Le référentiel d’étude du poids

Le poids est défini par rapport au sol qui constitue donc son référentiel d’étude. Dans ce référentiel, on définit un champ de pesanteur et par là même la direction verticale (qui est la direction du fil à plomb). Ce champ de pesanteur est dirigé vers le bas et sa valeur est généralement très proche de :

Alors, tout objet de masse m situé dans ce champ de pesanteur subit une force appelée poids, verticale et dirigée vers le bas qui est le produit de la masse et de la constante de pesanteur :

Le sol peut être associé à une direction verticale et une direction horizontale. Le poids est toujours vertical et vers le bas. il s’applique en un point de l’objet appelé centre de gravité. On représente donc le poids par un vecteur vertical et dirigé vers le bas attaché au centre de gravité (voir schéma).

Pour un petit monomoteur, le centre de gravité est situé vers l’avant de l’avion. En tous les cas à l’avant du centre de portance dont nous parlerons plus loin.

Le référentiel d’étude de la traction

La traction de l’hélice est définie par rapport à l’axe de l’avion qui est un autre référentiel. Plus exactement, la force de traction est perpendiculaire au plan de rotation des pales. En effet, même si c’est des cas particuliers, sur certains aéronefs, le plan de rotation des pales n’est pas exactement perpendiculaire à l’axe de l’avion.

Généralement, la force de traction est attachée au centre de rotation de l’hélice et elle est dirigée vers l’avant. On la représente donc par un vecteur perpendiculaire aux pales, dirigé vers vers l’avant et attaché au centre de rotation.

Sa valeur dépend de la vitesse de rotation des pales ou de leur calage dans le cas des hélices à pas variable.

Le référentiel d’étude des forces aérodynamiques

Les forces aérodynamiques (portance et traînée) se définissent par rapport au mouvement relatif de l’air appelé souvent « air relatif » qui constitue notre troisième référentiel.

La direction de l’air relatif est simplement opposée au déplacement de l’avion (voir schéma).

• La « traînée » est en fait le nom donné à la force de frottement que subit tout objet en déplacement dans l’air. Elle est toujours dans la direction de l’air relatif car elle s’oppose au mouvement de l’avion est on la représente par un vecteur dirigé comme l’air relatif. Son point d’application est difficile à situer. Arbitrairement, on peut le placer vers le centre de l’avion.
• La portance est la force générée par la circulation de l’air autour de l’aile (nous détaillerons cela plus tard). Elle est représentée par un vecteur perpendiculaire à l’air relatif et dirigé de l’intrados vers l’extrados de l’aile. Son point d’application est appelé centre de poussée

Nous reviendrons également plus tard sur les formules définissant la portance (Rz) et la trainée (Rx). Cependant, il est utile de préciser que ces deux forces sont parfois associées pour constituer ce que l’on appelle la résultante aérodynamique. On retrouve cette résultante sur l’image suivante extraite du cours d’aérodynamique de M Lecureur professeur de BIA au collège P Matraja (Aix-en provence) disponible en cliquant sur l’image ou sur le lien ci-dessous.