Planeur

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ASW 20 en phase d'atterrissage

Un planeur est un aérodyne qui est, par définition, dépourvu de moteur. Il existe toutefois des versions dotées d'un moteur d'appoint escamotable appelées motoplaneur. La pratique du planeur est le vol à voile.

L'une des caractéristiques principales du planeur est sa finesse qui se traduit, en pratique, par la capacité de parcourir une grande distance en perdant un minimum d'altitude.

Lancement

Remorquage d'un Grob G103 Twin Astir II par un Robin DR-400

Les planeurs peuvent être mis en l'air de plusieurs façons. La plus répandue est le remorquage par un avion dit remorqueur. La seconde, moins fréquente est le treuil. La troisième, est le lancement par voiture (cette technique est très ancienne et n'est quasiment plus utilisée en France). Enfin la dernière, par ses propres moyens grâce à un moteur qui peut être fixe ou le plus souvent escamotable. On parle alors de motoplaneur si le groupe propulseur est fixe ou de planeur autonome si le groupe propulseur est escamotable. Les planeurs radio-commandés sont lancés à la main depuis une position surélevée ou bien au Sandow sur terrain plat ou également par remorquage.

Treuillage

Début de treuillée d'un ASK13

Le treuil est une machine à moteur électrique ou thermique qui enroule un câble d'acier ou synthétique sur une bobine. Le câble est déroulé sur la plus grande longueur disponible devant le planeur prêt au décollage soit la longueur de toute la piste et plus si le treuil peut être placé plus loin. En enroulant le câble, le planeur roule, décolle, accélère vers 100km/h, effectue une rotation et monte avec un angle de 45-55° en gardant une vitesse proche de 100km/h et atteint une altitude de 400 m en 40 s. Le treuillage permet de monter un biplace de 500 kg à des hauteurs au moins égales à 350-450 m par vent nul et 1000 m de câble utilisés^[1].

Le treuillage est un moyen de lancement a bon prix assez populaire en Europe, en particulier en Allemagne, mais qui n'est pas très populaire aux USA, entre autres car de nombreux accidents se sont produits. Ainsi en cas de rupture de câble peu après le décollage, le planeur a une assiette (en montée) telle que si le pilote ne réagit pas immédiatement, le planeur va décrocher et s'écraser au sol^[2].

Le treuillage est moins cher que le remorquage et le rythme des décollages est plus élevé. Le principe du treuillage est basé sur la théorie des profils minces. Le câble reliant le treuil au planeur est perpendiculaire au planeur. Dans le référentiel du planeur, une force supplémentaire est appliquée au planeur vers le bas, et donc d'après la théorie des profils minces, le vecteur portance est aussi augmenté. Le planeur se retrouve donc dans une configuration de vol stabilisée où la trajectoire se situera dans un plan orthogonal au câble. Donc le planeur va continuer sur sa lancée et donc monter^[3].

Le remorquage est quant à lui plus cher mais à l'avantage d'emmener le planeur plus haut ce qui lui laisse plus de temps au pilote pour trouver des zones ascendantes. Les tarifs varient entre 4 euros et 7 euros par minutes sachant qu'un remorquage peut durer environ 7 à 8 minutes (tout dépend après des volontés du pilote d'aller plus ou moins haut).

Éléments constitutifs principaux

Monoplaces ou biplaces, on distingue trois parties essentielles :

• La voilure : Sa fonction est d'assurer la portance de la machine. De 13 à 25 mètres d'envergure, elle est constituée de deux ailes, aussi appelées plumes, qui assurent la portance. Celles-ci possèdent à leurs extrémités, sur le bord de fuite (partie arrière de l'aile), des ailerons qui contrôlent l'inclinaison sur l'axe de roulis.

