La Polaire
Ça caille ici, non ?
Définition
Alors, c’est quoi cette fameuse polaire ?
Eh bien c’est plus précisément la polaire des vitesses dont on parle souvent en vol libre.
C’est donc un graphique sur lequel on va pouvoir exprimer toutes les vitesses de notre aéronef préféré, horizontales comme verticales, et leur rapport, les unes avec les autres.
Voyons comment on peut faire ça.
Procédure
- D’abord mains hautes, c’est tout simple.
- Ensuite, on va ajouter de la commande symétriquement jusqu’à ce que notre vario indique un minimum. Cette position est appelée « Taux de chute mini » ou « Vz mini ».
- On relève les mains aux poulies, on accélère à bloc, et on relève nos vitesses.
- Et enfin, on va lâcher le barreau et freiner notre voile jusqu’au décrochage, pour pouvoir relever notre vitesse horizontale minimale (Vx mini).
On va obtenir alors ce genre de tableau de mesures :
| # | Dénomination | Vx (km/h) | Vx (m/s) | Vz (m/s) |
|---|---|---|---|---|
| A | Bras hauts | 35 km/h | 9,7 m/s | -1,2 m/s |
| B | Vz mini | 29 km/h | 8,0 m/s | -1,1 m/s |
| C | Accéléré | 45 km/h | 12,4 m/s | -2,0 m/s |
| D | Vx mini | 23 km/h | 6,4 m/s | -1,5 m/s |
Il ne nous reste plus qu’à reporter ces chiffres dans un graphique avec vitesses horizontales en abscisse, et verticales en ordonnées, et voilà ce qu’on obtient.
Et puis on va relier tous ces points par une jolie courbe (pointillée pour le régime accéléré).
Remarques
- Comme on a peu de variations de la vitesse verticale par rapport à la vitesse horizontale, pour garder des schémas lisibles, j’ai agrandi 4 fois l’échelle verticale.
- On a ici toutes les vitesses accessibles par notre parapente en vol stabilisé. Ce sont des vitesses en air parfaitement calme, ou ce qu’on appelle encore des vitesses/air.
- Chaque polaire dépend du modèle de voile, de ta charge alaire, mais aussi d’autres facteurs comme la densité de l’air ou la trainée, donc également de ton modèle de sellette.
- Il est extrêmement difficile (voire impossible) de produire une polaire de parapente, et c’est sans doute pour ça que les constructeurs ne s’y aventurent pas. D’abord, elles dépendent de nombreux facteurs (voir ci-dessus), mais il est aussi quasi impossible de voler en air parfaitement calme.
- Lorsqu’on veut (tenter de) produire une polaire, on va en fait voler avec un enregistreur qui va produire un nuage de points, et un logiciel va moyenner tout ça.
Mais du coup, à quoi ça sert ?
À quoi ça sert
Définir sa finesse max
Tu vas dessiner une droite qui part de l’origine et qui va tangenter ta polaire. C’est bien le meilleur plané que tu puisses obtenir. Si tu regardes au taux de chute -1m/s, tu t’aperçois que cela correspond à une Vx de 8m/s sur cette droite. La finesse max de ta voile est donc de Vx/Vz, soit 8/1=8.
Et tu t’aperçois aussi que tu obtiendras cette finesse au régime « Bras hauts ».
Quelle finesse pour quel régime ?
Pour connaître la finesse que tu vas obtenir en fonction de ton régime de vol, tu vas dessiner des droites qui partent de l’origine, et qui passent par le régime qui t’intéresse.
Tu remarqueras que pour cette voile, si tu voles accéléré au premier barreau ou à Vz mini, tu arriveras quasiment au même point (mais 1,5 fois plus vite si tu es accéléré).
Pour information, le même graphique où les vitesses verticale et horizontale ont les mêmes échelles. Du coup, des vrais angles de plané ! Mais franchement pas super lisible…
Que se passe-t'il quand l'air nest pas calme ?
Selon les masses d’air rencontrées, tu vas pouvoir savoir ce qui se passe pour ton aéronef préféré.
Nous allons envisager 2 hypothèses : une particulièrement défavorable, et une favorable. Regardons ensemble.
Tout d’un coup, ton GPS t’indique 27km/h bras hauts, alors que ton vario moyenne entre -2 et -2,5 m/s. Il faut te rendre à l’évidence, tu as 10km/h de vent de face, dans une masse d’air qui descend à -1m/s.
Pour obtenir des vitesses/sol, tu vas déplacer ta polaire en fonction (vers la gauche pour ralentir et vers le bas pour descendre plus vite).
