, nous précisons d’abord :

- La description du mouvement d’un point matériel,

- Le bilan des forces appliquées à l’avion.

  • Description cinématique du mouvement d’un point (Figure 1)

 La Boucle (par Jean Eyquem) dans Technique de pilotage boucle1

La trajectoire d’un point mobile est la courbe constituée de l’ensemble des positions occupées au cours du mouvement.

La vitesse à l’instant t est un vecteur V tangent à la trajectoire d’orientation conforme au sens de parcours de celle-ci. Intuitivement ce vecteur mesure la « variation » de trajectoire au cours du temps.

L’accélération à l’instant t est un vecteur  toujours situé dans la « concavité » de la trajectoire. Intuitivement il mesure la « variation » de vitesse au cours du temps. Il est usuellement décomposé en deux termes:

- t : « tangentielle », parallèle à la vitesse,

- n : « normale », perpendiculaire à la vitesse.

La grandeur de  t mesure la variation de vitesse « sur trajectoire » alors que ÿ n mesure la variation d’orientation de la trajectoire. La valeur est :

 n = V2 / R (2)

où V est la grandeur de la vitesse, et R le rayon de courbure de la trajectoire au point considéré.

Le rayon de courbure d’une droite étant infini, une trajectoire rectiligne ne donne lieu à aucune accélération normale. Plus la trajectoire est « courbe » plus le rayon de courbure est petit, et donc plus l’accélération normale est grande.

La vitesse angulaire d’un vecteur V d’orientation variable dans un plan mesure la variation de l’angle u formé à chaque instant avec une direction fixe. Cette vitesse angulaire est notée : u.

boucle2 dans Technique de pilotage

Si V est le vecteur vitesse, l’angle u définit la pente de la trajectoire à l’instant considéré. On note alors souvent  la vitesse angulaire associée. On démontre que :

V = R  (3)

Donc  n (donné par (2)) peut s’écrire à l’aide de V, R, , de trois façons équivalentes :

n=V2 / R = V  = 2R (4)

  • Bilan des forces s’exerçant sur l’avion

Ces efforts peuvent se décomposer en trois parties :

- Les efforts aérodynamiques qui s’appliquent sur la cellule, dont la somme est la résultante aérodynamique F. Elle se décompose suivant la parallèle et la perpendiculaire à la vitesse en la traînée Fx et la portance Fz;

- Les efforts aérodynamiques qui s’appliquent sur l’hélice, et dont la somme est la traction T de l’hélice, dirigée approximativement suivant l’axe longitudinal de l’avion ;

- Les efforts de gravitation provenant de l’attraction terrestre dont la somme est le poids P de l’avion, dirigé suivant la verticale descendante.

  • Application à l’analyse de la trajectoire (dans un plan vertical)

La figure 3 définit les éléments géométriques du mouvement de G : trajectoire, vitesse V, pente u.

L’angle formé par V et l’axe longitudinal de l’avion est l’incidence  de l’avion.

L’angle formé par cet axe et l’horizontale est l’assiette  de l’avion.

boucle3

La figure montre à l’évidence que, à chaque instant :

 = u+  (5)

On envisage aussi les vitesses angulaires associées à ces trois angles :

O, u, a

O est la vitesse de tangage, souvent notée q. Les trois vitesses sont aussi reliées par

O=u+a (6)

On applique au point G la relation (1). Cette relation vectorielle se décompose très naturellement sur les deux directions respectivement parallèle et perpendiculaire à V.

La première fournit une équation qui permet de prévoir la variation de vitesse.

La seconde donne :

M=V2 / R =Fz-Mg cosu (7)

ce qui s’écrit aussi :

Mg (cos u + V2 /gR) = Fz (8)

On appelle « facteur de charge » le nombre :

n = cos u +V2 / gR (9)

ainsi (8) devient : nP = Fz (10)

Donc à chaque instant, le facteur de charge mesure le rapport entre la portance et le poids de l’avion.

La boucle

De façon un peu vague, la boucle se définit comme une figure où l’avion décrit un cercle dans un plan vertical. En réalité, la voltige de compétition étant jugé par l’oeil humain, le but est de donner « l’impression » de trajectoire circulaire.

Pour parler de trajectoire, il convient de dire de quel point de l’avion il s’agit. D’après ce qui précède il est naturel de choisir le centre d’inertie et d’envisager la possibilité de trajectoire circulaire pour celui-ci.

