Théorie et pratique du treuil
276 pages
Français

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Théorie et pratique du treuil

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Description

À la decouverte de l'univers des parachutes, parapentes, deltas, rigides et autres planeurs

Cet ouvrage contient la quasi-totalité de ce qu'il faudrait savoir pour prétendre maîtriser la pratique et la théorie du treuillage des aéronefs sans moteur, lesquels exigent une mise en hauteur préalable (un décollage) pour traquer les ascendances atmosphériques après largage du câble. Les procédures permettant de réaliser des treuillées en toute sécurité sont en 2017 largement fiabilisées certes, que ce soit en parachutisme, en vol libre ou en vol à voile, mais l'incompréhension de ce qui se passe vraiment pendant le treuillage est en général totale. Les conséquences de certaines pratiques marginales, et de ses risques, sont parfois totalement inconnues, ou alors connues expérimentalement, sans que les causes analytiques en soient réellement élucidées. Des affirmations totalement fausses sont entendues sur les terrains d'envol, sans forcément remettre en cause la sécurité d'ailleurs.
Cet ouvrage n'est sans doute pas parfait, mais met en lumière, au travers parfois d'une analyse mathématique austère, les raisons qui permettent d'anticiper des conséquences de certaines méthodologies et y sont disséquées sans la moindre complaisance. Cet ouvrage est à destination des pilotes de vol libre, en parapente, en delta souple ou en rigide, des pilotes de vol à voile sur des planeurs dits lourds, et même des parachutistes utilisant le treuil par économie pour les exercices de précision d'atterrissage. Mais ce livre devrait concerner encore plus les clubs de vol libre et de vol à voile, leurs moniteurs et instructeurs et les fédérations de tutelle.

Un ouvrage pratique indispensable pour bien comprendre et maîtriser la technique du treuillage !

EXTRAIT

Le treuil est le tambour sur lequel s’enroule le câble de traction de l’aéronef. On ne peut ranger proprement 1km de câble sur un tambour de 50cm de diamètre que par trancanage. Ce tambour peut être mis en rotation par tout type de moteur lorsque la puissance mécanique doit être fournie au câble, mais peut aussi être freiné par tout type de frein. Le moteur d’entraînement idéal est celui que l’on commande par le couple, sa vitesse étant alors une variable indépendante de cette commande ; la tension du câble sera alors facile à réguler. Le frein de tambour idéal sera soit le moteur précédent fonctionnant en frein, soit, sur un dévidoir pur, un frein basé sur le principe du frottement solide, frein à disque ou frein à tambour ; c’est en effet le seul procédé de freinage qui garantit un couple indépendant de la vitesse, d’où une régulation automatique de la tension du câble dans le principe. Sur un schéma, le treuil sera représenté par un point « O ».

À PROPOS DE L'AUTEUR

Jean-François Hème est professeur agrégé de Physique Appliquée. Pilote de "deltaplane" depuis 1978, il découvre le vol de plaine en 1987 grâce au treuil, pratique ancienne du décollage en vol à voile. Son obsession de la compréhension totale de la mécanique du vol, conjuguée à de nombreux accidents partout dans le monde, le pousse alors à théoriser complètement la physique du décollage à partir d'un treuil au sol. Les résultats entraînent même pour l'auteur, une série de conséquences inattendues.

Sujets

Informations

Publié par
Date de parution 02 novembre 2017
Nombre de lectures 6
EAN13 9791023607369
Langue Français
Poids de l'ouvrage 2 Mo

Informations légales : prix de location à la page €. Cette information est donnée uniquement à titre indicatif conformément à la législation en vigueur.

P u b l i s h r o o m
w w w . p u b l i s h r o o m . c o m
I S B N : 9 7 9 - 1 0 - 2 3 6 - 0 7 3 5 - 2
L e C o d e d e l a p r o p r i é t é i n t e l l e c t u e l l e i n t e r d i t l e s c o p i e s o u r e p r o d u c t i o n s
d e s t i n é e s à u n e u t i l i s a t i o n c o l l e c t i v e . T o u t e r e p r é s e n t a t i o n o u
r e p r o d u c t i o n i n t é g r a l e o u p a r t i e l l e f a i t e p a r q u e l q u e p r o c é d é q u e c e
s o i t , s a n s l e c o n s e n t e m e n t d e l ’ a u t e u r o u d e s e s a y a n t s c a u s e , e s t
i l l i c i t e e t c o n s t i t u e u n e c o n t r e f a ç o n , a u x t e r m e s d e s a r t i c l e s L . 3 3 5 - 2 e t
s u i v a n t s d u C o d e d e l a p r o p r i é t é i n t e l l e c t u e l l e .J e a n - F r a n ç o i s H è m e
T H É O R I E E T
P R A T I Q U E D U T R E U I L
T r e u i l s f i x e s e t m o b i l e s
P a r a c h u t e s
P a r a p e n t e s
D e l t a s
R i g i d e s
P l a n e u r s2085…
Et tous les soirs cette queue au treuil !
