aéroplane, dit V. Tatin, est telle qu'on peut hardiment affirmer que,
de cet organe, dépendent à la fois la sécurité de l'équilibre et la
facilité de toutes les manoeuvres; on peut l'établir de telle façon
qu'on n'ait presque pas à s'en occuper en cours de route; il suffit,
pour cela, que sa distance et son inclinaison par rapport au plan
sustentateur soient bien celles qui conviennent à l'appareil[21].»
[Note 21: V. TATIN. _Éléments d'aviation_, p. 31.]
Les croquis-schémas des figures 65 et 68, pages 68 et 71, montrent,
d'après les dessins de l'auteur, un monoplan construit suivant ces
données.
Un biplan établi sur les mêmes principes aurait l'aspect général des
schémas des figures 66 et 67, pages 70 et 71.
[Illustration: FIG. 69]
On voit que tous deux diffèrent notablement des monoplans et des
biplans de Blériot et de Farman-Voisin, qui sont les plus connus par
les résultats qu'ils ont permis.
Mais cette remarque n'infirme pas les données très rationnelles de V.
Tatin, puisque son type n'a pas été encore l'objet d'expériences
analogues.
L'éminent apôtre de l'aviation ajoute que la queue de stabilisation
longitudinale concourt d'une façon très notable à la stabilisation
latérale. Cette observation est encore parfaitement rationnelle.
Soucieux de cette dernière stabilité, il donne d'ailleurs aux surfaces
portantes de son type et même au plan stabilisateur arrière la forme
d'un V très ouvert, préconisée par le capitaine Ferber (figure 68, p.
71).
|Stabilisation transversale.--Virages.|
En air calme, la stabilité transversale des aéroplanes est
parfaitement assurée soit pour les monoplans, soit pour les biplans, à
cause de la grande envergure des surfaces portantes, même lorsqu'elles
sont parfaitement rectilignes comme dans les aéroplanes des types
Wright ou Blériot, ou si les surfaces portantes sont légèrement en V
très ouvert comme dans les types de biplan Ferber ou Farman et de
monoplan _Antoinette_ ou _Demoiselle_ de Santos-Dumont.
[Illustration: FIG. 70]
Dans sa précieuse étude sur _Le problème de l'aviation_, M. Armengaud
jeune, a exposé scientifiquement et d'une manière très claire, comment
par la disposition en T de leurs divers plans, les aéroplanes sont
difficilement renversables, même s'ils sont pris en travers par un
vent d'une certaine force.
Pour abréger, en n'entrant pas dans les détails de la démonstration de
cet éminent technicien, puisqu'il est facile de se reporter à son
étude, on peut se contenter de signaler le fait matériel qu'il met en
évidence:
«Dans le cas d'un plan _a, b, c, d_ (fig. 69, p. 72), se mouvant dans
le sens de la flèche M, si un vent transversal comme celui qui est
indiqué par la flèche V exerce son action sur ce plan, il basculera
d'autant plus facilement que le bras de levier _c o_ dont il subira
l'effort sera plus long.
[Illustration: FIG. 71]
Dans le plan trigone _a, b, c, d, e_ (figure 70, p. 73), au contraire,
la force c, dit M. Armengaud, aura à se composer avec celle qui agit
en _c_^1 centre de pression développé sur la portion caudale _e f_,
pression d'autant plus considérable que la tranche _e f_ est cinq ou
six fois plus longue que la tranche _a c_...», etc...
«Dans ces circonstances, la force perturbatrice du vent sera sinon
tout à fait neutralisée, du moins fort amoindrie et parviendra
d'autant plus difficilement à déranger l'équilibre qu'elle sera
dérangée par l'influence rectrice engendrée par les deux surfaces du
plan aviateur; influence d'autant plus énergique que la vitesse est
plus grande.»
La pratique confirme fort bien cette théorie. Néanmoins, si les
aviateurs semblent assez rassurés en ce qui concerne la stabilité
latérale des aéroplanes en marche rectiligne, ils ont toujours eu, en
revanche, grand souci des _virages_. Dans tous les types d'avions
qu'ils ont fait construire ou bâtis eux-mêmes, comme les frères Wright
et les frères Voisin, ils ont démontré cette présomption par les
dispositifs qu'ils ont imaginés pour faciliter ces virages et réduire
l'inclinaison latérale des appareils, qui en est la conséquence
normale.