Chaque aile est équipée d'aérofreins qui sont des dispositifs dont la fonction est d'augmenter le taux de chute de la machine, principalement lors de l'atterrissage. Les modèles les plus performants disposent aussi de volets de courbure, appelés parfois dispositifs hypersustentateurs, dont la fonction est d'augmenter la portance à basse vitesse lorsqu'ils sont braqués en positif (vers le bas) et de diminuer la traînée s'ils sont braqués en négatif (vers le haut) dans les hautes vitesses.

Les recherches en aérodynamique ont fait progresser la technique et on trouve de nos jours des dispositifs de décollage et recollage de la couche limite. Vous pourrez observer sur les surfaces des profils de minuscules trous servant aujourd'hui au soufflage (ce qui permet le recollage de la couche limite) et qui demain serviront aussi à l'aspiration de cette couche limite. Ces dispositifs ont pour objectif d'améliorer les performances dans tout le domaine de vol (vitesse minimum et vitesse maximale en fonction des angles d'incidence).

• Le fuselage : Sa fonction est de porter et d'abriter le ou les pilotes et sa liaison avec les empennages et la voilure assure la maîtrise des trois axes ; lacet, roulis, tangage. Cette partie centrale cylindro-conique de 6 à 10 mètres de long reçoit à l'avant, la cabine de pilotage et, en dessous, le train d'atterrissage.

Pour les modèles disposant d'un moteur, le fuselage abrite aussi ce dernier et, dans la plupart des cas, le pylône support de l'hélice et/ou du moteur. L'ensemble de ce dispositif est escamotable afin de conserver à la machine toutes ses qualités aérodynamiques.

• Les empennages : Leur fonction est d'assurer la stabilité et le contrôle sur les axes de tangage et de lacet. Ils sont constitués, de nos jours, de plans fixes verticaux et horizontaux disposés en « T » portant les gouvernes de direction (contrôle en lacet) et de profondeur (contrôle en tangage). Historiquement les empennages ont aussi été disposés en croix et en « V » (empennage papillon).

Assemblage d'un planeur

Un planeur peut être rangé dans une remorque, qui permet alors également son transport.

• 

  La remorque fermée.

• 

  La remorque, porte arrière ouverte.

• 

  Le fuselage nu avec sa verrière.

• 

  Montage de la première aile.

• 

  L'aile est en place

• 

  Présentation de la deuxième aile.

• 

  Montage de la deuxième aile.

Construction des planeurs

Historiquement on peut classer les différents types de fabrications de la façon suivante :

• les constructions en bois et toile (anciennes) : la structure en bois est recouverte d'une toile légère ;
• les constructions mixtes en bois et tubes d'acier ;
• les constructions tout-métal, en alliage d'aluminium (rares) ;
• les constructions dites « plastique », en fibre de verre ou carbone et résine ; cette technique a permis d'obtenir un excellent état de surface et d'améliorer les performances, elle est aujourd'hui la plus utilisée.

Instruments de vol et équipements

Intérieur d'une cabine de Pégase 90

Instrumentation d'un planeur moderne

En France les dispositifs et les instruments d'aide au pilotage impératifs sont les suivants :

• l'anémomètre ou « badin » (mesure la vitesse air) en km/h ;
• l'altimètre (mesure l'altitude) en mètres ;
• le variomètre (mesure la vitesse verticale) en m/s ;
• le compas (indique le cap magnétique);
• la bille.

Les instruments complémentaires sont les suivants :

• la radio ;
• le calculateur de vol qui intègre les principales fonctions suivantes : altimètre, variomètre, tachymètre, géopositionnement par satellite, durée de vol, autonomie etc ;
• le fil de laine, qui permet d'indiquer la symétrie de vol;
• le transpondeur sur certains appareils ;
• un dispositif anti-collision sur certains appareils (ce dispositif constitué d'un GPS et d'un émetteur à destination des autres appareils, prévient le pilote en cas de trajectoire convergente). Le plus répandu de ceux-ci est le FLARM.

Pour finir, le ou les pilotes disposent généralement d'un parachute. Celui-ci est obligatoire dans certains pays, dont la France.