Et pomper ! Pomper !
Pour rentrer chez soi chaque soir…
Jean-Paul Budillon / février 1985T A B L E D E S M A T I È R E S
A v a n t - p r o p o s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1
D e s c r i p t i o n v e c t o r i e l l e
d e l a m é c a n i q u e d u v o l t r e u i l l é . . . . . . . . . . . . 1 9
L e c â b l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7
P r o p a g a t i o n e t r é g l a g e d e l a t e n s i o n . . . . . . . . . . 3 9
É q u a t i o n d e l a t r a j e c t o i r e p a r v e n t n u l l o r s q u e
l a t e n s i o n d u t r e u i l f i x e e s t é g a l e a u p o i d s t o t a l . . . . 4 7
L e s v i t e s s e s d u m o u v e m e n t p a r v e n t n u l l o r s q u e
l a t e n s i o n d u t r e u i l f i x e e s t é g a l e a u p o i d s t o t a l v o l a n t 5 9
E t u d e g é n é r a l e d u g a i n p a r v e n t n u l e n f o n c t i o n
d e l a t e n s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 5
E t u d e g é n é r a l e d e s c o m p o s a n t e s d e l a v i t e s s e
d ’ a é r o n e f p a r v e n t n u l . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 9
T r e u i l l a g e e n p r é s e n c e d e v e n t m é t é o r o l o g i q u e . . . . 9 9
L e v o l q u a s i s t a t i o n n a i r e . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 7Gestion à deux du VQS . . . . . . . . . . . . . . . .133
Treuillage « allers et retours » . . . . . . . . . . . . .145
Le tracté au dévidoir. . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
Treuillage sur sol incliné. . . . . . . . . . . . . . . .177
Le tracté à câble fixe ou vol captif. . . . . . . . . . .185
Aspects énergétiques d’une treuillée par vent nul. . . 193
Guide et concepts à intégrer pour
la construction d’un treuil . . . . . . . . . . . . . . .205
Rupture et largages. . . . . . . . . . . . . . . . . . .215
Le verrouillage latéral . . . . . . . . . . . . . . . . .235
Treuillages exotiques . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
Annexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .253L e t r e u i l f i x e à m o t e u r h y d r a u l i q u e
d u D e l t a C l u b P a r a p e n t e 5 3 e n M a y e n n eA V A N T - P R O P O S
La premièreversionde cet ouvragesur le vol treuillédate
de 1989. Elle est alors publiée par chapitres, pour un peu
plus de la moitié de son contenu par les Éditions Rétine
entre février 1990 et avril 1991. Ensuite furent publiées en
intégralitécette fois 3 6 q u e s t i o n s s u r l e v o l t r e u i l l é ,du même
auteur, ouvragegrand public certes,maisqui obligeaitpilotes
et treuilleursà admettre mes règlessans aucune
démonstration. Certainesde cesrèglessont peu évidentesà admettre et
l’absencede support démonstratif « béton »a probablementnui à leur crédibilité,perettant
auxvieuxponcifs,ussinuisiblesque contre-productifs,de continuer à proliférerdans le
bouillon des idéesreçues.