Dans ce cas, R étant constant, la définition même de n (9) fournit une relation très intéressante en chaque point de la boucle entre les paramètres :

V (vitesse), u (pente), n (facteur de charge) en fonction du rayon R de la boucle.

En particulier, pour les paramètres « d’entrée » (en bas de la figure) :

N0 = 1 + V02 / gR (11)

On voit que la connaissance de la vitesse d’entrée et du facteur de charge correspondant définissent sans ambiguïté le rayon de la boucle à effectuer.

On sait que la vitesse diminue jusqu’en haut de la boucle, où elle devient minimale. Donc, le facteur de charge suivra la même évolution, mais de façon plus accentuée du fait du terme cos u qui est également minimal en haut de boucle.

Ainsi par exemple, une boucle de rayon 150 m attaquée à une vitesse V0 = 250 km/h, et donc à un facteur de charge n0 = 4,3, présentera un facteur de charge n = 0,18 en haut de boucle si l’on admet qu’en ce point la vitesse est tombée à 150 km/h.

Remarque sur le début de figure

Une boucle étant débutée à partir d’un vol rectiligne uniforme (donc à n = 1), il faudrait pouvoir passer brusquement de 1 à n0 pour respecter un rayon constant en début de figure. C’est évidemment impossible, et le début de boucle aura lieu suivant un arc de courbe non circulaire.

Le facteur de charge maximum ne sera donc pas situé au point bas.

Remarque sur la vitesse angulaire de tangage

Dans la mesure où la boucle est une figure à lente évolution de l’incidence, on peut raisonnablement négliger a devant w dans la relation (6), donc admettre que q est voisin de w

soit, d’après (3), que V est voisin de Rq (12).

Cette approximation est intéressante dans la mesure où c’est q qui est « visualisé » par le pilote, et non pas w. Le rayon R ne sera donc constant que si le rapport V/q l’est lui-même.

boucle4

Ainsi la rotation q de l’avion autour de G sera moins rapide en haut de boucle qu’en bas.

Ici encore, pourtant, il convient de tempérer l’application de ce résultat, car il est possible qu’un trop grand ralentissement en tangage détruise l’allure globale de la figure.

Michel MUDRY

Querelles d’école

L’exposé de Michel Mudry n’apparaîtra peut-être pas aussi élémentaire que le pense son auteur à nombre de lecteurs pilotes ; aussi vais-je m’efforcer d’en tirer certaines données essentielles directement exploitables dans l’exécution pratique de la boucle. Ces données font notamment ressortir la difficulté d’amorcer très directement le tracé aérien d’une boucle à partir d’une trajectoire horizontale ou descendante rectiligne au moyen d’un mobile mû par une certaine vitesse, pesant un certain poids et doté d’une certaine inertie. Elles font également apparaître qu’au sommet de la boucle, le vol de l’avion évoluant à vitesse faible sous facteur de charge voisin de zéro s’apparente à un vol balistique.

Ces deux considérations joueront un rôle important dans la définition de l’exécution pratique de la figure. Elles me remettent également en mémoire certaines querelles d’école. Lorsque j’ai appris les figures de base sur Stampe au Centre National de Saint-Yan, mon instructeur, qui était le champion de France de voltige de l’époque, ce qui me portait à prendre pour argent comptant ce qu’il m’enseignait, me souligna ce qui paraissait alors la vérité admise dans ce Centre : À savoir qu’à partir de la prise de vitesse sur trajectoire rectiligne descendante (le Stampe doit afficher 180 au badin pour exécuter une boucle correcte en biplace alors que sa vitesse max en palier au régime voltige excède difficilement 150 km/h), l’amorce de la boucle s’obtenait en accompagnant simplement à la profondeur une certaine tendance naturelle de l’avion à cabrer jusqu’au moment où, à l’approche du positionnement vertical et d’une diminution de vitesse de plus en plus sensible, l’action sur la profondeur vers l’arrière devait se faire plus ferme. Il semble que l’enseignement officiel ait très sensiblement varié depuis sur ce point, puisqu’on parle maintenant de création immédiate de vitesse angulaire dès l’amorce de la boucle, ce qui se traduit pratiquement par une action très nette, pour ne pas dire brutale, à cabrer sur la gouverne de profondeur, et par la création d’un facteur de charge initial important.