Paramètres de performance d'un planeur

Chaque type de planeur est un compromis entre les performances, en particulier la finesse et la vitesse de chute, et d'autres critères comme la facilité de pilotage, un comportement sain et homogène sur toute la plage de vitesse, la protection du pilote en cas d'accident, la facilité de montage et de démontage, son prix de revient, etc.

La finesse

• La finesse est, en air calme, le rapport entre les distances horizontales et verticales qu’il peut parcourir. S’il parcourt 30 km pour une perte d’altitude de 1000 mètres (1 km), il a une finesse de 30.
  • la finesse max ne varie pas avec le poids du planeur, seule la vitesse à laquelle cette finesse sera atteinte varie.
  • La finesse du planeur varie avec sa vitesse sur trajectoire ; sa finesse est maximale pour un poids déterminé, à une vitesse déterminée.
  • Ce paramètre est aussi le rapport portance/traînée (ou lift/drag L/D en anglais).

À titre indicatif l'oiseau le plus performant en vol à voile, l'albatros, a une finesse estimée à 20^[4].

Les vitesses

• La vitesse de finesse maximale : ce paramètre est très important pour la performance, par exemple lorsque le planeur doit remonter le vent (ce qui le ralentit par rapport au sol et dégrade sa finesse apparente) ou bien lorsqu’il traverse une zone de descendances dont il a intérêt à sortir rapidement en perdant un minimum d'altitude.
  • 60 km/h pour un planeur des années 1950
  • de 90 à plus de 100 km/h pour un planeur actuel

• La polaire des vitesses : c’est la courbe liant les vitesses horizontale (en abscisse) et verticale (en ordonnée). Plus elle est « plate », plus le planeur conserve une finesse élevée, donc une bonne performance, lorsque sa vitesse augmente. Cette courbe permet de déterminer les deux paramètres précédents (finesse maximum et vitesse de finesse maximum) et donne une information bien plus complète sur les caractéristiques globales du planeur.

• La vitesse de chute minimale, c'est-à-dire la vitesse de descente la plus faible possible. Plus cette vitesse est faible, plus le planeur montera vite dans des ascendances et pourra exploiter des faibles ascendances.

• La vitesse minimale : plus il peut voler lentement, mieux il peut exploiter des ascendances étroites. En effet, le rayon d'un virage est directement lié à la vitesse du planeur.

• La vitesse maximale à ne pas dépasser ; cette caractéristique ne présente d’intérêt que dans des conditions météorologiques exceptionnelles lorsque les ascendances sont fréquentes et puissantes. Elle est cruciale pour les vols de record de distances et de vitesses. Celle-ci peut aller jusqu'à 300 km/h pour les planeurs modernes.

La maniabilité en roulis

• Le taux de roulis est la vitesse angulaire maximale du planeur en entrée ou en sortie de virage. Un taux de roulis important est utile pour pouvoir exploiter des ascendances étroites et/ou hachées.

Performances actuelles, records

Les machines les plus performantes affichent aujourd'hui des finesses de 60 à 70 pour le nec plus ultra (ETA) tandis que les constructeurs les plus à la pointe de la technologie assurent être techniquement capables de produire aujourd'hui des machines de finesse 100 ce qui reste encore une frontière mythique : parcourir 100 kilomètres pour une perte d'altitude de 1 000 mètres. Soit, pour une journée de vol en plaine dans une zone de climat tempéré, où les plafonds de l'ordre de 2 200 mètres sont fréquents, une autonomie théorique de 220 kilomètres

Évolution des records et des réglementations sportives

Lestage ou Ballastage

Certains planeurs sont équipés de réservoirs leur permettant d'emporter de l'eau pour ballaster (alourdir) le planeur (eau, parfois additionnée d'antigel si le vol risque de s'effectuer dans des conditions de basse température). Le but de cet emport de poids supplémentaire est de décaler le domaine de haute performance du planeur vers les hautes vitesses (par exemple, la finesse maximale est obtenue à plus haute vitesse).