Cette nouvelleversionfinalisée19 ansplus tard a été revue
et augmentée,mais surtout rénovéegrâceà un nouvelapportde rigueur. Leséquationsde la trajectoireau treuil fixeétaient
initialementrésoluesà l’aided’unefonctionà peu
prèssatisfaisantedanssacapacitéde prédétermination,certes,maisétaient
approximativescar obtenuesà partir de ce que l’onappelleen
mathématiquesun développementlimitéde lasolution.Or jeme suisaperçudesannéesplustard, en reprenantlarésolution
de l’équation différentiellede la trajectoire en coordonnées
polaires,d’abordque la solution analytiqueexacteexistait,et
– 9 –que son utilisationne posaitpasréellementplus de difficultés
que la solution approximative.L’annexemontre que le calcul
numérique de cettefonction peut toujours secontenter d’une
calculetteprogrammableà 38 pasde programme.Biengéré,ce
calculs’estmême révélélégèrementplus simplequ’àl’origine.Lesapplicationsnumériquesde lathéoriedu
treuilconcernaient en 1989 des parapentes de finesse4 et des deltas de
finesse10, performancesaujourd’huicaduques.Cette nouvelle
versions’appliqueen 2008 à des parapentesde finesse8, des
deltasde finesse14, et desplaneursde finesse50. Il estévidentque tout un chacunpourra interpréter,interpolerou extrapoler
lesrésultatspour son propreappareil !Il figureen Annexe3 de
cet ouvragepar exemple,un réseaude courbescorrespondant
à la finesse7.
JeremercieHenri, Matthieu et Raymondqui m’ont corrigé
tant decesfautesd’orthographe,degrammaireet detypographie
qui medésolent,assaisonnéesdedoublonset defautesdefrappe.
Leur contribution est considérable.Mais il est vraisemblable
que ce travail de correction ne sera jamaisterminé et
qu’aucuneperfectionne peut êtreatteinte ni danslaforme,à l’image
même du voltreuillé.Et jeremerciepar avancetout un chacun
qui me détecteraune faute de grammaire,d’orthographe,de
ponctuation, de frappe, ou d’expressionfrançaiseet m’en fera
part. Leserreursd’analysephysiqueou mathématiquesont bien
sûr inacceptablesmaisellesont en principedéjàété revues.En
somme, « aidez-moisur la forme »,le fond, je m’encharge.
L’ouvragene comporte pas de glossaireou d’index des
termes cités puisqu’ilest de nature virtuelle ;l’utilisationdu
raccourciuniversel« CTRL+ F »dans le fichier« .pdf »de
l’ouvrageypermettralanavigation,et cetouvragedématérialisé
se trouve sur mon site Internet.
Enfin leshuées,doléanceset autresnoms d’oiseauxsont à
expédierà :
jeanfrancoisheme@sfr.fr
– 10 –I N T R O D U C T I O N
Sud-Est de l’Australie,un samedi après-midi de
septembre 1963.RodFuller,sousun deltaconstruitavecdesfonds
de poubellepar John Dickenson,sefaittractersur l’eaupar un
canot et s’élèvedans l’anonymatle plus complet pour un vol
de près de 2 km. C’estdonc bien du treuil que naquit le Vol
Libre,et non point d’unequelconquefalaiseou d’un sommet
de montagne. La premièreséparationde l’ailede son câblede
traction n’auralieu qu’en1964, l’annéesuivante !Le procédé
n’était alors guère rassurant mais il permit aux pionniers duVol Librede « s’éclter »ds tou lessensdu terme.
Ledécollageà la traction par un câbleapparaît donc historiquement
comme le moyen naturel du Vol Libre. Faut-il rappeler qu’il
est utilisédepuisplus longtempsencorepar le Vol à Voile ?Le
fait que la pratique intensivedu treuil moderne dans lesclubsde plainesoit apparue bien aprèsle vollibreglisséne doit pas
faire apparaître le premier comme un simple accessoiredu
second.Lesdébutsdifficilesdu voltreuillévinrenten faitd’une
simplemais souvent tragique confusion :si le treuillaged’un
planeurconventionnellourd sefaitpar accrochageau ventreduplaneur, celuid’un planeur ultra légerse fait au pilote et non
à l’aile ;d’ailleurs,dans le cas du parapente, comment
pourrait-il en être autrement ? Grâce à cette amélioration subtile
– 11 –maisessentiellequi permet d’additionnerleseffortsdu piloteà
l’effortdu câblepour permettrelecontrôlede l’aileen rouliset
en lacet,lamiseen volau treuila atteint un niveaude sécuritési
satisfaisant,que lesraresaccidentsqui sesont produits depuis,
au coursde cettedisciplined’équipe,ne sont aprèsanalyse,engénéraljamaisreliésdirectementà la méthodologiedu
treuillage.Àcondition d’éviterletreuillageen « allers-et-retours »et
de s’imposerl’utilisationd’un treuil à tension asservie.
