BIA · cours illustré

Cours BIA aérodynamique, aérostatique et principes du vol : 10 chapitres illustrés

Le cours BIA d'aérodynamique, aérostatique et principes du vol reprend le programme en 10 chapitres : 65 notions expliquées en quelques paragraphes, souvent avec un schéma, ce qu'il faut retenir et, pour beaucoup, le piège classique de l'examen. Le premier chapitre, « L'air et le vent relatif », se lit en entier sur cette page.

10
chapitres: 65
notions expliquées, dont 63 avec un schéma ou une illustration: 181
questions de la banque rattachées à un chapitre

Lire le chapitre 1 Les 181 questions de ce thème

Sommaire du cours

Chaque chapitre explique, notion par notion, ce que demandent les questions de la banque, avec un encadré « À retenir » et, souvent, le piège classique de l'examen. Le premier chapitre est en accès libre, ci-dessous et dans l'application ; les suivants sont réservés aux abonnés BIA.

1.L'air et le vent relatif
Accès libre
L'air a une masse, il résiste au mouvement, et l'avion le « sent » sous la forme du vent relatif.
6 notions · 7 questions de la banque
2.Le profil, l'aile et les angles
Abonnés
Le vocabulaire de l'aile et les trois angles à ne pas confondre : incidence, assiette, pente, plus le calage.
6 notions · 12 questions de la banque
3.La portance
Abonnés
Comment l'aile crée une force vers le haut, comment on la décompose et ce dont elle dépend.
6 notions · 14 questions de la banque
4.La traînée et la finesse
Abonnés
Les différentes traînées, les tourbillons marginaux, la polaire et la finesse pour planer loin.
8 notions · 29 questions de la banque
5.Décrochage et dispositifs hypersustentateurs
Abonnés
Pourquoi l'aile décroche toujours à la même incidence, et comment volets, becs et aérofreins changent la portance et la traînée.
7 notions · 23 questions de la banque
6.Équilibre des forces et pilotage
Abonnés
Les forces en palier, en montée et en descente, le rôle de l'assiette et de la puissance, et la distance de décollage.
8 notions · 24 questions de la banque
7.Le virage et le facteur de charge
Abonnés
Pourquoi on se sent plus lourd en virage, comment calculer le facteur de charge et ses effets sur le décrochage.
6 notions · 20 questions de la banque
8.Les axes et les commandes de vol
Abonnés
Roulis, tangage, lacet : quelle commande agit sur quelle gouverne, et le piège du lacet inverse.
6 notions · 16 questions de la banque
9.Centrage et stabilité
Abonnés
Le centre de gravité, le foyer, la marge statique, et pourquoi un avion centré avant est stable mais lourd aux commandes.
4 notions · 18 questions de la banque
10.Ballons, hélicoptères, ULM et vol spatial
Abonnés
Voler grâce à Archimède, à un rotor ou au déplacement du poids, et les principes du vol orbital.
8 notions · 18 questions de la banque

Chapitre 1 : L'air et le vent relatif

L'air a une masse, il résiste au mouvement, et l'avion le « sent » sous la forme du vent relatif.

L'air est un fluide qui pèse

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La masse volumique de l'air diminue avec l'altitude

On ne le voit pas, mais l'air est fait de molécules : il a une masse. Un mètre cube d'air pèse environ 1,2 kg au niveau de la mer. Cette quantité de matière par mètre cube s'appelle la masse volumique (notée ρ, « rhô »).

Plus on monte, moins il y a de molécules : l'air devient moins dense. La masse volumique diminue aussi quand :

la température augmente (l'air chaud se dilate) ;
la pression diminue.

Un air moins dense porte moins bien les ailes et donne moins de puissance au moteur : c'est important pour le décollage.

À retenir

Au niveau de la mer (atmosphère standard, 15 °C, 1013 hPa) : ρ ≈ 1,225 kg/m³. Air chaud, altitude élevée, basse pression = air moins dense.

La résistance de l'air

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Influence de la forme sur la résistance de l'air

Sortez la main par la fenêtre d'une voiture : l'air la pousse vers l'arrière. C'est la résistance de l'air, une force qui s'oppose au mouvement d'un corps dans l'air.