Pour ma part, je serais tenté de penser (c’est en tout cas ce que j’enseigne) que la vérité pratique est à mi-chemin entre ces deux théories. Ceci pour plusieurs raisons : tout d’abord (Michel Mudry le suppose explicitement, à très juste raison me semble-t-il), dans l’exécution idéale de la boucle c’est le centre de gravité de l’avion qui doit tracer un rayon constant, donc un cercle parfait autour du centre de celui-ci. Mais cette exigence pourra impliquer que le profil de l’avion complet, sous l’effet des forces antagonistes que le pilote mettra alors en mouvement, décrive une trace visuelle qui s’éloignera plus ou moins sensiblement du cercle parfait. Or, qui définit pratiquement une boucle sinon cette trace visuelle, ce mouvement aussi régulier et constant que possible de l’avion autour du point central ? Une cassure trop franche de la trajectoire rectiligne initiale de l’avion en cabrant soudain celui-ci m’a toujours donné l’impression visuelle d’un premier quart de boucle escamotant plus ou moins, en fait, le premier quart de cercle.

Il y a une autre raison à ma réticence à l’égard des boucles brutalement « souquées » dès le départ; elle est de nature pédagogique. Je suis de ceux qui considèrent que voltige = finesse de pilotage. Je cherche donc à encourager chez mes élèves la netteté certes, mais aussi la souplesse dans l’exécution, et je combats impitoyablement les tendances de ceux qui s’imaginent qu’en voltige moderne manche et palonnier doivent être traités systématiquement avec des han ! de bûcheron. Car de toute façon les résultats de cette technique, même si l’avion se prête en général d’assez bonne grâce à ce genre de torture, ne mènent jamais très loin.

Il me répugne donc d’inculquer d’emblée à mes pilotes l’habitude de « souquer » dur et systématiquement, alors qu’ils en sont encore à apprendre les rudiments du dosage et de la visualisation. Je préfère insister en priorité sur ces deux notions-là pour ne muscler qu’ensuite et progressivement l’exécution, notamment par le travail des figures à vitesses variables.

JE

EXECUTION PRATIQUE

Après les considérations techniques qui précèdent, nous voici à étudier pratiquement le moyen d’exécuter des rotations de 360 degrés autour de l’axe de tangage, rotations inscrites dans le plan d’évolution c’est-à-dire sans inclinaison ni désaxe. Il est clair que la gouverne numéro un dans cette figure sera la gouverne de profondeur, mais on verra cependant qu’elle n’est pas seule en cause, notamment en raison des effets moteur et que direction et commande des gaz, éventuellement ailerons, sont également concernés par l’exécution de la boucle.

La conduite pratique de la figure sera elle-même fonction de l’avion dont on dispose, de sa puissance, de sa finesse, de la vitesse d’entrée dans la boucle. Attaquer un looping en « souquant » dur à trop faible vitesse sur un avion relativement peu puissant et qui traîne ne nous mènera pas loin. L’aborder par une action trop faible et trop lente sur la gouverne de profondeur avec un avion fin, bien motorisé, lorsque la vitesse en palier est déjà confortable, ne sera pas non plus la bonne manière pour réussir cette figure.

Michel Mudry nous a dit que la connaissance de la vitesse d’entrée et du facteur de charge correspondant définissent sans ambiguïté le rayon de la boucle à effectuer. Disons pratiquement que pour se tirer honorablement de cette figure sur un Stampe par exemple, il faudra l’attaquer à une vitesse assez nettement supérieure à celle de croisière, donc par une prise de vitesse (idem pour le Zlin) et à environ 3,5 G pour conserver au sommet de la boucle, plein moteur, une vitesse de translation suffisante, ce qui nous conduira pratiquement à partir de 180 kilomètres/heure (la vitesse de croisière du Stampe étant de 140 km/h) à passer le sommet de la boucle, quelque 150 mètres plus haut, aux environs de 80/90 km/h, pour retrouver 180 km/h en sortie de figure. Sur le CAP 10 on attaquera directement la boucle à partir du palier de croisière et à la vitesse correspondante soit 230/250 km/h, ce qui donnera une accélération autour de 4 G (on peut même l’attaquer en biplace à partir de 200 km/h); le sommet de la boucle se situera environ 200 mètres plus haut et sera passé à la vitesse de 120/100 km/h.