Le treuil est pour le pilote de vollibreou de volà voileun
moteur temporaire, le plus simple de tous, bien dans le ventd’une sociétéde consommation : on applique une tension à
l’aéronef,et le pilote jette après usage,c’est-à-direon largue
une fois la hauteur atteinte. On notera ici que ce qui est jeté
(le câble) est perpétuellement recyclé,ce qui est bon pour
la planète. Il en a toujours été ainsi depuis les débuts du vol
humain : l’aéronefnon motorisédoit gagnersonaltitudeavant
de faire jouir le pilote de son vol libre glisséet du jeu avec
l’ascendance.Que l’aéronefsoit monté au sommet en
automobile au cours d’une navette interminable, monté à grands
fraisen montgolfièreou hélicoptère,remorqué par un ULM,
ou porté à dos d’homme sur une dune ne serait-ceque de 5
mètres de dénivelée,le fait est là, inexorable :il faut hisser
l’aileet le pilote d’une certaine déniveléeau départ, si faible
soit-elle,même pour un vol purement dynamique. Pour un
volthermique, quelquescentainesde mètressont souhaitables.
Ceci tient à une condition physiquesimplenommée «
condition aux limites » :une particuled’airne peut avoirde vitesse
verticaleau voisinagedu sol, mais seulementun mouvement
horizontal. Or seule la composante verticalede la vitessede
l’air peut faire monter un aéronef sans moteur pour autant
qu’ellesoit supérieure à la vitesseminimale de chute. Il est
égalementpossibled’exploiterlegradientverticalde ventpour
se maintenir en l’airsansmoteur.
– 12 –Aucun site « classique »s,i favorablesoit-ilpar son
exposition, sa facilitéd’accèset sa navetteofficielleà prix écrasé,ne
peut concurrencerle treuil dont voicila fichemiraculeuse :
localisationdu site :dans le garage ;orientation : tous vents ;
forcedu vent limite au décollage :10m/s ;
dénivelé :variablede 0 à 1000 m voirebeaucoup plus ;
durée de la navette :de 1 minute à 10 minutes ;
coût de la navette : 2€ ou moins, soit le vingtième d’unremorquage ;
nombre de volspossiblesdans une journée : très grand et
indéterminé ;
atterrissage :partout, y comprisimmédiatement dans l’axe
après un décollageraté que seul le treuil peut permettre
soit dit en passant ;
durée du portage :nulle ; on monte et on démonte à côté
de la voituresaufen cross.
Les esprits chagrinsauront rapidement trouvé la faillede
ce système à voler idyllique : le site n’est pas seulement le
treuil dans le garage,il faut aussi le terrain des opérations.
Cette difficultépour trouver un terrain suffisammentvaste
et dégagé,aérologiquementfavorable(terrainsen bordure de
mer et maraisn’excitentguèrelesconvoitises),praticabletoute
l’annéeet surtout où on en a besoin, constitue en fait le vrai
problèmede lapratiquedu treuil.On seconsoleraen sedisant
qu’en plaine il est encore plus difficilede trouver des sites à
dénivelée !
Une autre difficulté,plus légère,tient à la spécificitéde
l’activité :l’impossibilitéen principe de voler seul, quoique
l’onpuisseconcevoirun treuil fixeentièrement automatiséet
radiocommandépar lepilote. Surl’airede décollage,la bonne
ambiancepeut êtrefacileà gérerpour peu quechacunconnaisse
– 13 –son SavoirVivreClassique.Cependant, tandis qu’une partie
de l’équipemonte en jouissant versle frais de l’altitude,il y
a le treuilleuret l’assistant,qui eux ne volent pas et cuisent à
terre sousle cagnard.Dans une isothermiesansvent sous8/8
de stratocumulus, il n’est pas rare de trouver plus de treuil-leursque de pilotes.En revanche,sousun ciel« pété »de 3/8
de cumulus dans une massed’airà pied convectifde 1800m
d’épaisseur,à la question : « C’estqui qui tire ? »,on voit des
pilotesregarderla pointe de leurschaussuresou faireceluiqui
n’a pas entendu la question. Seul un code prévoyantla priseen compte du capital frustration de chaque treuilleur sur un
exercice,permettra d’éviterl’injustice.Ànoter que letractéau
dévidoirnécessiteaussilaréquisitiond’aumoinsdeuxvictimes.
L’ouvrageque voiciest né d’abordde la fascinationde son
auteur physicien,pour un mouvement mécaniqueparadoxal.
