QCM BIA aérodynamique : 20 questions corrigées gratuites

Bonne réponse : D — décolle de l'extrados

À incidence positive croissante, l'écoulement sur l'extrados rencontre des conditions qui favorisent le décollement de la couche limite. Lorsque l'incidence critique est atteinte, la séparation devient suffisamment importante pour entraîner le décrochage et une diminution de la portance. Dans le cas usuel envisagé ici, c'est donc le décollement de l'extrados qui est recherché, et non celui de l'intrados. L'écoulement ne reste pas laminaire sur tout le profil à l'approche de ce phénomène. La première proposition est également incorrecte : elle décrit un retour à un écoulement laminaire au bord de fuite, alors que la zone décollée est fortement perturbée.

Bonne réponse : D — La portance équilibre le poids.

En vol horizontal rectiligne stabilisé, la vitesse et l'altitude sont constantes : les forces se compensent. Dans le modèle usuel, la portance équilibre donc le poids sur l'axe vertical. Une portance inférieure au poids ne permettrait pas de maintenir cet équilibre. La traction équilibre la traînée sur l'axe de déplacement, et non la portance. Il n'y a aucune raison pour que la traction et la portance aient la même valeur.

Bonne réponse : D — le facteur de charge augmente.

Le décrochage survient lorsque l'aile atteint son incidence critique et son coefficient de portance maximal. À configuration et masse constantes, une augmentation du facteur de charge exige davantage de portance et conduit à atteindre cette limite à une vitesse plus élevée. La relation est Vs(n) = Vs(1) × √n, où n est sans unité et où les deux vitesses s'expriment dans la même unité. Une diminution du facteur de charge produit l'effet inverse. Une diminution de masse réduit également la portance nécessaire et la vitesse de décrochage. La consommation de carburant diminuant normalement la masse de l'avion, elle ne provoque pas l'augmentation proposée.

Bonne réponse : D — La trainée induite était très importante.

La réponse attendue est la traînée induite importante, associée ici à une voilure de faible envergure et aux interactions entre les plans porteurs. La traînée induite est la part de résistance aérodynamique liée à la production de portance ; la traînée totale dépend aussi des mâts, des haubans et des surfaces supplémentaires. La superposition des ailes permet d'obtenir une grande surface portante avec une envergure réduite, de sorte que le gain de portance n'est pas nécessairement négligeable. Ni une masse incompatible avec la motorisation ni une complexité excessive des commandes ne constituent une conséquence obligatoire du triplan. Il faut toutefois nuancer l'énoncé : la traînée induite ne dépend pas du seul nombre d'ailes, mais de la géométrie et des conditions de vol. Historiquement, le célèbre triplan du Baron Rouge était un Fokker Dr.I, et non un Albatros.

Bonne réponse : D — 5.

La finesse en vol plané correspond au rapport entre la distance horizontale parcourue et la hauteur perdue, en air calme. Ici, la distance est de 5 m et la hauteur perdue de 1 m. On obtient donc f = 5 m / 1 m = 5, sans unité. Cela signifie que l’avion avance de cinq mètres pour chaque mètre de hauteur perdu. Les valeurs 0,5, 1 et 2 ne correspondent pas au rapport des distances données.

Bonne réponse : D — l’angle entre le vent relatif et la corde de l’aile.

L’incidence est l’angle formé par la corde du profil de l’aile et la direction du vent relatif. Elle influence directement les coefficients aérodynamiques et joue un rôle essentiel dans le décrochage. L’angle entre l’horizontale et l’axe longitudinal de l’avion correspond à l’assiette, pas à l’incidence. Une distance entre bord d’attaque et bord de fuite caractérise une dimension du profil ou de l’aile, et non un angle. L’écartement entre deux nervures est une caractéristique de construction sans rapport avec la définition de l’incidence.

Bonne réponse : A — dépend de la surface du corps.

La résistance de l’air, appelée traînée, dépend notamment de la surface de référence du corps. Elle s’écrit D = ½ ρ V² S Cx, avec ρ en kg/m³, V en m/s et S en m², tandis que Cx est sans unité. Le résultat est une force exprimée en newtons, et non une masse exprimée en kilogrammes. À vitesse, masse volumique et coefficient de traînée constants, la traînée est proportionnelle à S, pas à S². C’est la vitesse qui intervient au carré dans cette expression, ce qui explique le piège de la dernière proposition.

