Décollage - Définition

Physique du décollage

Décollage d'un avion

Lors de la phase de décollage, l'avion prend de la vitesse grâce à son propulseur. Une fois que la vitesse engendre une portance suffisante pour quitter le sol, l'avion cabre, ce qui augmente encore la portance. La poussée du groupe propulseur est alors inclinée par rapport à l'horizontale : elle apporte donc sa contribution, plus ou moins grande, au décollage de l'avion.

Sur les monomoteurs à hélice, l'augmentation de la puissance peut entraîner un effet de couple : l'avion à tendance à virer lors de l'accélération sur la piste. On utilise le palonnier pour maintenir l'avion sur la bonne trajectoire.

• Action de la portance

La portance est la force principale permettant le décollage d'un avion. Elle dépend de la vitesse de celui-ci, de l'angle d'incidence de l'avion ainsi que la masse volumique. Elle dépend également de la surface porteuse de l'avion, et du profil de l'aile. Pour augmenter la portance, les avions ont donc parfois leur dispositif hypersustentateur déployé au décollage, ou pour un avion à géométrie variable les ailes dans la position où l'angle de flèche est le plus grand.

• Poussée des réacteurs

Lors du décollage, l'avion prend de l'incidence juste avant de quitter le sol. En supposant que les réacteurs produisent une force de norme F, et que l'avion s'incline d'un angle d'incidence i, on obtient :
R_normale=F × sin(i)

Application numérique :
Dans le cas d'un F-15 comme sur la photo ci-dessus, on peut supposer que :
- l'avion est à sa puissance maximale (postcombustion), soit pour le F-15 212 kN
- son inclinaison par rapport au sol est de 30 %

Alors l'on a : R_normale=212×sin(30°)=106kN

La masse de cet avion étant d'environ 25 tonnes au décollage, soit un poids de 245 kN, la poussée des réacteurs dans le cas présent est responsable de 43 % de la puissance nécessaire à maintenir l'avion en l'air.

Décollage d'un aérostat

Pour ce type d'aéronef, le décollage se fait sans vitesse horizontale : la portance n'est pas utilisée. Un aérostat décolle uniquement grâce à la poussée d'Archimède.

Un ballon au décollage est donc soumis à deux forces :

• Au poids , de norme P = m.g ;
• A la poussée d'Archimède, de norme Π_A = ρ.V.g ;

Avec :

• m la masse du ballon en kg ;
• ρ la masse volumique du liquide déplacé en kg/m³;
• V le volume de liquide déplacé (autrement dit le volume du ballon) en m³;
• g la constante de gravité (g = 9 81 m.s⁻² ou N/kg)

Pour que le ballon décolle, on doit donc s'assurer que Π_A>P, c’est-à-dire que ρ.V > m.

En ce qui concerne une montgolfière, cette différence sera obtenue grâce au chauffage de l'air dans l'enveloppe. En effet, l'air chaud a une masse volumique inférieure à l'air froid : cela est formalisé par l'équation d'état des gaz parfaits. En supposant que la quantité d'air dans le ballon ne varie pas, il en résulte que le volume deviendra plus important avec la température. Le volume devenant plus important, la force d'Archimède augmentera aussi. Comme le poids ne varie pas, on arrive à obtenir : Π_A>P

Application numérique :

Décollage d'un hélicoptère

Le décollage d'un hélicopète utilise la force produite par son rotor principal. Son fonctionnement est le même qu'une hélice d'avion : elle crée une dépression au dessus de l'hélicoptère. Celle-ci entraîne l' « aspiration » de l'appareil.

Application numérique :

Décollage d'une fusée

Une fusée décolle grâce à la poussée de ses réacteurs. Contrairement à un avion, ceux-ci sont dirigés directement vers le sol. La poussée qu'ils produisent est donc directement dirigée vers le haut.

Application numérique :