L’ascensionau treuil s’obtienten tirant versle bas !L’auteur,
égalementpilotede delta(mauvais)avaitdonc ledoubleatout
nécessaireà une telle étude. Quelle tâche exaltante que de
mouillersachemisepour
vérifierexpérimentalementsesrésultats, parfois tout à fait inattendus ! Je me devaisdonc
d’attaquer le problème par le bon bout, celui du câble bien sûr,
véritablecordon ombilicalentre le pilote et le treuil. Le bout
supérieurestaccrochéau harnaisdu pilote,lebout inférieurau
tambour d’un treuilsusceptibled’enroulementou de
déroulement suivantlesconditions.Toute lathéorieet latechniquedu
treuil développéedans cet ouvrageest valablepour n’importe
quel aéronef non motorisé allant du parapente au planeur
conventionnellourd, seulesles performancesdiffèrent.Dans
un chapitrespécial,il seradémontré que le tracté au dévidoir
ne diffèreen rien du treuil fixesur le plan mécanique.
La démarche générale de l’ouvragevise à optimiser les
techniques actuellesde treuillageà travers une
compréhension approfondie de la mécanique du vol treuillé, incluant
forcément son formalismemathématique. Pour ceux que le
– 14 –raisonnementmathématiquerebute,il
yauratoujourspossibilitéde secontenterdesrésultats,pour lesautresd’épluchermes
calculspour en extraireleserreurs !La tentation était grande
d’escamoterleséquationslesplusindigestes,pour n’enretenir
que les argumentations grand public, faire de la pédagogie,de la vulgarisationen quelque sorte… Mais l’expériencem’a
montré qu’ilétait impossiblede lutter contre des idéesreçues
bien ancréeset souventfausses,sansproduire une
démonstration irréfutable.Seuleune théorisation du treuillageà partir
des lois universellesde la Physique pouvait dissuaderle lec-teur-pilotepratiquant letreuilde fairevaloirdesidéesinexactes
issuesde son seul« ressenti ».
Bien que des analyses,parfois seulement qualitatives,et
les conséquencesqui en découlent soient accessiblesà tout
lecteur,il faudra,pour suivrecertainsdéveloppements,faireun
réel investissementpersonnel. Sinon ne pas se laisserrebuter
par le spectaclebarbarede certaineséquations :le lecteurnon
concerné pourra sauter les passagesimbuvables sans pour
autant hypothéquersacompréhensionultérieurede l’ouvrage.
Une bonne connaissancede la mécaniqueélémentairedu vol
libre ordinaire (ou glissé)est en revancheextrêmement
souhaitable pour goûter l’ensembledes démonstrations jusqu’à
leurs juteuses finalités.Les développementsmathématiques
(pour lespilotesconcernésbiensûr !)débutent souventpar une
équation différentielleissuedes loisgénéralesde la Physique,
et se terminent alors inéluctablement par des solutions de
ceséquations à apporter. Parfoisla solution est une fonction
analytique,mais dans d’autrescas,la solution exigeun calcul
numérique nécessitantun programme à plusieursdizainesde
pas.J’aipersonnellementeffectuélatotalitéde cescalculsdans
les années 90 avecune calculetteà 7 mémoires et 38 pas de
programme, mais il est certain qu’on peut aujourd’hui faire
cescalculspar des moyensplus économiquesen effort. Dans
certains cas, par exemplela trajectoire au treuil en présence
– 15 –de vent, le calcul n’a pas été effectué,car sa lourdeur
devenait disproportionnée avecle bénéficeà en retirer ; le calcul
mathématique est un moyen, pas une fin en soi !L’équation
différentiellerestecependant poséeà la dispositiondu lecteur
averti,qui peut terminer le calcul,mais à condition cette foisde disposerd’un instrument de calculbeaucouppluspuissant.
Lesdéveloppementsprécitésétant sautéspar le lecteur,les
nombreusesobservationset conclusionsqui en
découlentpermettront aux pratiquants lesplus entraînésde vérifierla
correspondancesouvent spectaculaireentre la prédéterminationissued’uneformuleet l’observationréelle.J’aipersonnellement
vérifiédeshauteurs de largagepar rapport à cellesprévuespar
lesformules,lacorrespondanceestabsolumentsaisissante L! es
résultatsde cet ouvragedevraient aussi permettre aux clubs,
débutantsou non au treuil,d’optimiserleurméthodede
treuillageen évitantleserreurs,maisaussien balayantquelquesidées
faussestellesque, pêle-mêle,« ilfaut larguerà la verticaledu
treuil »,ou « ladifférencede gain au largageentre un planeur
et un parapenteest énorme »ou « pluson tend le câbleplus le
tambour enroulevite »,ou encore« ilfaut accélérerquand il y
a du vent »,et la listede cesponcifsinjustifiésest sanslimite.