Perdra-t-on de l’altitude entre le début et la fin d’une boucle ? Cela dépendra de la vitesse d’entrée et de la puissance disponible; ce qui veut dire qu’une boucle commencée à vitesse relativement lente à bord d’un avion à puissance relativement faible ne se terminera pas à l’altitude de départ même si, habilement négociée, elle semble passer correctement. Cet exemple souligne que selon la machine, et encore une fois la vitesse initiale, la boucle n’est pas toujours ronde. II reste que sur un avion suffisamment fin, puissant et léger comme le CAP 10 cette figure abordée à la vitesse de croisière ne doit pas entraîner de perte d’altitude.

Conduite de la gouverne de profondeur

Au départ, la conduite de la gouverne de profondeur sera fonction, nous l’avons dit, des caractéristiques de l’avion, de la puissance disponible, de la vitesse d’entrée dans la figure. Vitesse linéaire, vitesse angulaire, le pilote devra jouer de ces deux paramètres pour installer l’avion dans l’amorce circulaire de la boucle. II en jouera sans brutalité au moyen de sa gouverne de profondeur, sans provoquer de cassure trop franche de la trajectoire linéaire mais avec suffisamment de décision pour créer la vitesse angulaire requise.

La théorie consistant à laisser l’avion remonter de lui-même sur l’horizon est à la rigueur acceptable pour une machine ayant nécessité une prise de vitesse préalable à l’amorce de la boucle. Car cette prise de vitesse aura été effectuée sur trajectoire descendante et aux petits angles pour dépasser nettement la vitesse de croisière. Capot vers le sol, profondeur trimée au neutre, une machine comme le Stampe tendra en effet d’elle-même, en atteignant 180 km/h, à remonter sur l’horizon par simple relâchement de la pression sur la gouverne de profondeur vers l’avant. Il en ira différemment avec un avion attaquant la boucle en palier horizontal à la vitesse de croisière, ce qui est notamment le cas du CAP 10 car là, à régime constant, sans sollicitation de la profondeur à cabrer, l’avion continuera à voler sur trajectoire horizontale rectiligne.

Sur ces machines, la gouverne devra donc être sollicitée, nettement et progressivement, à cabrer. Progressivement parce que solliciter la profondeur se traduit par la création d’un certain angle d’attaque qui détermine la cadence de la figure au sens que nous avons donné à cette définition en voltige. Mais cette cadence, qui dessine la trace visuelle de la boucle dans l’espace, ne pourra être maintenue à angle d’attaque constant. En effet en trajectoire courbe ascendante la vitesse va diminuer. Or le maintien d’une trajectoire constante à vitesse variable suppose une évolution inversement proportionnelle de celle-ci et de l’angle d’incidence, en vertu d’une règle de base bien connue : à grandes vitesses petits braquages, à faibles vitesses grands braquages. Plus précisément, l’efficacité du braquage d’une gouverne d’aéronef étant directement fonction de la vitesse de celui-ci, cette efficacité décroîtra avec la vitesse; on ne pourra la maintenir égale tout au long de l’évolution en réduction progressive de vitesse qu’en augmentant avec la même progressivité l’angle de la gouverne. (Petite parenthèse au sujet de l’utilisation du trim de profondeur dans la boucle : le trim sera préréglé et l’on se gardera, autant que possible, de toucher au compensateur pendant l’exécution de la figure).

Comment va évoluer la vitesse dans la boucle ? Relativement assez peu en réduction dans le premier quart, et relativement peu du même coup évoluera le facteur de charge. La progressivité de la réduction de vitesse va devenir de plus en plus sensible dans le second quart de la figure et l’action sur la gouverne de profondeur devra être dosée en conséquence, jusqu’au moment où l’avion abordera le sommet de la boucle à faible vitesse, sous faible facteur de charge et où l’effet de son poids va tendre à s’inverser, puisque de centrifuge au départ, cet effet tendra à devenir centripète. Si bien que continuer à braquer la gouverne de profondeur à cabrer dans ces conditions ne pourrait de toute évidence qu’aboutir à diminuer le rayon de la figure c’est-à-dire, pour commencer, à déformer le sommet de la boucle, puis à donner à l’ensemble de la figure une géométrie assez éloignée de celle du cercle parfait et plus proche de celle de l’oeuf, d’autant qu’on arriverait à des angles de braquage où la traînée deviendrait pour sa part fortement parasite au détriment de la portance. D’où la nécessité, lorsque l’avion aborde cette phase de la figure, d’un relâchement de la pression sur la profondeur, d’une conduite « fine » de cette gouverne, de laisser l’avion filer, si l’on peut dire, de lui-même sur le sommet de sa trajectoire circulaire avec le minimum de sollicitation et de traînée, ce qui apparente relativement son vol dans cette séquence à un vol balistique.