Bonne réponse : B — 500 m

En vol plané stabilisé en air calme, la finesse est le rapport entre la distance horizontale parcourue et la hauteur perdue. On suppose ici que le planeur vole à sa finesse maximale de 40, soit 40 mètres parcourus pour 1 mètre perdu. La distance est d'abord convertie : 20 km = 20 000 m. La perte d'altitude vaut donc 20 000 m ÷ 40 = 500 m. Les pertes de 250 m, 1 000 m et 2 000 m correspondraient respectivement à des finesses de 80, 20 et 10, et non à la finesse utilisée dans le calcul demandé.

Bonne réponse : D — de diminuer la vitesse de décrochage dans certaines phases de vol (par exemple : au décollage et à l'atterrissage).

Les becs et les volets permettent d'augmenter le coefficient de portance maximal de l'aile. À masse et facteur de charge identiques, cette augmentation diminue la vitesse de décrochage. L'avion peut ainsi décoller ou atterrir à une vitesse plus faible. Diminuer la portance correspond au rôle de dispositifs hyposustentateurs, et non hypersustentateurs. Les volets augmentent généralement la traînée : leur objectif n'est donc ni de la diminuer ni d'augmenter la vitesse de décrochage.

Bonne réponse : D — portance / poids.

Dans le cadre usuel de l'étude du vol, le facteur de charge est le rapport entre la portance et le poids : n = L/P. Les deux forces étant exprimées en newtons, ce rapport est sans dimension. En vol rectiligne horizontal stabilisé, la portance équilibre le poids et le facteur de charge vaut 1. Le rapport portance sur traînée définit la finesse, et non le facteur de charge. Les rapports poids sur traînée et traînée sur poids ne correspondent pas non plus à sa définition.

Bonne réponse : A — incidence.

À configuration et état de surface donnés, le décrochage survient lorsque l'aile atteint son incidence critique. L'incidence est l'angle entre la corde du profil et la direction du vent relatif. Au-delà de cette valeur, le décollement de l'écoulement entraîne une dégradation importante de la portance. La vitesse de décrochage varie notamment avec la masse et le facteur de charge, et n'est donc pas constante. L'inclinaison ne déclenche pas directement le décrochage, même si un virage en palier augmente le facteur de charge. L'assiette est mesurée par rapport à l'horizon et ne suffit pas à connaître l'incidence ; le mot « toujours » suppose ici une configuration aérodynamique inchangée.

Bonne réponse : A — 1 à 70.

La finesse mesure l’efficacité aérodynamique par le rapport portance/traînée. Elle varie fortement selon le type d’aéronef, les avions ayant généralement des finesses plus faibles que les planeurs performants. Parmi les intervalles proposés, 1 à 70 est celui qui représente le mieux cette diversité, sans signifier que tous les appareils atteignent ses extrêmes. L’intervalle 30 à 40 est trop étroit et exclut de nombreux avions. L’intervalle 1 à 10 exclut les planeurs performants, tandis que 50 à 100 donne des valeurs trop élevées pour représenter l’ensemble des avions et planeurs.

Bonne réponse : B — la température, l’altitude de l’aéroport, la masse de l’avion.

La distance de décollage dépend notamment de la masse de l’avion et de la densité de l’air. Une masse plus élevée nécessite davantage de portance et tend à augmenter la vitesse nécessaire au décollage ainsi que la distance d’accélération. Une température élevée et une altitude importante diminuent la densité de l’air, ce qui dégrade généralement les performances de décollage. Il faut donc considérer les trois paramètres proposés, et non uniquement la masse ou uniquement l’altitude. D’autres facteurs, comme le vent, la pente et l’état de piste, interviennent aussi et doivent être traités selon le manuel de vol.

Bonne réponse : A — inférieure au poids.