[Illustration: FIG. 72]
[Illustration: FIG. 73]
On se rend fort bien compte de cette conséquence en examinant
l'_inégal travail_ de l'envergure dans l'opération du virage.
Il suffit, en effet, de regarder la fig. 71, p. 74, pour voir qu'en
décrivant, de gauche à droite, le quart de cercle _a b_, l'aéroplane C
D refoule par le côté gauche de sa surface portante C, beaucoup plus
d'air que par le côté droit D. Le côté C subissant ainsi, dans le même
espace de temps, un effet de pression beaucoup plus grand, se relève
en proportion de la vitesse et de la petitesse du rayon de la courbe
décrite.
[Illustration: FIG. 74]
Dans les conditions de la figure 71, pour peu que la vitesse ne soit
pas extrêmement réduite, le mouvement de bascule doit fatalement
tendre à renverser l'appareil.
Ce renversement est évité dans la pratique par les aviateurs lorsqu'ils
opèrent leurs virages sur de très larges espaces, en décrivant des
courbes encore bien moins accentuées que celles de la figure 72. Mais on
peut juger de la grandeur des courbes qu'il leur faut décrire par cela
seul qu'ils se plaignent d'être obligés de virer sans cesse pour évoluer
sur le champ d'expériences d'Issy-les-Moulineaux qui mesure 700 mètres
de largeur dans sa partie la plus étroite[22].
[Note 22: La manoeuvre d'ailerons adaptés même aux biplans et
l'audace d'inclinaisons excessives permettent aujourd'hui à
quelques aviateurs des virages très courts; mais ce sont
prouesses presque acrobatiques très imprudentes.]
Frappés de cet inconvénient du virage, bien plus sensible en aviation
que pour tous les autres moyens de locomotion, les frères Wright, dès
le début de leurs essais, se sont préoccupés d'y remédier, et ils y
sont parvenus dans une très large mesure par une déformation mécanique
des extrémités postérieures souples, des surfaces portantes de leur
biplan.
En gauchissant ces extrémités à volonté lorsqu'ils veulent virer, ils
obtiennent les résistances représentées par la figure 73, p. 75.
Comme dans la figure 71, l'aéroplane Wright décrit, de gauche à
droite, un arc de cercle indiqué d'ailleurs par la flèche V. Le
gauchissement de haut en bas des bords postérieurs du côté droit des
plans de soutènement crée une plus grande résistance qui se traduit
par une poussée de bas en haut sur ce côté droit D; poussée indiquée
par les flèches _d d_; et cette pression tend à remonter le côté droit
de l'aéroplane que le virage abaisse. En même temps, sur le côté
gauche C, le gauchissement réalisé en sens contraire de bas en haut,
crée une résistance en sens contraire, et la pression de cette
résistance, indiquée par les flèches cc, tendant à rabaisser le côté
gauche C, combat l'effet de la pression déterminée par le virage, qui
tendrait à faire remonter ce côté C.
Ainsi se produit une neutralisation plus ou moins complète du
phénomène normal qui, dans le virage, tend à faire basculer tout
aéroplane.
Blériot, dans son monoplan, obtient un effet analogue par la manoeuvre
d'ailerons articulés aux extrémités du plan sustentateur de son
appareil (figure 74, p. 76).
On a proposé et l'on étudie même aujourd'hui d'autres moyens d'obvier
aux inclinaisons latérales résultant des virages.
Les effets du _pendule_ et ceux du _gyroscope_ notamment séduisent
plus d'un chercheur.
Dans la suite de cette esquisse ces diverses solutions seront
examinées avec plus de détails.
En résumé, les stabilités longitudinale et latérale sont dès à présent
obtenues d'une façon déjà fort encourageante dans la pratique, puisque
des évolutions de toute nature ont été accomplies soit sur des
aérodromes, soit en pleine campagne ou sur mer par des aéroplanes
biplan et monoplan, à des altitudes, avec des vitesses et contre des
vents bien accentués.