En effet, la finesse est maximale à un angle d'incidence donné. Si le poids est plus important, la vitesse nécessaire à la sustentation sera plus importante pour cet angle d'incidence. Alourdir le planeur permet donc de décaler la polaire des vitesses vers les vitesses élevées ce qui est avantageux tant pour la vitesse dans les compétitions que pour effectuer des liaisons dans des zones de descendance ou par vent de face.

L'inconvénient est une vitesse de chute minimale plus importante, obtenue à une vitesse horizontale plus importante. il en résulte une moins bonne vitesse ascensionnelle et une difficulté accrue à exploiter des ascendances étroites.

Généralement, ce lest peut être évacué en vol. Ceci pour deux raisons  : afin d'alléger le planeur si les conditions météorologiques conviennent mieux à une machine non ballastée et également pour éviter d'atterrir avec le ballast. Le surpoids peut endommager la machine en cas d'atterrissage dur. De plus, la vitesse d'approche est plus importante et la longueur de roulage augmentée ce qui est fort défavorable à un atterrissage en campagne.

Le ballastage est une technique relativement récente (apparue dans les années 1970), elle évolue donc encore de nos jours, en termes de quantité d'eau embarquée ou de qualités de vol ballasts pleins

Le poids de ballast qu'un planeur peut emporter varie :

• LS-1D (planeur des années 1970) : 2 × 30 litres
• Nimbus 4 (planeur des années 1990) : 300 litres

Planeurs monoplaces

Planeur école Schneider SG-38 utilisé au centre de formation de Wasserkuppe (Allemagne) jusqu'en 1945

• Alexander Schleicher K8 : monoplace d'entraînement semi acrobatique. Construction en bois, toile et tubes métalliques. Premier vol en 1957. Finesse : 27 à 72 km/h; chute minimale : 0,65 m/s. Plus de 1000 exemplaires furent fabriqués. Il est encore fort utilisé comme planeur d’agrément, en vol local, et a d’excellentes caractéristiques par petit temps.
• SZD-24 Foka et SZD-32 Foka-5 : planeur de classe standard en bois et toile des années 60. Foka-4 est le seul standard à ce jour à avoir emporté (entre les mains de Jan Wroblewski) le titre de Champion du Monde en classe libre.
• Swift S1 : monoplace conçu pour la voltige avancée.
• Pégase C101 : planeur plastique monoplace. C'est un des planeurs de perfectionnement les plus répandus en club, voire le plus répandu (en France en tout cas).

Planeurs biplaces

• ASK 13 : planeur bois et toile biplace datant des années 60. Il est encore souvent utilisé pour l'école de pilotage.
• SZD-9 Bocian (Cigogne) biplace bois et toile datant des années 50. Toujours utilisé pour l'écolage dans l'est européen.
• Blanik L-13 et L-23: planeur biplace tchèque métallique. Populaire aux États-Unis.
• ASK 21 : planeur plastique biplace largement utilisé pour l'école et le perfectionnement. C'est un des rares planeurs « certifiés voltige » d'après la réglementation aéronautique française.

L'un des premiers planeurs de Schleicher, le Ka6 (1958)

• WA30 Bijave : planeur bois et toile à fuselage en treillis métallique entoilé. Planeur école ancien (conception années 1960) largement répandu dans les petits clubs au même titre que l'ASK 13. Il cède petit à petit sa place aux planeurs d'école plastiques tels que l'Alliance 34, l'ASK 21 ou le Twin Astir...
• SZD-30-2 Puchacz (Hibou, Grand Duc) : biplace école. C'est l'autre planeur biplace de formation à la voltige de base.
• Pilatus B4 : planeur en aluminium fabriqué dans les années 1970 et qui a connu un fort succès en Suisse. D'une finesse d'environ 35, il est « certifié voltige ».
• Fox MDM-1 : biplace pour la formation de voltige avancée, excellent aussi en solo.
• Marianne C201B : planeur plastique biplace largement utilisé pour l'école et le perfectionnement. Ce planeur au pilotage lourd est le fruit d'une conception française ambitieuse : réaliser une machine de compétition accessible aux débutants. C'est un planeur de 18,55 mètres d'envergure, donné pour une finesse maximale de 40.
• Grob « Twin Astir » G103 : planeur plastique biplace largement utilisé pour l'école et le perfectionnement.

