Le vol dit « au 2^ème régime » constitue une phase durant laquelle l’avion se trouve à forte incidence et donc à vitesse faible. En terme de définition, on distingue 2 frontières pour séparer cette plage de 2ème régime de celle du « 1^er régime »:

• soit la vitesse correspondant au minimum de la courbe de puissance nécessaire au vol (Vpmini). Dans la zone située en dessous de Vpmini, et si on considère le vol en palier, la puissance nécessaire au vol augmente quand on veut réduire la vitesse, ce qui est l’inverse du vol effectué à des vitesses supérieures à Vpmini, appartenant au 1^er régime. La puissance motrice n’intervient donc pas pour définir cette limite 2^ème régime / 1^er régime

• soit la vitesse induisant un taux de montée maximum (Vy), ce deuxième critère faisant donc intervenir la puissance pouvant être délivrée par le moteur. Cette définition est souvent utilisée, c’est celle qui est introduite ici, en ne traitant uniquement que du cas d’un groupe motopropulseur (GMP)

Cette phase de vol au 2^ème régime se rencontre essentiellement durant la finale avant atterrissage et la montée initiale après le décollage. Et bien sûr, lors des exercices de vol lent effectués lors de la formation de l’élève-pilote !

Présentation habituellement rencontrée : réalisme du phénomène ?

Toute documentation se voulant expliquer – à juste titre – ce domaine particulier du domaine de vol introduit de manière systématique le type de graphique suivant, dans lequel sont représentées les courbes de puissance nécessaire au vol (Pn) et puissance dite « utile » délivrée par le GMP (Pu) en fonction de la vitesse de l’avion. Ces courbes sont « d’allure générale » mais on est conduit néanmoins à des interrogations sur leur représentativité réelle de ce domaine de vol.

Les courbes Pu et Pn peuvent effectivement se croiser dans les basses vitesses sous certaines conditions et par conséquent présenter une zone critique, mais ce n’est heureusement pas le cas dans une majorité de vols. Sinon, il ne serait jamais possible, par exemple, de réaliser des exercices de décrochages complets en conservant le palier avec une puissance inférieure à la puissance maximum ou en montée à puissance maximum. La présence de la zone critique signifie que la vitesse de décrochage (Vs) est inférieure à la vitesse Vpep1 et que celui-ci ne peut se produire que sur une trajectoire descendante.

Courbes théoriques calculées

Ci-dessous 3 graphiques montrant les courbes théoriques établies à partir des caractéristiques des avions (moteur, cellule) dans les conditions indiquées. Celles-ci ne peuvent évidemment représenter exactement la réalité en raison de l’incertitude sur les valeurs utilisées pour le calcul théorique (Cpx, e, rendement hélice). Néanmoins, pour le DR 400, elles sont confortées dans leur ordre de grandeur par des mesures en vol.

On constate en particulier que:

1. La courbe Pu à puissance maximum augmente de façon continue, résultat principalement de l’accroissement du rendement hélice avec la vitesse de l’avion. Le sommet, correspondant au rendement maximum de l’hélice (de l’ordre de 0.8), se trouve aux environs de la vitesse maximum de vol en palier (croisement des courbes, point Pep2).

2. La forme de la courbe Pn est assez plate dans la plage de vitesses correspondant à Pn minimum et ne remonte pas vers la verticale vers de fortes valeurs de puissance comme présenté souvent. L’équation de cette courbe, de la forme Pn = AV³ + B/V, limitée à gauche par la vitesse de décrochage, ne permet pas une telle représentation. On peut envisager de façon théorique une légère déformation de la courbe due au fait que la relation théorique ci-dessus ne s’applique plus au voisinage immédiat du décrochage, mais en vol, on ne voit pas grand chose…

3. De façon générale, la vitesse à laquelle Pn est minimum (= Vpmini) est faible et donc située dans la zone extrême gauche de la courbe, peu éloignée du décrochage. On démontre que Vpmini = 0,76 Vfmax (Vfmax : vitesse de finesse maximum). Voir démonstration ICI.

En général, Vpmini est de l’ordre de 1.2 Vs.

4. L’écart maximum Pu – Pn se produit à une vitesse supérieure à celle correspondant à Pn minimum.

La présence de la zone critique peut rendre la phase de décollage particulièrement délicate et générer une probabilité d’accident notable.

Exemple: accident au décollage -voir détails ICI)

Les courbes suivantes sont tracées à partir des données d’un rapport du BEA concernant l’accident en montée initiale après décollage d’un DR 400/120. La plage critique est importante, conséquence d’une température élevée et d’une masse avion très supérieure à la masse maximum autorisée.