[Illustration: FIG. 75
MONOPLAN BLÉRIOT.--_G_, gouvernail de direction latérale; _Ps_, plan
stabilisateur arrière; _gp_, gouvernails de profondeur ailerons; _P
S_, plan sustentateur; _H_, hélice.]
|Directions.|
[Illustration: FIG. 76
BIPLAN VOISIN, élévation de profil.--_gp_, gouvernail de profondeur
avant; _P S_, plans sustentateurs; _H_, hélice; _Ps_, plans
stabilisateurs arrière; _G_, gouvernail de direction latérale.]
Sans considérer ici longuement la question de la direction des
aéroplanes, puisqu'il faudra y revenir avec précision dans l'exposé de
la conduite pratique de ces appareils, il faut, néanmoins, pour
compléter les données élémentaires précédentes, signaler les organes
employés pour modifier les sens de marche des «plus lourds que l'air».
[Illustration: FIG. 77
BIPLAN TYPE VOISIN, PLAN SCHÉMATIQUE.--_gp_, gouvernail de profondeur
avant; _P S_, plans sustentateurs; _H_, hélice; _Ps_, plans
stabilisateurs arrière; _G_, gouvernail de direction latérale.]
[Illustration: FIG. 78
BIPLAN TYPE WRIGHT, élévation de profil.--_gp_, gouvernail de
profondeur avant; _P S_, plans sustentateurs; _G_, gouvernail de
direction latérale.]
Un gouvernail analogue à celui des navires et qui agit de la même
manière, réalise dans les aéroplanes comme dans les ballons
dirigeables, les changements d'orientation de marche des monoplans et
des biplans, comme ceux des engins à plus grand nombre de surfaces
portantes.
Ce gouvernail «de direction latérale» est une surface plane disposée
verticalement à l'arrière de l'aéroplane et mobile sur un axe
vertical, comme le gouvernail du bateau (fig. 75, 76, 77, 78 et 79,
pp. 78, 79, 80).
[Illustration: FIG. 79
BIPLAN WRIGHT.--_gp_, gouvernail de profondeur avant; _P S_, plans
sustentateurs; _pg_, partie gauchissable des plans sustentateurs; _H_,
hélices; _G_, gouvernail de direction latérale double.]
On pourrait aussi le placer à l'avant, mais il est moins encombrant à
l'arrière et sur les dispositifs munis d'une queue stabilisatrice, sa
position arrière, loin des plans sustentateurs, lui donne plus
d'efficacité parce qu'elle agit alors avec un plus grand bras de
levier.
Avec cet organe, on conduit l'appareil à droite ou à gauche, on le
fait tourner à volonté, décrire des arcs de cercle ou des
circonférences plus ou moins grandes. Mais, l'air, domaine des
appareils aviants, n'est pas comme la terre ou comme l'eau, «_une
surface_ de locomotion» pour l'aviateur; c'est «_un milieu_», dans
lequel il doit se diriger non seulement suivant l'horizontale, mais
encore suivant la verticale. Il n'a pas qu'à tourner à droite ou à
gauche: il lui faut aussi monter ou descendre, et l'on a vu
précédemment que ses évolutions dans le sens vertical sont commandées
par un «gouvernail de profondeur», placé soit en avant, soit en
arrière (type Blériot-monoplan) et qui sert parfois de plan
stabilisateur (type du biplan américain Wright).
Ce gouvernail de profondeur, complément indépendant du gouvernail de
direction horizontale, se compose, lui aussi, d'une surface plane
(parfois deux); mais elle est placée horizontalement et se meut autour
d'un axe horizontal, ou d'une genouillère qui lui permet de prendre
des inclinaisons encore plus variées par rapport à la ligne de
l'horizon.
Enfin, l'on a encore vu précédemment que l'angle d'attaque des
surfaces portantes d'une part, et la vitesse de la marche d'autre
part, sont des éléments de l'aviation qui ont leur effet sur les
déplacements du plus lourd que l'air dans le sens de la hauteur.
Si la vitesse, ou la grandeur, de l'angle d'attaque augmente,
l'aéroplane s'élève. En cas de diminution pour l'un de ces deux
facteurs, le résultat est inverse.
Enfin, la force du vent est aussi une influence dont il faut tenir
compte, puisqu'elle peut, en augmentant la pression sur les surfaces
portantes, si l'aéroplane marche contre lui, provoquer une ascension
de l'appareil.