Comment s’annonce et se traduit cette séquence ? Par un allégement très physiquement ressenti de la machine ainsi que de l’effort sur la gouverne. Le pilote décèle assez bien le moment d’équilibre relatif qui s’établit entre la force centrifuge en diminution et la force centripète qui commence à apparaître. Cet équilibre relatif et précaire exclut que le pilote rende franchement la main. En agissant ainsi il provoquerait notamment l’intervention de certains effets gyroscopiques que nous verrons plus loin. Encore une fois, dans cette phase de la boucle, la profondeur doit être relâchée et conduite en finesse. Elle sera de la même façon sollicitée de nouveau à cabrer avec la reprise de vitesse qui intervient progressivement et rapidement au cours du troisième quart de la figure lorsque l’avion commence à redescendre vers le sol. Le contrôle pratique de cette finesse de conduite de la gouverne prépondérante au sommet de la boucle s’exercera par l’observation visuelle du déplacement du capot orientant la trajectoire circulaire de l’avion dans le plan d’évolution, qui devra continuer à procéder d’un mouvement constant au cours des variations d’incidence de la gouverne de profondeur.

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C’est dire que l’on devra tout d’abord recréer un angle d’attaque voilure assez important pour éviter que l’avion ne sorte de sa trajectoire circulaire et ne reprenne, à l’extérieur de celle-ci et aux petits angles En En amorçant le troisième quart de la boucle on va revivre à l’envers les deux premiers. d’incidence, une vitesse qui dans cette configuration risquerait de devenir très rapidement excessive et dangereuse.

Même en maintenant l’avion sur la trajectoire rigoureuse de la boucle on verra la vitesse augmenter rapidement. On devra donc retrouver dans la seconde moitié de la figure le même dosage de l’action sur la profondeur que dans la première mais en procédant à l’inverse puisque la vitesse augmente au lieu de diminuer, soit par réduction progressive du braquage de cette gouverne. La difficulté, nous le verrons plus loin, sera de réduire l’angle d’attaque tout en résistant à la force centrifuge qui, conséquence de l’augmentation de vitesse ira, elle, croissant. De telle sorte qu’on devra retrouver, en fin de boucle, un facteur de charge voisin de l’accélération initiale.

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Les figures 2 et 3 soulignent sommairement le résultat d’une action insuffisante (fig. 2) ou excessive (fig. 3) sur la gouverne de profondeur maintenue en cours d’exécution d’une boucle. Dans le premier cas, on se retrouve au sommet de la trajectoire avec une vitesse insuffisante, des gouvernes molles et le risque pur et simple d’une abattée dos, configuration à éviter soigneusement quand on ne dispose pas d’une bonne marge d’altitude. Dans le second cas, c’est la boucle à trop grand facteur de charge, éventuellement dangereuse pour la structure de l’avion avec risque de décrochage dynamique et à tout le moins d’une sortie de figure à forte vitesse et facteur de charge encore aggravé pour peu que la marge d’altitude ne permette pas de la négocier (hors critère) par un retour progressif au vol horizontal, moteur réduit.

Utilisation moteur

Dans la boucle, l’utilisation du moteur sur un avion à hélice à pas fixe (soit la généralité des avions-écoles de voltige) ne pose qu’un problème logique et simple. Cette figure devra être exécutée à régime aussi constant que possible, soit pratiquement le régime maximum autorisé sur un avion-école, du commencement à la fin de la boucle. En fonction des relations régime-pente et régime-vitesse sa réalisation correcte impliquera, à partir d’une vitesse d’entrée moyenne, le recours progressif à toute la puissance disponible. Car on n’accédera correctement au sommet de la figure que commande des gaz à fond en avant. On ne devra pas pour autant se ruer sur la manette dès l’attaque de la boucle, car la vitesse reste relativement élevée dans le premier quart et l’on passerait alors en surrégime. En arrivant vers la verticale, par contre, il faut agir plus ou moins sur les gaz en fonction de la finesse de la machine et de la puissance dont on dispose et la manette arrivera de toute façon en butée au cours du second quart de la boucle, si ce n’est avant.