Enfin, des résultatsplus pointus et apparemment peu utiles
pour le pilote peuventêtre pris en compte dans la conception
du treuil ; par exemple,par vent nul, la captation de l’angle
du câblepourrait servirpar rétroactionà
régulerautomatiquement le régimedu moteur qui entraînela pompe hydraulique
ou la transmissionélectromagnétique ;ceci n’apporte rien à
la mécaniquedu processus,mais libéreraitle treuilleurd’une
contrainte d’économiede carburant.
Lacorrespondanceentre lesrésultatsobtenuspar lathéorie
du voltreuilléet l’observationsur le terrain est si bien vérifiée
au traversdes treuilléesordinaires,qu’elleentraîne forcément
la validation de ses développements.Il s’ensuitque, si cette
même théorie apporte des résultats inattendus, paradoxaux,
– 16 –voirechoquants, ceux-cidevront être considéréscomme
correctset vérifiables.
En ce qui concerne les unités des grandeurs physiques
employéesdans cet ouvrage, elles sont bien sûr celles du
systèmeinternationald’unitésditesuSI,maispour une, l’unitéde force, j’ai dû faire un arrangement avecle diable. Peu de
lecteursauraient goûté desforcesexpriméesen daN alorsque
les balanceset autres pesonsaffichentcelles-cien kg. Faisant
fi de l’intégrismescientifique,l’auteura alorsdécidé
d’exprimer les forcesen kgf et les poids en kgp. La conversionestaisée :1daN # 1kgf = 1kgp. Mais le lecteur pourra toutefois
par endroits trouver des forcesexpriméesen daN : chassezle
naturel et il revientau galop !
– 17 –C H A P I T R E I
D E S C R I P T I O N V E C T O R I E L L E
D E L A M É C A N I Q U E D U V O L T R E U I L L É
P o u r p a r l e r d ’ a b o r d l e m ê m e l a n g a g e
Le t r e u i l est le tambour sur lequel s’enroulele câble de
traction de l’aéronef.On ne peut ranger proprement 1km
de câblesurun tambour de 50cm de diamètreque par
trancanage.Ce tambour peut êtremisen rotation par tout type
de moteur lorsquelapuissancemécaniquedoit êtrefournie
au câble,maispeut aussiêtrefreinépar tout typede frein.Le
moteur d’entraînementidéalest celuique l’oncommande
par le couple, sa vitesseétant alors une
variableindépendante de cette commande ; la tension du câble sera alors
facileà réguler.Lefreinde tambour idéalserasoitlemoteur
précédentfonctionnant en frein, soit, sur un dévidoirpur,
un frein basé sur le principe du frottement solide,frein à
disqueou freinà tambour ; c’esten effetle seulprocédéde
freinagequi garantit un couple indépendant de la vitesse,
d’oùune régulationautomatiquede latensiondu câbledans
le principe. Sur un schéma,le treuil serareprésentépar un
point « O ».Outre un dispositifde contrôle de la tension
par asservissementet lesdiversdispositifsde sécuritéqu’il
doit comporter, on doit pouvoir aussi :
Estimerau moins approximativementla
vitessed’enroulement (terme génériquequi désigneraaussiledéroulement)
soit par un compte-toursgrossiersoit par vuedirectesur le
tambour. cette mesuren’apas besoind’êtreprécise.
– 19 –Mesurerprécisémentla tension du câblepar un
dynamomètre ou assimilé,quel que soit le sensd’enroulement.
Le t r e u i l l e u rest le conducteur du treuil c’est-à-direla
personnequi appliquelatensiondu câbleet fixesavaleur.Cettetensiondoit êtreautomatiquementréguléepour desraisons
qui vontapparaîtretout au longdel’ouvrage.Contrairement
à une croyancetenace, LE TREUILLEUR N’A AUCUN
POUVOIR DIRECT sur la vitessed’enroulement.
Le t r e u i l l é est le pilote de l’aile :il subit totalement la
tension du câblesanspouvoirlacontrôlerautrement qu’en
s’endébarrassantpar largage.En revanchec’estlui qui
commande la vitessedu tambour par sa propre vitessede vol.