Une récapitulation générale de toutes ces données peut se résumer
ainsi:
1º Avec l'angle d'attaque pour lequel il a été construit et avec sa
vitesse normale, l'aéroplane en air calme progresse horizontalement et
en ligne droite. Son gouvernail de direction latérale est alors
perpendiculaire à la ligne de l'horizon et son gouvernail de
profondeur rigoureusement horizontal.
2º Si des ondes de vent modifient accidentellement la stabilité
longitudinale de l'appareil, le plan stabilisateur réduit et corrige
les oscillations longitudinales produites (tangage). À défaut de queue
stabilisatrice agissant automatiquement, le gouvernail de profondeur,
actionné par l'aviateur, produit ces réductions et ces corrections.
3º Abstraction faite des oscillations accidentelles susdites[23], une
augmentation persistante de la vitesse du vent debout, augmente la
résistance rencontrée par l'aéroplane. Elle augmente, par conséquent,
la pression X qu'il exerce par sa progression et qui le soutient,
d'une pression supplémentaire X^1 (celle de la vitesse du vent) qu'il
subit et qui, venant en surcroît de la sienne, élève l'aéroplane.
[Note 23: Le vent n'est pas un souffle _continu d'intensité
constante_ comme le courant d'eau d'une rivière à cours
régulier; c'est une sorte de houle dans laquelle des
alternances d'intensité diverses se succèdent sans relâche.]
En ce cas, pour ne pas s'élever, il faut qu'il réduise son angle
d'attaque en faisant agir le gouvernail de profondeur, ou qu'il
réduise sa vitesse.
Après cette modification compensatrice, si le vent diminue ou cesse
plus tard, il devra faire une modification inverse pour revenir aux
conditions initiales de sa marche.
4º Si l'aviateur veut modifier sa direction horizontale, c'est-à-dire
aller à droite ou à gauche, rebrousser chemin ou décrire un cercle, le
gouvernail de direction latérale suffit pour ces évolutions.
Son action peut, en outre, corriger celle d'un vent latéral faisant
dériver l'avion et l'écartant de son but.
En provoquant un virage trop peu étendu, le gouvernail de direction
latérale détermine une inclinaison latérale de l'appareil qui résulte
de la différence des pressions exercées par les deux côtés des
surfaces portantes. Mais l'aviateur peut atténuer et neutraliser cet
effet par le gauchissement des surfaces portantes (système Wright),
par la manoeuvre d'ailerons mobiles (système adopté par Blériot) ou
par l'emploi d'autres influences compensatrices.
5º Pour monter ou descendre, l'aviateur fait agir le gouvernail de
profondeur qui impose à l'appareil des déplacements verticaux sans
modifier le régime normal de sa marche.
Il peut obtenir aussi les mêmes déplacements verticaux soit par la
modification de l'angle d'attaque, soit par la modification de la
vitesse.
En résumé, les moyens de diriger ne manquent pas. Ils sont plutôt trop
abondants, car ils ne simplifient pas la manoeuvre et l'on a déjà
cherché, avec plus ou moins de succès, comme on le verra dans la
description des principaux types d'aéroplanes, des systèmes de
jonction de commande, ayant pour but de réduire les manoeuvres du
pilote-aviateur au plus petit nombre possible d'actes et de
préoccupations.
|Force motrice.--Moteurs.|
L'oiseau et surtout les insectes qui volent, possèdent une force
prodigieuse par rapport à leur poids. L'observation de la Nature
enseigne ainsi que le rapport entre la force et le poids est une
condition absolue de l'aviation.
Le problème de la sustentation du plus lourd que l'air, même après les
belles études théoriques et pratiques du «vol plané», ne put donc être
résolu qu'à partir du moment où l'industrie de la locomotion
automobile parvint, de progrès en progrès, à fournir des moteurs
extrêmement légers quoique puissants.
Le moteur à pétrole, mieux dénommé: _moteur à explosion_, est
infiniment plus léger que le moteur à vapeur parce qu'il ne comporte
ni foyer, ni chaudière, ni l'énorme approvisionnement d'eau et de
charbon qui encombre nos locomobiles terrestres ou maritimes.
C'est un moteur réduit à l'organe qui produit la poussée du piston:
_le cylindre_, et aux pièces articulées qui transforment le mouvement
de va-et-vient de ce piston en un mouvement rotatif.
