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Comprendre la vitesse de manœuvre

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Ce n'est pas ce que tu crois.

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Qu'est-ce que la vitesse de manœuvre, et pourquoi s'en soucier ?

Peut-être plus important encore, que devriez-vous savoir pour maximiser votre sécurité en vol ?

La définition largement acceptée de la vitesse de manoeuvre (Va) est la vitesse à laquelle un avion décroche avant de dépasser sa limite de charge maximale.

Mais attendez ! Il y a plus....à l'histoire.

La vitesse de manœuvre a été déguisée en vitesse magique pour vous protéger des dommages structurels en cas de turbulence. C'est important, mais ce n'est pas la panacée de la protection à laquelle nous avons été formés. Avant d'expliquer, cependant, passons en revue la vitesse de manœuvre, et comment et pourquoi elle change avec le poids.

Les avions sont conçus pour résister à des charges de stress variables en fonction de l'usage auquel ils sont destinés. La FAA certifie les aéronefs dans l'une des trois catégories suivantes : normal, utilitaire et acrobatique. Les limites de charge maximales pour chaque catégorie sont :

Normal - +3,8G et -1,52G ;

Utilitaire - +4,4G et -1,76G ;

Acrobatie - +6G et -3G.

Un aéronef volant en ligne droite et en palier à une vitesse constante se trouve dans un état stationnaire où la portance de l'aéronef est égale à sa masse. Puisque la force G est calculée en divisant la portance par le poids, la charge, ou force G, dans cette condition est égale à un (2 500 lb de portance/2 500 lb de poids = 1G). Exactement la même force G que dans le hangar.

Par contre, si la portance de l'avion double, soit à cause d'une rafale turbulente ou si le pilote tire sur la gouverne de profondeur, la charge de l'avion double (5 000 lb de portance/2500 lb = 2G).

Si la portance continue d'augmenter, la charge ou la force G continue d'augmenter proportionnellement ; c.-à-d. que 7 500 livres de portance mettront une charge de 3G sur l'avion (7 500 livres de portance/2 500 livres de poids = 3G), et 10 000 livres de portance produiront 4G de charge (10 000 livres de poids/2 500 livres de charge = 4G de poids).

La portance augmente lorsque l'angle d'attaque (AOA) augmente.

L'angle d'attaque est l'angle entre la ligne d'accord et la direction du vol. Pour les aéronefs de l'aviation générale, il existe une relation directe, presque un pour un, entre la portance et l'angle d'attaque jusqu'à ce que l'angle d'attaque critique soit atteint.

L'angle d'attaque critique, habituellement entre 15 et 20 degrés dans les aéronefs de l'aviation générale, est l'angle d'attaque qui produit la portance maximale. Toute augmentation au-delà de l'angle d'attaque critique entraîne un décrochage.

Pour calculer la vitesse de manœuvre dans les exemples ci-dessous, nous utiliserons un angle d'attaque critique de 18 degrés. Nos exemples supposent une relation linéaire ou un pour un entre la portance et l'angle d'attaque, comme le montre le graphique ci-dessous, alors qu'un doublement de l'angle d'attaque entraînerait un doublement de la portance.

Supposons qu'un avion à son poids brut vole droit et en palier à 140 nœuds. À cette masse et à cette vitesse, l'avion a besoin d'un angle d'attaque de 3 degrés pour produire une portance suffisante pour maintenir le vol en palier.

Si la turbulence ou l'entrée manuelle augmente l'angle d'attaque de 3 degrés à 6 degrés, la portance double et le facteur de charge double à 2G. La charge continue d'augmenter à mesure que l'angle d'attaque augmente, jusqu'à ce que l'angle d'attaque critique de 18 degrés soit atteint.

Dans ces conditions, la charge maximale de l'avion serait de 6G parce que l'angle d'attaque était de 3 degrés en vol en palier et ne pouvait augmenter que six fois avant d'atteindre son angle d'attaque critique de 18 degrés (18 degrés, soit six fois son angle d'attaque en croisière de 3 degrés).

Comme indiqué précédemment, la charge maximale (force G) est atteinte à l'angle d'attaque critique de 18 degrés parce que toute augmentation supplémentaire de l'angle d'attaque entraînerait un décrochage, éliminant ainsi complètement la charge.

Si l'avion dans cet exemple était certifié dans la catégorie normale avec une charge maximale de +3.8G, il pourrait subir des dommages structurels à cette vitesse en forte turbulence.

Dans ce cas, vous devriez ralentir car voler plus lentement nécessitera un angle d'attaque plus élevé pour maintenir le vol en palier. Un angle d'attaque plus élevé en vol en palier vous rapprocherait de votre angle d'attaque critique. Par exemple, si une vitesse plus lente nécessite un angle d'attaque de 5 degrés pour maintenir le vol en palier, la charge maximale serait de 3,6 G (18 divisé par 5 = 3,6 G).