Elle dépend de quatre choses :

la surface présentée face à l'écoulement (le « maître-couple ») ;
la forme du corps, résumée par un coefficient (Cx) ;
la vitesse ;
la masse volumique de l'air.

Une plaque plane freine énormément, un corps profilé (en forme de goutte d'eau) très peu. C'est pour cela qu'on donne aux avions des formes arrondies et effilées.

Piège d'examen

Une force s'exprime en newtons (N), jamais en kilogrammes. Et la résistance est proportionnelle à la surface, pas au carré de la surface.

La vitesse compte au carré

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Vitesse doublée, résistance quadruplée ; vitesse triplée, résistance multipliée par 9

La résistance de l'air s'écrit :

R = ½ × ρ × S × V² × Cx

ρ est la masse volumique de l'air, S la surface, V la vitesse et Cx le coefficient de forme.

Ce qui compte pour l'examen : la résistance est proportionnelle à la surface (surface doublée, résistance doublée) et proportionnelle au carré de la vitesse :

vitesse × 2 : résistance × 4 ;
vitesse × 3 : résistance × 9.

La portance de l'aile obéit exactement à la même formule (chapitre suivant).

À retenir

R = ½ ρ S V² Cx : proportionnelle à S, à ρ et au carré de V.

Le parachutiste et la vitesse limite

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Vitesse limite selon la position du parachutiste

Au début d'un saut, le parachutiste accélère sous l'effet de son poids. Mais plus il va vite, plus la résistance de l'air (sa traînée) grandit.

Au bout d'une dizaine de secondes à plat ventre, la traînée devient égale au poids : les forces s'équilibrent et la vitesse n'augmente plus. C'est la vitesse limite.

À plat ventre, il présente une grande surface : la traînée grandit vite, la vitesse limite est basse (environ 200 km/h) et atteinte très tôt ;
tête en bas, sa surface est petite : il doit aller beaucoup plus vite (250 à 300 km/h) pour que la traînée égale son poids.

Piège d'examen

La vitesse ne monte pas indéfiniment pendant la chute libre : elle se stabilise dès que la traînée égale le poids.

Le vent relatif

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Le vent relatif est parallèle à la trajectoire, de sens opposé au déplacement

Pour une aile, peu importe que ce soit l'air qui bouge ou l'avion : ce qui compte, c'est le mouvement de l'un par rapport à l'autre. L'écoulement d'air que « ressent » l'avion à cause de son propre déplacement s'appelle le vent relatif.

Le vent relatif est toujours :

parallèle à la trajectoire de l'avion ;
de sens opposé à son déplacement.

Il ne dépend ni du relief ni de la température : un avion qui monte reçoit un vent relatif qui vient d'en haut et de face, un avion qui descend un vent relatif qui vient d'en bas et de face.

À retenir

Vent relatif : même direction que la trajectoire, sens contraire au déplacement.

Piège d'examen

Ne confondez pas le vent relatif avec le vent météo (le déplacement de la masse d'air par rapport au sol). Le vent météo modifie la vitesse par rapport au sol, pas le vent relatif.

Mesurer la vitesse : l'antenne de Prandtl

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Le tube de Prandtl : pression totale et pression statique

L'air en mouvement exerce deux sortes de pression :

la pression statique, celle de l'air au repos autour de l'avion ;
la pression dynamique (½ ρ V²), due à la vitesse : c'est elle qu'on sent sur la main hors de la voiture.

Leur somme est la pression totale. Le tube de Prandtl (ou antenne de Prandtl) combine deux tubes :

le tube intérieur, ouvert à son extrémité face à l'écoulement, mesure la pression totale ;
le tube extérieur, percé de petits trous sur le côté, perpendiculaires à l'écoulement, mesure la pression statique.

La différence donne la pression dynamique, donc la vitesse : c'est le principe de l'anémomètre.

À retenir

Pression totale = pression statique + pression dynamique.

Piège d'examen

C'est le tube extérieur, aux trous perpendiculaires à l'écoulement, qui donne la pression statique ; le tube intérieur, ouvert face au vent, donne la pression totale (pas la pression dynamique).

La suite du cours commence par le chapitre 2, « Le profil, l'aile et les angles ». Elle se lit dans l'onglet Cours de l'application, avec un abonnement BIA, et chaque chapitre se termine par les questions de la banque qui portent sur lui. Voir les tarifs

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