Un combustible extrêmement léger par rapport à la puissance qu'il
développe: l'essence de pétrole, est volatilisé dans une quantité
d'air déterminée pour former dans le cylindre un mélange explosif
(carburation)[24]. Une étincelle électrique enflamme ce mélange, comme
la capsule enflamme la poudre dans un fusil. L'explosion se produit et
chasse le piston, comme la déflagration de la poudre chasse la balle
ou l'obus dans le cylindre de la carabine ou du canon.
[Note 24: D'autres carburants tels que l'acétylène, par
exemple, pourraient remplacer l'essence de pétrole, et c'est
pourquoi les moteurs utilisant des mélanges de gaz explosifs
sont mieux dénommés moteurs à explosion que moteur à pétrole,
quoique l'essence de pétrole soit encore exclusivement
employée aujourd'hui comme carburant dans ces moteurs.]
On sait, par les voitures automobiles et par les motocycles, que ces
moteurs à explosion ne tiennent presque pas de place, et possèdent une
force considérable.
Le mouvement rectiligne de leur piston, transformé en mouvement
circulaire par des pièces articulées spéciales (bielles), fait tourner
un axe (arbre) qui est celui des roues dans les appareils roulants
(automobiles, motocycles) ou de l'hélice dans les bateaux et les
aéroplanes ou les dirigeables.
Cet _exposé schématique_ du principe des moteurs à explosion suffit
pour faire comprendre que la machine motrice qu'ils constituent est
réduite à la plus simple expression possible.
[Illustration: FIG. 80.--Moteur en V et hélice métallique.]
Quand l'explosion de l'air carburé (c'est-à-dire du mélange détonant
d'air et d'essence de pétrole volatilisée) a chassé le piston jusqu'à
l'une des extrémités du cylindre, il faut qu'il revienne en arrière
pour refouler et chasser les gaz brûlés par des orifices qui s'ouvrent
automatiquement; il faut encore que le piston reparte pour aspirer
derrière lui l'air et l'essence volatilisée qui fourniront une
nouvelle détonation; il faut enfin qu'il revienne encore une seconde
fois en arrière pour comprimer ce mélange détonant. Alors une seconde
inflammation, une seconde explosion se produisent, et le piston,
chassé une seconde fois avec force, exerce, par l'intermédiaire des
pièces articulées, un second effort de rotation sur l'axe ou arbre
moteur de l'hélice (si celle-ci est _calée_, c'est-à-dire fixée
directement sur cet arbre; ce qui est le cas le plus général).
Ainsi, la force de propulsion ne s'exerce qu'une fois par quatre
mouvements du piston; puisque, sur deux allers et deux retours, le
premier retour est employé à l'expulsion des gaz, le second aller à
l'aspiration du mélange détonant, et le second retour à la compression
de ce mélange avant l'allumage pour l'explosion suivante.
Une partie de l'élan donnée par l'explosion à un volant est utilisée à
produire ces trois mouvements, qui préparent l'explosion suivante. Il
y a donc ainsi une importante déperdition de la force engendrée par
l'explosion, et une suspension relativement très longue entre les
productions de forces, puisqu'elle atteint la proportion énorme de
3/4.
L'industrie automobile a depuis longtemps corrigé ces défauts en
composant des moteurs de deux, puis de plusieurs cylindres exerçant
leurs actions sur le même arbre. (Les groupes de ces cylindres sont
opposés, ou disposés en étoile, ou en V, pour l'aviation, fig. 80, p.
85).
Ces adjonctions augmentaient le poids total, mais elles ont permis, en
revanche, de réduire, puis de supprimer le volant,--pièce fort
lourde,--qui n'a plus été nécessaire lorsque l'arbre, par la
multiplication des détonations produites dans un même espace de temps,
n'a plus cessé d'être actionné un seul instant[25].
[Note 25: L'hélice est d'ailleurs elle-même pour l'aéroplane
une sorte de volant.]
L'augmentation du nombre des cylindres agissant sur un même arbre a
permis d'autres simplifications mécaniques allégeantes.
