Dispositifs hypersustentateurs

L’aile n’est pas la seule partie de l’avion à avoir un rôle aérodynamique, on ajoute à cette dernière des surfaces mobiles afin de faire varier ses caractéristiques.

Les volets hypersustentateurs

Appelés volets ou Flaps, ils se situent au bord de fuite de l'aile

Rôles des volets
Leur but est d'augmenter la portance à basse vitesse, pendant les phases de décollage et d'atterrissage. Ils créent une augmentation de portance, et créent également une augmentation de traînée plus ou moins importante.
Leur déploiement augmente de portance mais déplace le CP (centre de poussée) vers l'arrière entraînant un effet à piquer.

On voit sur la courbe ci-contre que la sortie des volets augmente Cz .

Courbe des CZ = ƒ (incidence)
Effet des volets sur le coefficient Cz.

Volet d'intrados
L’écoulement de l’air sur l'extrados de l'aile n’est pas modifié, le volet agit seulement l'intrados. Système robuste et simple et ses performances sur la portance sont bonnes. L'augmentation de la traînée reste tolérable, et adaptée pour la phase d'atterrissage. Le braquage de ces volets retarde le décollement par effet de courbure mais peuvent engendrer des vibrations sur les empennages du fait des turbulences générées.

Volet d'intrados avec déplacement vers l'arrière
Ce type de volet combine un déplacement vers l'arrière pour augmenter la surface alaire avec un braquage vers le bas pour augmenter la courbure. Ce type de volet s'appelle « volet zap », du nom de l’allemand Edward F.Zaparka qui l’inventa en 1932

Volet de courbure
Comme son nom l'indique ce type de volet permet de faire varier la courbure de l'aile, donc la portance et la traînée.
Ce type de volet est une simple articulation au bord de fuite et occupe environ le quart de la profondeur de l'aile. La sortie du volet crée une dépression sur l'extrados du volet, qui augmente la dépression sur l'extrados et la surpression sur l'intrados. La performance de ce volet n’est pas extraordinaire, la « surportance » qu’il génère n’est pas élevée, la trainée est elle assez importante et le sillage perturbé. Le volet de courbure n'est plus utilisé que sur les avions légers.
Sur certains aéronefs, planeurs notamment, il est possible de braquer les volets vers le haut. En réduisant la courbure, la traînée s’en trouve réduite mais la portance aussi.

Volet de courbure à fente
Le volet à fente est une évolution du volet de courbure. Une fente se forme entre le profil et le volet, lorsqu’on le braque. La fente doit être convergente pour accélérer le flux de l’extrados pour que l'écoulement d’air ne décolle pas sur le volet. Pour obtenir cet effet, il faut adjoindre un dispositif mécanique pour que le volet puisse reculer et pivoter en même temps. Cette solution est adoptée sur presque tous les avions modernes. Le volet à fente simple a été développé par Handley Page. II permet de retarder la séparation jusqu'à un angle de déflexion de 45°. La portance est accrue et la traînée réduite.

Volet Fowler
Le « Volet Fowler » qui tient son nom d’ Harlan FOWLER, son inventeur. Il est une évolution du volet de courbure à fente. Il combine une translation vers l’arrière et une rotation. D’abord, il recule pour augmenter la surface alaire puis il se cabre vers le bas pour augmenter la courbure. Ce déplacement complexe nécessite des systèmes de guidage spéciaux à l'intrados, appelés « rails de volets ». Ce volet peut être en plusieurs parties (double, triple), avec plusieurs fentes.

Le système comprend de nombreux éléments rail, tringlerie, pistons…. Bien que situé à intrados, cela constitue une source de trainée et de turbulence, il est souvent nécessaire d’ajouter un carénage aux rails des volets

Volets de bord d’attaque
Les volets de bord d’attaque ou becs de sécurité sont des petits profils fixes ou mobiles, situés en avant du bord d'attaque d'une aile et destiné à empêcher le décollement des filets d'air aux grands angles d'attaque et donc à vitesse réduite. Il augmente la portance et de ce fait permettent des décollages plus courts ou en évitant le décrochage. Le bec est souvent connu par son nom anglais de slat.
Ils retardent le décrochement de la couche limite sur l'extrados, et permettent de plus fortes incidences que les volets de bord de fuite. Ils ont donc plusieurs effets :
    - augmentation de la cambrure
    - augmentation de la surface alaire
    - retard du décollement de l’air par effet de fente.

Il existe différents type de volets de bord d'attaque.

    -Bec à fente fixe
            Ce sont des surfaces fixes écartées du bord d'attaque. Mis au point par Henri Coanda en 1910, ils se trouvaient surtout sur les premiers avions STOL.

   

-Bec à fente rétractables

    - Becs à fente automatiques : Ils sont rétractés au bord d'attaque et sortent vers l'avant automatiquement grâce à la dépression qui se produit à forte incidence. Les becs automatiques, sont très utilisés sur les avions légers.

    - Bec à fente commandé ou Slat : De même principe que le précédent mais commandé par le pilote, il est très utilisé sur les avions de ligne.



   

-Bec Betz
Ce volet coulisse sur une rampe, poussé par des vérins. Il est l'ancêtre du volet Krüger.


    -Bec Krueger ou krüger
Inventé en 1943 par l’allemand Werner Krüger, c'est un petit volet situé au bord d'attaque et rabattu le dessous de l'aile. En pivotant, tout en restant attaché, et augmente la courbure de l’aile. Ce système est utilisé sur les avions de ligne.

-Bec basculant
C'est l’ensemble du bord d'attaque qui bascule vers le bas, cela augmente la cambrure de l'aile. Ce système est utilisé sur les avions de chasse.





Autres dispositifs hypersustentateurs

Soufflage du volet
C’est une amélioration active du volet à fente, mais à la place d’être prélevée à l’intrados, l'air est prélevée des réacteurs est soufflée sur l'extrados au niveau du bord de fuite pour redonner de l'énergie à la couche limite.

Aspiration
La couche limite est aspirée à travers de trous situés sur l'extrados, ce qui retarde son décollement.
Ce système est efficace mais il complexifie l’intérieur de l’aile et consomme beaucoup d'énergie.




Influence sur la polaire

La sortie des volets augmente le Cz, et le Cx et diminue la finesse
- i point de finesse max.
- Cz et Cx augmente, la finesse diminue de façon importante.


Effet des dispositifs hypersustentateurs