En montée rectiligne uniforme, l’accélération est nulle et les forces se compensent. Dans le modèle usuel où la traction est parallèle à la trajectoire, l’équilibre perpendiculaire à celle-ci donne L = P cos γ, γ étant l’angle de montée. Comme cos γ est inférieur à 1 pour une montée de pente positive, la portance L est inférieure au poids P. La traction compense la traînée et la composante du poids parallèle à la trajectoire. La portance n’a donc aucune raison d’être égale à la traînée, et son égalité avec le poids correspond au palier dans ce modèle. Une portance supérieure au poids n’est pas nécessaire pour maintenir une montée rectiligne uniforme.

Bonne réponse : A — la portance équilibre le poids

Dans le modèle usuel du vol rectiligne en palier stabilisé, la vitesse et l'altitude sont constantes, donc la somme des forces est nulle. Sur l'axe vertical, la portance équilibre le poids. Sur l'axe horizontal, la force de propulsion équilibre la traînée : ces deux forces ne sont donc pas équilibrées par la portance. La résultante aérodynamique est la somme vectorielle de la portance et de la traînée, et non une force indépendante opposée à la portance. Cette réponse suppose bien le palier rectiligne, car en virage en palier la portance est inclinée et sa valeur doit dépasser le poids.

Bonne réponse : D — augmente avec l'inclinaison.

En virage en palier coordonné, la composante verticale de la portance doit équilibrer le poids. Pour une inclinaison φ, on obtient L cos φ = P, donc un facteur de charge n = L/P = 1/cos φ. Lorsque l'inclinaison augmente, son cosinus diminue et le facteur de charge augmente. Il vaut 2 à 60° d'inclinaison, mais pas à toutes les inclinaisons. Cette relation dépend de la géométrie du virage, et non uniquement du type d'aéronef.

Bonne réponse : A — de conserver la portance à vitesse réduite.

La portance dépend notamment du carré de la vitesse et du coefficient de portance : L = ½ ρ V² S Cz. Lorsque la vitesse diminue, il faut augmenter le coefficient de portance pour conserver une portance suffisante. Les volets augmentent la cambrure du profil et le coefficient de portance maximal, ce qui permet une approche à vitesse plus faible. Leur sortie augmente généralement aussi la traînée, particulièrement aux braquages d'atterrissage, plutôt que de la diminuer. Leur objectif n'est donc ni de réduire la portance ni d'augmenter la vitesse.

Bonne réponse : C — perpendiculaire à la direction du vent relatif.

La résultante aérodynamique se décompose conventionnellement en portance et en traînée dans un repère lié au vent relatif. La portance est, par définition, perpendiculaire à la direction du vent relatif. La composante parallèle à cette direction est la traînée, qui s'oppose au mouvement relatif de l'aéronef dans l'air. La corde du profil sert notamment à définir l'incidence, mais elle n'est pas la référence utilisée pour cette décomposition. Les composantes parallèle ou perpendiculaire à la corde ne correspondent donc pas, en général, à la définition de la portance.

Bonne réponse : B — de reculer son centre de gravité, rendant son équilibre autour de l’axe de tangage moins stable.

Le centre de gravité dépend de la répartition des masses de l’avion. Ajouter une pièce à l’arrière le déplace donc vers l’arrière, et non vers l’avant. Ce recul réduit la marge de stabilité longitudinale, c’est-à-dire la tendance de l’avion à retrouver son équilibre après une perturbation en tangage. La bonne réponse associe ainsi recul du centre de gravité et diminution de stabilité. Les deux propositions annonçant une avancée du centre de gravité sont incorrectes, tout comme celle affirmant que ce recul augmente la stabilité.

Bonne réponse : C — C.

La finesse aérodynamique est le rapport de la portance à la traînée, soit Cz/Cx. Sur une polaire portant Cz en ordonnée et Cx en abscisse, ce rapport correspond à la pente de la droite reliant l’origine à un point de la courbe. La finesse maximale est obtenue lorsque cette droite est tangente à la polaire, ici au point C. Les points A et B donnent des droites issues de l’origine moins pentues et donc une finesse plus faible. Le point D correspond à un coefficient de portance élevé, proche du maximum représenté, mais pas au meilleur rapport entre portance et traînée.