Faut-il réduire dans le troisième quart ? Que non pas, puisque l’avion passe le sommet de la figure à faible vitesse et que la pleine puissance du moteur est encore son meilleur recours pour négocier correctement ce quart-là. À faible vitesse, une réduction des gaz aurait pour conséquence de réduire un régime qui dans cette phase redescente de la boucle n’a encore rien d’excessif, même manette à fond. Ayez la curiosité de vérifier votre compte-tours lorsque dans ces conditions l’avion repasse la verticale en descente. Vous verrez que votre régime moteur, sur Stampe comme sur CAP 10, reste à l’intérieur des tolérances maximales. Par contre il n’y resterait pas à partir de là et vous retrouverez le risque de surrégime dans le dernier quart de la boucle qui nécessitera une réduction manette plus ou moins sensible si l’on veut rester dans les limites du régime maximum autorisé.

À la conduite souple de la gouverne de profondeur doit correspondre une conduite non moins souple de la manette, qui s’exercera donc en fonction du critère régime constant.

II va de soi qu’une conduite brutale sera génératrice d’effets moteur plus ou moins gênants pour la bonne exécution de la figure ainsi que de désaxes. Déjà, selon les avions et selon les vitesses auxquelles la boucle est négociée, on aura à combattre en cours d’exécution certains risques de désaxe, que l’instructeur sera avisé de montrer à son élève en exécutant une ou plusieurs boucles pieds au plancher avec une variation de vitesse maximale entre le bas et le haut de la figure. Dans la demi-boucle du bas, sur certains avions dont le Stampe, on verra se manifester « l’effet de flettner » résultant d’une correction cellule des couples moteur calculée pour la vitesse de croisière mais qui devient excessive au-delà de cette vitesse et entraîne un désaxe conséquent (vers la droite avec un moteur tirant à gauche ou inversement). Dans la demi-boucle du haut, surtout si elle est exécutée au minimum de vitesse, apparaîtra progressivement un effet de désaxe (à gauche sur le CAP 10) résultant du souffle hélicoïdal. II pourra s’y ajouter le couple gyroscopique pour peu que le pilote, au lieu de conduire sa gouverne de profondeur en finesse au sommet de la boucle, en diminue ou inverse trop brutalement le braquage.

Conduite générale de la figure

Nous allons tenter maintenant de réaliser une boucle complète en faisant intervenir tour à tour ou simultanément les gouvernes et commandes concernées.

La vitesse d’entrée correcte affichée, le régime maximal autorisé vérifié, notre premier problème au départ consistera à tirer la boucle bien droit, c’est-à-dire bille au milieu au départ, sans lacet ni roulis. Nous contrôlerons l’amorce de cette figure par référence visuelle horizon vers l’avant (fig. 5) et maintiendrons ce contrôle visuel le plus longtemps possible soit pratiquement, en moyenne, selon la machine, jusque vers 60 degrés au-dessus de l’horizon.

Cette exigence d’une amorce de figure nette mais précise, excluant tout mouvement en roulis ou lacet, dictera notre action sur la gouverne de profondeur qui devra être ferme mais souple et progressive. Si le pilote se croit obligé d’y aller non seulement de la main, du poignet et du bras mais de l’épaule, il y a gros à parier que la boucle partira de travers (généralement aile gauche basse sur CAP 10) parce que la commande de profondeur ne sera pas actionnée selon l’axe de traction requis pour un maintien rigoureux de l’inclinaison nulle. Et ce n’est guère qu’en arrivant vers le sommet de la boucle que le débutant s’apercevra que son avion est incliné et sa figure mal partie.

Ces exigences initiales respectées, la gouverne de profondeur continuera à être utilisée en souplesse dans la suite de la première demi-boucle, par un braquage progressif nécessitant un effort physique qui, lui, sera ressenti différemment par le pilote. Car au départ, pour créer un angle d’attaque relativement faible à vitesse relativement forte, on aura affaire à une gouverne dure, le facteur de charge initial ajoutant encore à la contrainte physique subie par l’exécutant, alors que dans le second quart de boucle, pour un braquage progressif nettement plus important, la gouverne deviendra douce du fait de la diminution de la vitesse, cependant que le facteur de charge subi par le pilote sera lui-même très allégé.

La bonne exécution de la figure ne peut être assurée que par un contrôle visuel aussi constant que possible. L’horizon que l’on avait devant soi au départ de la boucle ayant disparu sous l’avion au cours des 90 premiers degrés de la rotation, on pourra être tenté de contrôler la suite de cette rotation autour de l’axe de tangage en observant le mouvement de la voilure par rapport à l’horizon recherché cette fois sur le côté, soit par un report du regard vers les extrémités d’aile.