Types de planeurs

Planeurs de vol libre et radio-commandés

C'est souvent la première machine qu'un pilote d'avion ou de planeur ait piloté. En vol libre le planeur est réglé pour une vitesse de vol. En pilotage radio-commandé, le pilote peut faire évoluer son planeur comme s'il était à bord. Il existe des planeurs de début « deux axes » nécessitant une radio à deux voies (profondeur et direction). Dans ce cas, c'est le braquage de la direction qui entraîne du roulis induit pour obtenir le virage. Les planeurs plus évolués disposent d'un pilotage classique sur trois axes (tangage, roulis, lacet) et parfois d'une commande d'aérofreins ou de mixage sur deux axes : roulis et lacet, ou d'autres possibilités.

Planeurs à décollage à pied

Planeurs 3 axes

Il s'agit d'aéronefs pilotés par des gouvernes sur les trois axes. Ils rentrent dans la catégorie des planeurs ultra-légers. Le pilote porte la machine; le décollage s'effectue en courant sur une pente, un manche à balai auxiliaire permettant le contrôle de la gouverne de direction. Une fois l'engin en vol, le pilote rentre les jambes dans le carénage et utilise un palonnier classique.

Ils sont adaptés au vol de pente et au vol thermique. Leur faible vitesse leur confère la possibilité d'exploiter de petites ascendances. Certains modèles ont un diamètre de spirale de 60 mètres seulement^[5].

Les performances de quelques modèles sont les suivantes :

• ULF 1 (1977) : Finesse de 16 à 55 km/h et une chute minimale de 0,8 m/s^[6]
• Swift (2007) : de type aile volante, ultra léger, à décollage à pieds ou à moteur, dont l'aile en flèche (apparentée aux ailes Horten) est équipée de dérives à gouvernes de bout d'ailes, son pilotage se faisant sur 3 axes sur les dernières versions légères (sur 2 axes auparavant)^[7]. Finesse de 27 à 75 km/h, VNE de 120 km/h et une chute minimale de 0,6 m/s^[8]. Signalons un record de distance de 777 km établi sur Swift par Manfred Ruhmer à Zapata au Texas.

• Archaeopteryx (2007) : Finesse 28 à 55 km/h, vitesse de décrochage de 30 à 35 km/h selon la charge alaire, VNE de 130 km/h et une chute minimale de 0.44 à 0,51 m/s selon la charge alaire^[5]
• Carbon Dragon (construction amateur)

Planeurs de base

Ce sont des planeurs très simples, bon marché et légers qui peuvent décoller simplement en roulant dans une pente et aussi par les autres moyens connus pour mettre des planeurs en l'air (tracté par un ULM ou un avion, tracté par une voiture, au treuil, au sandow + pente)^[9].

Planeurs de type aile volante

Ce sont principalement les ailes Fauvel^[10] et ses dérivés comme les Marske (ailes droites et profil auto-stable, doubles gouvernails centraux), dont les performances sont, pour les modèles les plus performants, comparables à celles des planeurs de compétition classiques et l'on peut y ajouter les dérivés des planeurs Horten comme le Swift Light (ailes en flèche, stabilité par vrillage, avec ou sans winglets-gouvernails en bout d'aile ou doubles centraux) ou encore les ailes Mitchell.

• Particularités intéressantes : très bonne stabilité, très grande solidité^[11], vrille inconnue, décrochage très doux voire inexistant même en virage.
• Inconvénients de la formule : plage de centrage réduite, hypersustentation quasiment impossible, l'action sur la profondeur freine nettement plus l'appareil que dans le cas d'un planeur conventionnel.