Et si tu veux obtenir ta finesse max, tu vois qu’il va falloir pousser au premier barreau.
Cette fois, tu as 7km/h de vent arrière dans une masse d’air porteuse à 0,5m/s.
Tu vas donc déplacer ta polaire vers la droite (de 7km/h ou 2m/s) et vers le haut (de 0,5m/s).
Et pour obtenir ta finesse max, tu auras certainement les mains à la poitrine.
La plupart du temps, on n’aime pas trop redessiner plusieurs fois la polaire. Et donc, pour se faire une idée, on préfère déplacer l’origine.
Dans le cas 1 où on aurait déplacé la polaire vers la gauche et vers le bas, on préfère déplacer l’origine dans le sens contraire (O1).
Et dans l’autre sens pour O2.
On voit qu’on obtient bien les mêmes régimes de vol pour la finesse max.
Pour aller plus loin…
Voile de loisir vs. voile de compète
Quel est l’objectif du concepteur de voile de compète ?
- Augmenter les vitesses
- Aplatir la polaire :
- Entre Vz mini et bras hauts : conserver un taux de chute proche de Vz mini.
- Accéléré : garder la meilleure finesse possible
Du coup, comme tu le vois, la finesse max d’une voile de compète passe à 12 pour le même régime de vols (bras hauts). Une légende prétend que certains guns trouvent la meilleure finesse avec un peu de barreau.
Et aussi, les 2 voiles ont des Vz mini pas si éloignées (0,3 m/s). Tu devrais donc à peu près tenir Hono dans le thermique !
Voilà pour la théorie. En pratique et ci-contre, des polaires de voiles récentes (2020-23). Que peut-on en dire ?
- Si tu tiens Hono dans le thermique, tu vas avoir du mal sur toutes les autres phases de vol.
- Il y a très peu de variations du taux de chute entre Vz mini et « Mains hautes ».
- Toutes les finesses max sont obtenues « Mains hautes ».
- Plus ta voile est performante, et plus la polaire est plate en régime accéléré.
Polaires reproduites avec l’autorisation de Quentin Aubourg qui a développé un instrument de mesure des polaires (vector-probe.com).
La partie gauche (de Vx mini à Vz mini) a été extrapolée par mes soins (donc sans garantie ! 😄)
Et MacCready ?
Paul B. MacCready était pilote de planeur et ingénieur, et du coup, dans les années 50, il a inventé un système qui te donne, en fonction de ce qu’indique ton vario, la vitesse horizontale idéale pour atteindre la finesse max.
Nos Vario-GPS de compète en étaient équipés il y a quelques années. Il fallait y rentrer la polaire des vitesses, et ils t’indiquaient quand tu devais pousser l’accélérateur ou mettre du frein. On a aujourd’hui des polaires très plates, et le MacCready devient beaucoup moins important, d’autant plus qu’il faudrait y importer des polaires qu’on n’a pas…
Certains planeurs en sont toujours équipés. C’est l’anneau MacCready que l’on retrouve autour de leurs varios. Il faut dire qu’ils ont des polaires très précises.
Vario avec anneau MacCready
Sur ce planeur, à -2m/s, il faut avancer à 125 km/h pour trouver la finesse max. En cas de vent de face, il faut tourner l’anneau dans le sens horaire.
Polaire et charge alaire
Si on faisait la polaire d’une voile à deux charges alaires différentes, voilà ce qu’on obtiendrait.
Ce qu’on remarque, c’est d’abord que les courbes sont homothétiques. On a donc les mêmes finesses aux mêmes régimes de vol, et aussi la même finesse max.
Par contre, plus la charge alaire est élevée, et plus les Vx augmentent, et les Vz diminuent.
Et plus on vole vite, plus les efforts aux commandes augmentent. Les pilotes de biplace le savent bien, et font très attention avec des passagers plus légers, vu que le décrochage peut survenir avec bien moins d’efforts aux commandes.
Un petit bonus…
Tu as lu jusque là ? Tu mérites bien mon petit dessin de récap !
1 commentaire
STOLL isabelle · 16 octobre 2024 à 10:54
A quelques jours de l’exam final du monitorat fédéral, je relie ton cours sur la polaire. Je ne sais pas pourquoi mais ça me calme 🙂
Bon à part ça, je le trouve vraiment excellents encore plus que tous les autres !
Merci pour tes analyses, tes schémas et ta capacité à tout rendre clair !
A tout bientôt
Isa