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Certes un voltigeur doit avoir la tête et l’oeil mobiles, mais la dispersion n’est pas toujours aisée pour un débutant qui aura plutôt intérêt, à mon avis, tout en poursuivant son action progressive à cabrer sur la profondeur et en commençant à actionner d’autre part en souplesse la manette des gaz vers l’avant, à rechercher la bonne solution de son problème de contrôle visuel derrière lui. À condition de mettre la tête bien en arrière l’horizon ne tardera pas en effet à réapparaître. En fait il réapparaîtra lorsque l’avion achèvera son premier quart de boucle et atteindra la position verticale. Dès ce moment, et par rapport à cette ligne d’horizon dont se rapprochent progressivement ses références fixes avion (capot, plan moyen de la voilure), le pilote pourra contrôler visuellement non seulement les éventuelles tendances roulis et lacet de sa machine mais la régularité de la trajectoire circulaire qu’elle doit inscrire dans l’espace.

Manette des gaz maintenant parvenue souplement en butée avant, il pourra notamment doser l’utilisation de la gouverne de profondeur en accédant au sommet de la boucle, éviter ou limiter l’intervention du couple gyroscopique et du désaxe correspondant susceptibles de résulter d’un dosage maladroit, d’un renvoi excessif ou trop brutal de la commande de profondeur vers l’avant dans cette phase délicate de la figure; contrôler cette éventuelle tendance ou manifestation à l’aide de la gouverne de direction que l’on utilisera de même, si la boucle est de grand volume et passe en haut à vitesse faible, pour compenser l’effet du souffle hélicoïdal qui ne manquera pas alors de se manifester par un mouvement de lacet de l’avion, soit par un désaxe, qui dès qu’il deviendra sensible entraînera un mouvement de roulis, c’est-à-dire de l’inclinaison.

Les ailerons pourront intervenir eux-mêmes utilement dans ce cas, mais seulement si le contrôle de l’éventuelle cadence latérale par rapport au plan d’évolution n’a pas été suffisamment vigilant et surtout si le pilote s’aperçoit, en retrouvant l’horizon derrière lui, qu’il a amorcé sa figure avec de l’inclinaison. II sera alors sorti du plan d’évolution mais il pourra au moins s’efforcer de terminer la figure sur un plan parallèle. Il faut bien se dire, à propos des ailerons, que le contrôle de l’inclinaison nulle à l’amorce de la boucle, et une bonne conduite de la profondeur et des gaz assortie d’un contrôle rigoureux du plan d’évolution au moyen de la gouverne de direction, doivent éviter au pilote de recourir au gauchissement dans l’exécution d’un looping.

Passant le sommet de la boucle nous aurons encore derrière nous l’horizon comme référence visuelle mais nous aurons en outre, dessous, une autre référence très évidente sur laquelle pourra porter utilement notre regard : l’axe de travail

Les impressions du débutant par Bernard Chabbert

Et voilà, on a tout juste commencé à assimiler le tonneau, on en est à en réussir des pas trop loupés, et à commencer à en passer par la droite, donc à contre-couple sur le CAP, que le Maître déclare un beau jour, en se ficelant paisiblement : « Bon, aujourd’hui on va commencer les boucles… ».

Content, l’élève, qui commence à se sentir petit voltigeur : ça va faire un truc de plus au palmarès, et si ça continue on va bientôt pouvoir se fabriquer des petits programmes : mise dos, virage dos 90°, sortie dos enchaînée sur un tonneau à contre-couple, boucle, tonneau lent de l’autre côté… Hé hé, on y arrive doucement.

On se brêle donc tout content, et on remarque au passage que l’appréhension des débuts a quasi-complètement disparu, laissant place à un autre type de comportement vis-à-vis de tout cela : on est devenu méfiant, mais d’une méfiance constructive, celle qui est axée sur la sécurité. En ce qui me concerne, j’ouvre de plus en plus les yeux pour repérer, avant de me mettre les pneus en l’air, l’éventuel trafic qui va innocemment traverser le volume voltige, ou la paire de planeurs dont la pompe va venir occuper ce même cube d’air pendant qu’un CAP y travaille (à ce sujet, il y a des pilotes de planeur dont on se demande s’ils ont parfois des yeux pour autre chose que leur vario…).

Ce comportement s’étend à des exercices de réflexion au sol consistant à se demander des choses du genre : « Panne moteur brutale au milieu d’un virage dos : je fais quoi ? », et d’autres questions de même famille; tout ceci ayant pour but de préparer l’avenir, quand on sera lâché tout seul pour aller se retourner en grand style.