Le choix des matières métalliques a fait réaliser des économies de
poids non moins grandes. On a remplacé les métaux lourds, comme la
fonte, par de l'aluminium partout où la résistance de ce métal si
léger pouvait être suffisante. On a beaucoup diminué l'épaisseur des
cylindres, sans compromettre leur solidité indispensable, en les
construisant avec des aciers comme ceux, si résistants, qui servent à
la fabrication des armes de guerre et des cuirasses de navires.
En ce sens, d'amélioration en amélioration, on est arrivé à faire des
moteurs ne pesant que 2 kilogrammes, 1 kilog. 500 et même 1 kilogramme
par cheval-force.
L'allègement nécessaire a été de cette façon plutôt dépassé, car il
est démontré aujourd'hui par l'expérience que les moteurs dont le
cheval-force pèse 2 kilogrammes et même 2 kilogrammes 500, sont bien
assez légers pour l'aviation.
Il importe que la solidité, la résistance à l'usage et la régularité
ainsi que la longue durée du fonctionnement ne soient pas sacrifiées à
la légèreté.
En général, grâce au développement de la locomotion automobile, la
construction des moteurs s'est tellement perfectionnée, que presque
tous les moteurs sont excellents. Mais ces engins, véritables bijoux
de mécanique, ont une délicatesse extrême. L'allumage, le graissage,
l'échauffement, qui dilate trop les matières, l'encrassement des
soupapes, ainsi que nombre d'autres causes produisent dans le
fonctionnement de ces merveilles, des arrêts, ou _pannes_, encore trop
fréquents.
On considère l'aéroplane comme une sorte de cerf-volant soutenu en air
calme par la traction de sa corde. L'hélice, dans cette conception,
est la corde qui tire. Si elle cesse de tourner, l'aéroplane se trouve
dans la situation du cerf-volant tiré. Quand la corde casse: il tombe.
Cette appréciation, trop absolue, n'est pas exacte en matière
d'aviation. Bien construit, bien équilibré, l'aéroplane ne tombe pas,
en cas d'arrêt du moteur: _il descend_. Coupant l'allumage, et par
conséquent arrêtant le moteur, on descend aujourd'hui couramment en
vol plané de n'importe quelle hauteur, fût-ce de plus de 2.000 mètres
(Legagneux, Hoxsey, Paulhan, Chavez à Issy-les-Moulineaux, etc.)
Mais si l'arrêt du moteur ne compromet pas la vie du pilote et
l'appareil lui-même, lorsque cet arrêt se produit dans des conditions
favorables à la descente (plaine unie), il est bien évident, en
revanche, que, l'aviation n'ayant point pour but des évolutions
aériennes limitées aux champs d'expériences, il faut prévoir le cas où
l'arrêt mécanique se produirait lorsque l'avion surplombe une grande
étendue où la descente lui serait dangereuse, sinon fatale, telle
qu'une grande ville, une mer, une forêt, un large fleuve, une foule,
etc.
Les pannes, trop fréquentes, des moteurs ultra-légers légitiment les
critiques dont ils sont l'objet à ce point de vue. Néanmoins, il faut
reconnaître qu'elles tendent à se raréfier.
Nous sommes déjà bien loin, comme résultats, de l'époque, si récente
pourtant, où des parcours de quelques kilomètres, des sustentations de
quelques minutes étaient prouesses.
Nos aviateurs ont fait en plein pays des circuits fermés de grande
étendue et de longue durée. Blériot a traversé la Manche. Le comte de
Lambert, partant de Juvisy, est venu planer sur Paris, et tourner à
200 mètres au-dessus de la Tour Eiffel; puis il est reparti sans
escale pour revenir à son point de départ, où il est arrivé sans
aucune difficulté. Farman, à Pau, s'est maintenu 7 heures dans
l'espace couvrant une distance de 486 kilom.; Tabuteau l'a dépassé par
un aviat sans arrêt de 585 kil. 900. Des distances plus grandes ont
été depuis franchies avec escales, et les prouesses du _Circuit de
l'Est_ à cet égard sont encore dans la mémoire de tous. Ces exploits
ne sont pas exceptionnels, puisqu'ils ont été «approchés» nombre de
fois par d'autres aviateurs. Il est donc permis d'affirmer qu'avant
peu la question des _pannes_ de moteur, sera tout à fait résolue par
l'accouplement de deux moteurs se remplaçant automatiquement en cas
d'arrêt de l'un d'eux... ou même d'autre manière.