Un autre facteur déterminant est la masse de l'avion. Le Pilot's Operating Handbook (POH) précise la vitesse de manoeuvre de l'avion à la masse brute. Si vous volez au-dessous de la masse brute, la vitesse de manoeuvre est réduite parce qu'un angle d'attaque inférieur est nécessaire pour produire la portance nécessaire au maintien du vol en palier.

Par exemple, un avion de 2 500 livres peut avoir besoin d'un angle d'attaque de 4,5 degrés à 110 noeuds pour produire 2 500 livres de portance pour un vol en palier, alors que le même avion à la même vitesse pesant seulement 2 200 livres peut être capable de maintenir un vol en palier avec un angle d'attaque de 3 degrés seulement.

Encore une fois, avec un angle d'attaque réduit de 3 degrés, une charge de 6G pourrait être générée par une forte rafale de turbulence avant de décrocher à l'angle d'attaque critique de 18 degrés.

En turbulence, vous voulez un angle d'attaque élevé en vol en palier pour réduire le multiplicateur avant d'atteindre votre angle d'attaque critique. Vous ne pouvez pas changer votre angle d'attaque critique, mais vous pouvez augmenter votre angle d'attaque de croisière en ralentissant.

Maintenant, pour le reste de l'histoire.

Traditionnellement, on nous enseignait que voler à une vitesse égale ou inférieure à la vitesse de manoeuvre nous protégeait des dommages structuraux pendant la turbulence ou d'une déviation rapide des commandes d'un extrême à l'autre.

Nous savons maintenant qu'il y a des exceptions.

Une exception pratique est lorsque deux forces ou plus sont en jeu simultanément.

Pour mieux comprendre, il peut être utile de savoir comment se déroulent les essais en vol des nouveaux aéronefs qui testent la vitesse de manoeuvre.

En air calme, le pilote d'essai déplace rapidement une commande de vol jusqu'à sa limite de conception positive, puis la ramène à sa position neutre. Après une pause, il répète le processus jusqu'à la limite négative de la commande avant de revenir à la position neutre. Ce test est répété pour chaque axe séparément ; tangage, roulis, lacet.

Ainsi, la vitesse de manoeuvre peut protéger les ailes d'une défaillance structurale si les charges sont verticales comme de l'air agité ; cependant, les rafales introduisent souvent des contraintes dans plus d'un axe simultanément. Le tangage, l'inclinaison et le lacet qui se produisent en même temps sollicitent l'avion dans plusieurs directions.

Une autre exception est la déflexion rapide et répétée de la commande d'un axe.

Cela s'est avéré fatal lors de l'écrasement du vol 587 d'American Airlines en 2001, qui a coûté la vie à 260 personnes. Au départ de JFK, l'Airbus A300-605R a rencontré de la turbulence de sillage et, en réponse, le pilote a appliqué la commande de direction presque à fond à droite, puis à fond à gauche, puis à nouveau à droite, puis à nouveau à gauche, puis à nouveau à fond à gauche, puis à nouveau à fond à droite, en moins de sept secondes. La déflexion rapide et totale a créé une telle force qu'elle a cisaillé l'aileron vertical, ce qui a causé la perte de contrôle de l'Airbus et l'écrasement de ce dernier. Ce qu'il est important de comprendre, pour les besoins de cette discussion, c'est que tout cela s'est produit sous la vitesse de manoeuvre de l'avion.

Il est important de comprendre que la vitesse de manoeuvre est un chiffre approximatif qui ne protège pas votre avion d'une défaillance structurale dans toutes les situations.

En 2010, la Federal Aviation Administration a modifié les normes de navigabilité applicables aux avions de la catégorie transport (non acrobatiques) afin de préciser que le fait de voler à la vitesse de manœuvre prévue ou à une vitesse inférieure ne permet pas à un pilote d'effectuer plusieurs grandes commandes dans un axe de l'avion ou une seule commande complète dans plusieurs axes à la fois sans mettre la structure de l'avion en danger. La FAA a publié cette règle finale pour éviter que les pilotes ne comprennent mal la signification de la vitesse de manoeuvre d'un avion, ce qui pourrait causer ou contribuer à un accident futur.

Dossier no FAA-2009-0810

Modification no 25-130, en vigueur à compter du 15 oct. 2010

Si vous ne pouvez pas compter sur le fait de voler à une vitesse égale ou inférieure à la vitesse de manoeuvre pour protéger l'intégrité structurale de votre avion, que devriez-vous faire lorsque vous rencontrez des turbulences ?

De toute évidence, la meilleure option est d'éviter les turbulences chaque fois que c'est possible. Vous familiariser avec les sources de turbulence vous aidera à les éviter. Référez-vous à Turbulence pour apprendre, entre autres choses, à :

Volez derrière et non devant les tempêtes.

Volez au-dessus des vagues de montagne si possible. Si ce n'est pas le cas, voler perpendiculairement aux vagues de la montagne ou parallèlement au vent.

Demeurer au-dessus et/ou au vent de la trajectoire de vol d'un autre aéronef pour éviter la turbulence de sillage.

Lorsque la turbulence ne peut être évitée, ralentissez à la vitesse de manœuvre et volez en douceur.

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