On en est donc là après, dans mon cas, une demi-douzaine d’heures, ce qui est plutôt encourageant quant à la rapidité de la progression. Il y a six heures de ça, j’étais complètement dépassé hors du domaine normal de vol, au-delà des virages à forte inclinaison et des pentes abruptes ; maintenant, c’est l’esprit tranquille que j’y évolue, même si les figures ne sont pas de toute beauté. La voltige sécurise, c’est sûr…

Et une fois de plus nous voici en l’air, à 230 indiqués, mille mètres et bille centrée. Le Maître :  » Allez, on en a assez causé, faites-moi une bouboucle ».

On regarde un peu tout ce qu’il y a à regarder, d’un coup d’oeil, se souvenant en particulier de bien démarrer la figure ailes horizontales et de tirer droit sur le manche.

Allons-y; on cadence en arrière, pas trop fort, l’horizon file sous le nez et le ciel bleu clair, brillant déborde du pare-brise en même temps que les ombres valsent dans l’habitacle. On se souvient, pour l’avoir vu faire au Maître, de ramener la tête en arrière afin de récupérer la vue du sol le plus vite possible. Ça continue à tourner, et tiens, voici l’horizon. On constate que mécaniquement la main gauche a poussé la manette à fond quelque part pendant la montée, et déjà on est dans la redescente, avec de la planète plein le pare-brise. On réduit vivement, avec au fond du crâne l’idée que si on ne réduit pas ça va accélérer fortement : on est en effet en piqué et plein moteur.

Hé bé non, il ne faut pas réduire si vite et si fort, d’après le concert d’imprécations en provenance du siège de droite. En conséquence on repousse légèrement la manette, et comme la planète semble grandir rapidement et qu’on souhaite vivement l’éviter, on souque vers l’arrière en se disant que tout ça va donner n’importe quoi sauf une boucle selon « les critères ». Et l’on se retrouve ventre, stoppant net et mécaniquement le capot sur sa position palier.

- « Bon. C’est pas mal », fait le Maître, à la grande surprise de l’élève. Et la séance continue par un savant décorticage de la manoeuvre et de ses « moments ».

Comme le Chef-Patron les explique en détail par ailleurs, je vais me borner à passer en revue ce qui, dans la boucle, surprend le débutant.

D’abord, les sensations physiques : enfin les voilà, les Grands Méchants G ! (arrêtez de hurler de rire, les 2e cycle !). Mais c’est vrai, c’est la première fois qu’on ramène un accéléromètre au-delà de 4 G positifs (et pour peu qu’on ait fait un ou deux virages dos entre deux boucles, on est dans la fourchette plus 4 moins 3, sans s’en être seulement rendu compte). Pour tout dire, on les a ressentis deux fois par boucle, d’une part en début (premier quart) et d’autre part en fin d’évolution, mais d’une façon très secondaire comparée aux problèmes de pilotage pur. En fait on est passé à travers les deux pointes de G de façon si fugitive qu’ils n’ont guère été inconfortables. C’est pas encore cette fois-ci qu’on va se transformer en légume. Du coup, les vrais problèmes posés au débutant apparaissent plus nettement. Et d’abord, la visualisation.

Contrairement au tonneau, qui se décrit autour d’un point visé sur l’avant de l’avion, la boucle présente aux yeux du pilote un défilement kaléidoscopique de ciel, nuages (s’il y en a), horizon inversé qui disparaît aussitôt, sol en défilement, vision verticale, et le tout fait qu’on s’y perd un peu. Il est en particulier difficile de bien estimer le moment exact du passage dos (et on pige que les rétablissements vont demander un peu de travail; mais n’anticipons pas).

Par contre, il est relativement facile d’estimer la cadence, en jugeant des variations de vitesse de défilement des objets et choses qui traversent le pare-brise de haut en bas. Et c’est finalement cela qui importe, car il convient de ne pas laisser la cadence mollir si l’on veut de la belle boucle. Par contre, on ne risque pas de la laisser s’accélérer, les G veillant au coin du manche pour vous rappeler de ne pas tirer inconsidérément.

L’autre problème de visualisation vient de la tenue des ailes, qui doivent rester horizontales. J’ai bien compris la nécessité d’avoir tout au milieu avant de cadencer pour démarrer la figure, mais problème : dès que l’horizon a disparu sous le capot, que faire ? 

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