Centre de poussée (Cp) et Foyer (F)
Centre de poussée
Rappel: le centre de poussée correspond au point d’application de la résultantes des forces de portance. C’est donc le point où la somme du moment de ces différentes forces est nulle.
Centre de poussée de l’aile seule (Cp)
Considérons une aile de profil dissymétrique, tel le profil NACA 2412. La répartition de pression sur l’extrados et l’intrados varie avec l’incidence, comme le montrent les figures 1 et 2 ci-dessous correspondant à 2 incidences, respectivement 2° et 10°.
Pour l’incidence de 10°, la répartition plus en avant de la zone de dépression et sa forte valeur comparée à celle correspondant à l’incidence de 2° est telle que la résultante des forces de pression/dépression est située plus en avant.
De façon générale, on retiendra que le centre de poussée avance vers le bord d’attaque quand l’incidence augmente. Pour le profil précédent, les valeurs en fonction de l’incidence (alpha) sont les suivantes:
| Alpha (°) | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 |
| d | 0.465 | 0.370 | 0.337 | 0.319 | 0.307 | 0.299 |
d représente la distance depuis le bord d’attaque exprimée en fraction de la corde de profil prise égale à 1.
Cas d’un profil symétrique
On constate que la répartition des forces de pression / dépression est telle que le centre de poussée est fixe quelque soit l’incidence. Il se trouve situé une distance du bord d’attaque de l’ordre de 0.25.c.
Centre de poussée de l’avion complet (Cpa)
En plus de la portance de l’aile, le plan de profondeur génère une portance afin de stabiliser le système et de permettre les variations de trajectoire dans le plan vertical par modification de cette portance suite à modification de l’incidence de cette gouverne. La conception d’une majorité d’appareils est telle que le plan de profondeur génère une portance négative (= déportance) dans une majorité de cas de vol. L’équilibre des forces est comme suit:
Z1 est la portance de l’aile, Z2 celle du plan de profondeur. En vol, et afin de maintenir un équilibre stable (c’est-à-dire aucune rotation autour du centre de gravité), la résultante de Z1 – Z2 doit donc se situer à une position du centre de poussée « avion complet » Cpa confondue avec celle du centre de gravité de l’avion (G)
Foyer
Foyer de l’aile seule (F)
Comme vu ci-dessus, le centre de poussée (Cp) avance vers le bord d’attaque quand l’incidence augmente. Parallèlement, la force de portance qui s’y applique augmente.
Considérons un point X situé entre Cp et le bord d’attaque A. On peut définir le moment de Z par rapport à ce point : Mz/X = – Z . (d – x). Voir figure 5.
Il existe une position de X pour laquelle Mz/X est constant quelque soit l’incidence.
Z . dF = cte quelque soit la valeur de Z et dF.
Ce point particulier désigné F est le foyer de l’aile.
ll se trouve situé à une distance du bord d’attaque de l’ordre de 0.25c.
Cette position est quasiment la même quelque soit le profil de l’aile et correspond à des vitesse faibles (pour de fortes vitesses, telles celles rencontrées en supersonique, la position recule vers le milieu de l’aile).
La valeur de Mz/foyer dépend de la cambrure du profil. Mz est d’autant plus négatif que la cambrure augmente. Mz est nul pour un profil symétrique. Dans ce dernier cas, la position du foyer correspond à celle du centre de poussée.
Foyer de l’avion complet (Fa)
Les autres parties de l’avion, en particulier le plan arrière de profondeur, possèdent également un foyer, ce qui conduit à l’apparition d’un foyer « résultant » se situant entre le foyer de l’aile et celui du plan de profondeur, sa position dépendant des surfaces respectives et de la distance les séparant.
A l’image de l’aile, le foyer avion (Fa) se définit comme le point par rapport auquel le moment de l’ensemble des forces de portance est constant quand l’incidence augmente.
Note: autre définition du foyer avion
Nous venons de voir que, quand l’incidence varie, le moment des forces de portance par rapport au foyer reste constant.
Revenons au cas général, présenté sur la figure 4 (avion complet). La résultante des forces de portance est Z = Z1 – Z2
Mais quand l’incidence varie, Z1 devient Z1 + ΔZ1 et Z2 devient Z2 – ΔZ2. Il s’ensuit une augmentation de la portance résultante de Δ Z = ΔZ1 + ΔZ2.
Puisque le moment de cette nouvelle force Z + Δ Z par rapport au foyer est le même que le moment de Z, tout se passe comme si Δ Z était appliquée au foyer et n’apportait donc aucune contribution au moment. Effectivement, le moment d’une force par rapport à son point d’application est nul.
Pour cette raison, le foyer est souvent défini comme étant le point d’application des variations de portance.
Il faut bien être conscient que la portance dont on fait allusion dans cette définition est la portance totale de l’appareil et non de l’aile seule.
Les deux schémas de la figure 6 ci-dessous expriment ce concept.