Letreuillésubit donc latension,letreuilleursubit lavitesse
d’enroulement,imposéepar l’incidencede vol,laquelleest
une prérogativedu pilote.
Le t r e u i l l a g eest le processusqui consisteà mettre en vol
un aéronefpar applicationde la tension du câbledu treuil.
La t r e u i l l é eest le résultatde l’opérationprécédente.
Faut-il dire tout de suite que le câble doit être accroché,
sous peine de risque majeur, au harnais du pilote et non à
l’aile ?De cette façon le poids du pilote se conjugue avecla
tractiondu câblepour une efficacitévirtuellementdoublée.Le
déplacementdu point d’applicationdu poidsdu piloteentraîne
en même temps le point d’applicationde la tension du câble.
D’ailleurscomment faire autrement avecun parapente ?Ce
point d’applicationde l’ensembledes deux forcesprincipales
seradésignépar « A ».
– 20 –B i l a n d e s f o r c e s e n p r é s e n c e
La tension appliquéepar le câbleen A est évidemment
dirigéede A versO : sa valeurest régléepar le treuilleur ;
plus l’ailemonte, plus cette forcetire versle bas.
Le poids à monter est évidemment le poids total aile
+ pilote ;il est toujours dirigéverticalementet versle bas ;
nous pouvonssansinconvénientlesupposerappliquéen A.
La force totale appliquée à l’aileest donc la somme
vectorielledesdeux forcesprécédentes ;la construction de
cette somme est visualiséepar un parallélogrammequi se
déformeen s’aplatissantlorsquel’ailemonte. Cette forceest
équilibréeen permanence par la force – , résultante des
forcesaérodynamiquesdu vent relatifsur le profilde l’aile.
– 21 –Pour que l’ailemonte suivantla trajectoireindiquée par le
sensdu vecteurvitesse , il suffitqu’elley soitpousséepar une
composante de suivant cette trajectoire ;or, le cas est
possiblepuisque l’inclinaisonde la force l’autoriseà avoir
une projectiondans lesensde . Cette forceestéquilibréeenpermanencepar une force– composantede – suivantla
trajectoire,et appelée« traînéede l’aile ».,Au vu de ce schéma vectoriel,on comprend pourquoi la
descriptionmathématique du mouvement ne pourra pas être
simple :la force donc varieen direction et en intensitépendant que l’ailemonte, bien que pendant
cetempslesintensités| | et | | de la tension et du poids restent constantes.
L e s a n g l e s e n p r é s e n c e
Comme pour un vol libre glissénormal, la quille ou l’axe
généraldu profilde l’ailedoit pointer au-dessusde
latrajectoire ;l’angleentrelaquilleet latrajectoireestpar définition
l’angled’incidencei de l’aile.Lorsd’unemontée au treuil,
cette incidence correspond à une assiette très fortement
positive,sourceinévitablede stressau cours des premières
treuilléesdu débutant, jusqu’aujour où le pilote se rend
compte qu’en fait, comme d’habitude, le vent relatifsous
l’ailevient bien toujours de la même direction, comme
en témoigne le brin de laine accrochéà un câble ou une
suspentede l’aile.
L’angleentre latrajectoirematérialiséepar levecteur et la
force , estappeléanglede finessede l’ailesur trajectoire :
c’estl’angle« a »du schéma.La tangente de cet angle,soit
tana, est appelée« finessede l’aile »,caractéristiquecélèbre
et devenueun chiffreculte. Selon un résultat bien connu
– 22 –de la Mécanique généraledu vol libre glissé,et dans une
massed’airimmobile :
Cette finesseestlisiblesur une véritablecarted’identitédes
performancesde l’ailenommée polairede l’aile.Cette courbe,
qui donne la vitesseverticalede l’aileen fonction de savitessehorizontale,est fournie pour un poids total volant donné par
exemple :
Pour la clarté du schéma, le mètre par seconde verticala
été dilaté comme cela se fait souvent dans les présentations
de polaire,de sorte que l’angle« a »ne peut plus être mesuré
avecun rapporteur ; il faut alorsfairel’opération(« arctana »
se lisant « arctangente de a ») :
pour avoirl’angleréel« a ».
– 23 –Il est important de rappeler que la polaire de l’ailen’est
représentéeque pour un poidstotal
volantparticulier.Ilappartient à l’heureuxutilisateur,pour un poidsdifférent,d’effectuer
une transformationhomothétique de cettecourbe,expression
ronflantequi désigneune transformation de chaque point dela polaireactuellede la façon suivante :on prend chacun des
vecteurs du graphique, et on le multiplie par le coefficient
où est le nouveau poids total volant et P le poids
total volant correspondantà la polaireoriginale.