Important: dans un tel exemple, il faut comprendre que ce n’est pas le fait « d’être au second régime » qui génère la criticité de la situation, que l’on prenne comme définition de la vitesse de séparation des régimes soit Vpmini (ici 110 km/h), soit la vitesse de Vz maximum (ici 135 km/h).

→ C’est essentiellement la conséquence d’un déficit de puissance disponible (Pu-Pn trop faible au regard de la masse et des conditions météo), induisant sur toute la plage de vitesses (du 2ème et du 1er régime) des valeurs de vitesses verticales, et donc de pente maximum possible après la rotation, dégradées.

Comment expliquer le second régime à l’élève-pilote…?

L’expérience révèle que beaucoup de pilotes n’ont pas une compréhension optimum du phénomène, considèrent que cette phase du vol est anormale et systématiquement dangereuse. Les raisons sont nombreuses, parmi celles-ci la présentation de ce domaine étant effectuée à partir de courbes de puissance de formes aussi variées qu’il est possible d’en dessiner, sans aucune quantification des puissances et de la vitesse, se croisant systématiquement dans les basses vitesses. Et également la définition plus ou moins floue, suivant les formateurs, de ce que l’on nomme vitesse de séparation des 1er et 2ème régimes de vol.

Il apparaît nécessaire de s’attacher aux points suivants:

1. Bien définir préalablement ce qu’est le domaine de vol dit « second régime », en particulier la vitesse qui le sépare du 1er régime, soit, comme indiqué plus haut:

• la vitesse correspondant au minimum de la puissance nécessaire au vol (Vpmini) ou,
• la vitesse correspondant à la vitesse verticale maximum (Vy).

2. Présenter des courbes de puissance nécessaire au vol (Pn) et utile (Pu) réalistes, correspondant aux caractéristiques aérodynamiques, au GMP et au type d’hélice utilisés sur l’aéronef concerné. En conséquence:

→ Tracer au tableau une courbe Pu montrant un palier sur le domaine de vitesses usuelles d’un DR 400 ou un Cessna 172 est inadapté.

→ Montrer une courbe Pn qui, dans sa partie gauche, remonte de façon verticale vers des valeurs de puissance élevées à l’approche de la vitesse de décrochage, est osé… On peut expliquer de façon théorique une augmentation notable du Cxi au voisinage du décrochage, et donc un léger redressement de la courbe (la relation Cxi = Cz² / π ƛ e n’est plus applicable à cet endroit), mais les mesures en vol ne permettent pas de mettre en évidence la déformation de cette partie de la courbe. Les formes des courbes Traînée et Pn présentées doivent être cohérentes entre elles. Voir ICI

3. Se cantonner au domaine de vol de l’avion. Une courbe Pu qui démarre depuis V = 0 ne présente aucun intérêt et risque d’entraîner une confusion dans l’esprit de l’élève-pilote.

4. Montrer l’influence de la configuration (lisse ou avec volets), de la masse et des conditions météorologiques (pression, température) sur la position de la courbe Pn.

5. Eviter de présenter systématiquement des courbes Pu et Pn qui se croisent dans le domaine des basses vitesses de l’avion. Ceci peut hélas se produire mais n’est pas une généralité. C’est donc surtout sur ce point particulier de présence d’une zone critique, et les conditions qui peuvent y conduire, que l’accent doit être mis.

Mesures en vol

Dans la mesure du possible, et bien que ceci ne soit pas inclus dans le programme de formation, effectuer des mesures en vol, avec des conditions de masses différentes, en lisse et avec volets, pour illustrer la partie théorique et comprendre le comportement de l’avion, en particulier dans le domaine des basses vitesses:

• vol à puissance maximum à différentes vitesses (donc essentiellement montée) jusqu’à la vitesse maximum possible en palier. A partir des couples RPM / Vi, des données moteur du constructeur et de la courbe de rendement hélice, on peut estimer la courbe de puissance utile Pu à puissance maximum. Voir exemple ICI.

• vol en palier à différentes vitesses entre Vs et la vitesse de croisière maximum. Les couples RPM / Pression d’admission (si disponible) permettent, à partir des données du moteur, d’approcher la courbe Pn. Voir exemple ICI.

• vol en montée continue, à différentes vitesses, à puissance maximum,jusqu’au décrochage (Vs). Les couples Vz / Vi renseignent sur l’écart entre la courbe Pu et la courbe Pn (Pu-Pn = Vz.m.g). La Vz juste avant le décrochage indique – ou non – un croisement des courbes (présence d’une zone critique). Ces dernières mesures doivent (en principe…☺) reboucler avec celles effectuées ci-dessus pour tracer les courbes Pu et Pn.

Décollage et second régime

Quelques informations additionnelles et recommandations ICI…