Planeurs de compétition

Classe libre

--- Monoplaces  : EB 29 --- Nimeta --- ASW 22 BL --- Nimbus 4 --- 
   --- Biplaces    : Eta --- EB 28 Édition --- ASH 25 --- Nimbus 4D --- 

Classe 18 mètres

--- Monoplaces   : JS1 --- Discus 2C --- Ventus 2 --- ASG 29 --- ASH 26 --- ASH 31 --- ASW 28 --- LS8 --- 
                    LS 10 --- DG 808 --- Antares 18 --- Hph 304 --- Lak 17B --- 

Classe 15 mètres

--- Monoplaces   : Diana 2 --- ASW 27 --- ASG 29 --- Ventus 2 --- LS 10 --- DG 808 --- Lak 17B --- 

Classe standard

--- Monoplaces   : Discus 2 --- ASW 28 --- LS 8 --- Lak 19 --- 

Classe Mondiale

--- Monoplace    : ne comprend que le PW-5 "Piwi" --- 

Classe Club

--- Monoplaces   : comprend la plupart des planeurs qui sont de moindres performances par rapport aux 
                    meilleurs planeurs actuels

Classe Multiplaces 20 mètres

--- Biplaces     : Arcus --- Duo-Discus --- DG 1001 ---

Planeurs à moteur escamotable "Planeurs autonomes"

• Il existe de nombreux modèles de planeurs équipés d'un moteur escamotable permettant au planeur de décoller par ses propres moyens. Une fois l'altitude désirée atteinte, le moteur rentre dans la poutre arrière du fuselage du planeur. Ce type de planeur est autorisé en compétition si un enregistreur peut montrer que le moteur n'a pas été remis en route durant l'épreuve.

Exemples de planeurs certifiés:

• Lange Antares 20E : planeur autonome à propulsion électrique.
• Stemme S-10-VT : planeur autonome bi-place en côte-à-côte avec le moteur positionné derrière les pilotes et dont l'hélice se déploie par avancement du cône avant.

Auxquels l'on peut ajouter de très nombreux planeurs ULM, pour n'en citer que quelques-uns:

• Swift Light PAS (hélice repliable sur moteur arrière)
• Alatus M
• Silent 2
• Sonata
• Banjo
• Viva
• Taurus
• Test-10m Atlas

etc...

Motoplaneurs

• Les motoplaneurs, dont le dispositif de propulsion n'est pas escamotable, servent de machine d'école, de remorquage ou de sondage météorologique. Plus fins que les avions, et aussi beaucoup plus sobres, ils offrent un bon compromis en alliant les avantages de l'un et de l'autre.

Avions achevant leur vol en planant

Intercepteur Messerschmitt Me 163

Certains avions expérimentaux ou très spécifiques achèvent leur mission en vol plané. Bien que l’on puisse considérer que cette phase de vol permet de les classer parmi les planeurs ou les moto planeurs, il faut constater qu’ils n’ont quasiment rien en commun avec les planeurs utilisés pour le vol à voile.

Parmi ces engins, on peut citer le Messerschmitt Me 163, le Bell X-S1, le North American X-15, les corps portants et la navette spatiale.

Ces engins, excepté le Me 163, planent généralement moins bien que des avions conventionnels.

Notes et références

Bibliographie

• Histoire du vol à voile de 1506 à nos jours, Eric Nessler, Les œuvres françaises, 1947
• Le vol à voile, Gil Roy, édition Denoêl, 1996 (ISBN 2-207-24384-2)

Voir aussi

Articles connexes

• Vol à voile
• Parapente
• Deltaplane
• Cage de pilotage
• Motoplaneur
• Liste de planeurs

Liens externes

• (en) SailplaneDirectory : Un site très complet de fiches techniques sur les planeurs d'hier et d'aujourd'hui

Fédérations

• Fédération française de Vol à Voile
• Fédération des clubs francophones de Vol à Voile (Belgique)
• Fédération suisse de Vol à Voile
• Association canadienne de Vol à Voile

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