L’anglepolaire (le terme de polaire n’a strictement aucun
rapport avecla courbecaractéristiquede l’aile) estl’angleP ’ θ
que fait le câble du treuil avec l’horizontale :la position
de l’aileà un instant donné de la montée est entièrement
connue si on connaît et la distance r entre l’aileet le
treuil ;r et seront appeléescoordonnéespolairesde
position ; ces coordonnées dépendent bien évidemment duθ θ
temps t tout au long de la treuillée.
On introduira enfin l’angle entre la force véritable
responsablede latraction et la directiongénéraledu câble ;
remplacedonc lepoidstotal volantqui étaitverticaldansα
le vol libre glissé ;lorsque l’ailemonte, diminue car le
parallélogrammes’aplatit ;la figuresuggèrequ’ilexisteune
relation organiqueentre lesangles et .α θ α
– 24 –Par pitié provisoirepour le lecteur,la démonstration géométriquelui sera
épargnée ;lerésultatsuivantn’estd’ailleurspassidifficileque celaà
retrouver !
Si T = P, le triangle des forcesest isocèleet cette relation prend alors la
forme simple :
c’estle caslorsquele treuil tire avecune forceégaleau poids total volant.α = 45° - θ / 2,
– 25 –E f f e t d e l ’ i n c i d e n c e s u r l a v i t e s s e
La vitesse observéedépend naturellement de la
composante de suivantla trajectoire ;plus cette pousséeest
grandeplusl’ailevavite ;mais dépend ausside l’incidenceidonnéeà l’ailepar lepilote,qui a pour conséquenceun certain
anglede finessede vol :
Nous dirons que « a est réglépar i ».
La relation entre a et i est d’ailleurscomplexemais il n’est
pas nécessairede la connaître puisque i résulte d’une action
de pilotage ;i n’estpas un angle entre vecteurs !L’incidence
n’interviendradonc pas directement dans lescalculs.
Surleschémavectoriel,nous voyonsaussique laprojection
de sur l’axedu câbleestdirigéeversletreuil,cequi estlecas
généralpar vent nul : le câblediminue donc de longueursous
la tension du treuil, ce qui justifieici la présenced’un moteur
pour réaliserce travail.
Maisil peut en être bien différemmentlorsqu’untreuillage
se déroulel’ailefaceà un vent météorologique ;nous verrons
alorsque la présencede vent est sansinfluencesur l’équilibre
des forcesappliquéesà l’aile,mais peut en revancheinfluer
considérablementsur la performancede la treuillée :le
treuilleur constate (sansrien y pouvoir directement !)un
enroulement moins rapide du câblevoiremême un dévidage.
– 26 –C H A P I T R E I I
L E C Â B L E
Lecâbleestlecordon ombilicalqui reliel’aileau treuil.Bien
que le câble en acier multitorons ou la drisseen
polypropylènepuissentêtreutilisés,c’estincontestablementlescâblesenkevlarou en dyneemaqui sont lesplus recherchéscar lesplus
performants.Plussolideque ladrisseen nylon ou en
polyéthylène,il bat aussile câbleen aciercaril estbeaucoupplus léger.
On trouve du câble en kevlar spécialpour le treuillagedes
ailesde vol libre, traité contre toutes sortes d’agressions,aux
performancessuivantes :
diamètre :2mm
masselinéique :4kg/1000m
chargede rupture initiale :de l’ordrede 450kgf
durée de vieusuelle :supérieureà 1000 vols.
Il faut noter que la chargede rupture peut diminuer
considérablementavecletemps ;lecâblesubitlesagressionsde l’eau,
de la lumière et du frottement ; une divisionpar 3 ou par 4
de lachargede rupture ne représentecependantpasde danger
particulier :il suffitque la résistancedu câblesoit supérieureà
latensionappliquéepar letreuil ;on changelecâblelorsqueles
ruptures deviennent suffisammentfréquentespour perturber
l’activité.Lesinconditionnelsdu fusibleau treuilseréjouiront
de cette évolution. Les premièresruptures par vieillissement
apparaissenten généralversle milieudu câblecequi est facile
à comprendre : c’estla partie centrale du câble qui parcourt
la plus grande distanceen frottant sur le sol au cours de son
– 27 –