IV

Esquisse théorique de l'Aviation mécanique

Surfaces portantes.

Sachant que l'air a un poids, une densité, et constitue un milieu d'une certaine résistance; ayant d'autre part compris comment un plan ou plusieurs plans peuvent soutenir des poids en utilisant la résistance de l'air et la force du vent, il devient aisé de comprendre le mécanisme de sustentation du cerf-volant. Mais, pour le préciser, il faut entrer dans quelques détails techniques d'ailleurs fort simples.

Fig. 26

Dans l'air, le cerf-volant enlevé,—représenté dans la figure 26 comme s'il était vu de côté par sa tranche AB,—subit l'action de diverses forces qui s'opposent les unes aux autres.

Le vent qui le frappe exerce sur lui une pression, cette pression est invariablement perpendiculaire à sa surface quelle que soit l'orientation du cerf-volant par rapport au vent.

Il faut donc, dans le cas de la figure 26, représenter cette pression par la ligne droite CR perpendiculaire au cerf-volant AB. Or, on voit que cette pression CR dont la direction est perpendiculaire à AB tend à remonter le cerf-volant en raison de son inclinaison par rapport à la direction du vent.

Mais cette pression CR s'exerce en se décomposant en deux forces. L'une: CS combat l'action de la pesanteur CP, qui tend à ramener le cerf-volant vers le sol; l'autre CT est en antagonisme avec la résistance de la corde qui retient le cerf-volant.

S'il y a égalité de puissance entre ces diverses forces, le cerf-volant plane, à peu près immobile. Il ne bougerait pas du tout dans le cas de cet équilibre, si l'action du vent restait constante. Ses légers mouvements sont dus aux ondulations dont aucun vent n'est exempt.

Si le vent augmente, la pression devient plus forte: la force CS sustentatrice, l'emporte sur l'action de la pesanteur CP et le cerf-volant remonte.

Dans les deux cas, on suppose que la force CT reste invariablement équilibrée par la résistance de la corde du cerf-volant, car si elle venait à casser, l'équilibre instable du système serait aussitôt rompu.

Faute de vent, le cerf-volant ne peut ni s'enlever, ni demeurer en l'air. Mais l'enfant parvient pourtant à faire élever son jouet en courant. Il renverse les rôles: au lieu d'opposer obliquement la surface de l'engin à la pression de l'air précipité contre lui, il précipite le cerf-volant contre la résistance de l'air et crée, par la vitesse de sa course, la pression nécessaire pour vaincre, la force de la pesanteur et déterminer l'ascension. C'est exactement ce que fait l'aéroplane dont l'hélice, actionnée par le moteur, remplace la rapide traction de la corde par l'enfant.

Fig. 27

Ainsi, par exemple, la cinquième de ces lois affirme que la résistance de l'air est proportionnelle à l'étendue de la surface qui lui est opposée. Or, ceci n'est pas rigoureusement vrai dans toutes les conditions.

Fig. 28

La résistance est bien proportionnelle à la surface, comme le disait Newton, si l'on considère, par exemple, un plan carré poussé ou tiré, l'air étant immobile, dans une direction perpendiculaire à sa surface. La figure 27, page 42, montre ce cas où la résistance de l'air est bien proportionnelle à l'étendue de la surface du plan.

Fig. 29

Mais cette loi n'est plus exacte s'il s'agit d'une surface affectant la forme d'un carré long comme ABCD (parallélogramme rectangle),—dont ici deux côtés: AB et CD sont six fois plus longs que les deux autres: AC et BD afin de rendre l'exemple plus saisissant (fig. 27).

Fig. 30

Si cette surface, représentée dans la figure 29, vue par sa tranche AB, se meut obliquement dans l'air suivant une direction comme celle qui est indiquée par la flèche, c'est-à-dire si elle aborde l'air par son petit côté AC (fig. 30), la résistance qu'elle rencontre est beaucoup moins grande que si elle progresse en abordant l'air par le grand côté CD (figure 30, p. 44).

Dans les deux cas, la surface est pourtant la même; la direction et l'inclinaison sont supposées identiques. Or, la pratique démontrant que cette augmentation de résistance est invariable pour les surfaces portantes des aéroplanes, il faut reconnaître ce fait.

On l'explique par le glissement des molécules de l'air sous la surface considérée. Pressé par la surface en mouvement, l'air tend à s'échapper sur les deux grands côtés AB et CD, lorsque la surface aborde le fluide par le petit côté AC (figure 30), tandis que les mêmes filets d'air, sous la même surface, lorsqu'elle aborde le fluide par son grand côté CD (figure 31), ne peuvent s'échapper que sur une petite région des extrémités CA et DB. Dans ce second cas, il y aurait donc moins de déperdition de la résistance de l'air que dans le premier.

Fig. 31

Mais, si cette supposition,—difficile à vérifier,—n'explique pas complètement le phénomène invariablement observé, une autre considération s'impose encore plus fortement:

Fig. 32

Supposons que la surface ABCD (figure 31), qui mesure 1 mètre sur 6 mètres, a parcouru en une seconde de temps une distance de six mètres, en allant de ABCD en A'B'C'D'. On voit par la figure même, qu'en abordant l'air par son petit côté BD cette surface s'est appuyée, pendant la durée d'une seconde, sur une étendue d'air de 12 mètres carrés.

Si, pendant la même durée de temps, elle aborde l'air par son grand côté AB avec la même vitesse et parcourt la même distance de six mètres, on voit, par la figure même, qu'elle s'appuie sur une étendue d'air de 36 mètres carrés pour aller du côté: AB en A'B' (fig. 33).

En principe, dans ce deuxième cas, elle a donc dû vaincre une résistance triple.

Fig. 33

Ainsi, la sustentation dans l'air au moyen de surfaces planes agissant sur la résistance du fluide ne dépend pas seulement de l'étendue et de la vitesse de déplacement de ces surfaces (ou de la vitesse du vent, ce qui revient au même), mais encore de la forme des surfaces et de la façon dont elles abordent l'air par rapport à cette forme.

La Nature, par l'oiseau, donne d'ailleurs un exemple frappant de l'importance de cette disposition puisque tous les planeurs, sans exception, étendent des ailes dont l'envergure est invariablement en travers du sens de la marche.

Par rapport à son étendue, la profondeur de l'aile des oiseaux bons planeurs varie dans des proportions qui dépassent même de beaucoup pour l'envergure totale le 1/6^e du plan ABCD pris comme exemple précédemment. La profondeur de l'aile n'a que le 10^e de l'envergure chez les oiseaux de mer et se réduit au 20^e pour l'albatros.

Il reste sous-entendu qu'il n'y a pas lieu, dans la construction de l'aéroplane, de copier servilement la Nature, puisque les surfaces portantes de nos «plus lourds que l'air» ne peuvent être mues comme le sont les ailes des oiseaux et puisque le fuseau rigide de ces appareils qui porte le moteur, l'aviateur, l'hélice et les divers autres organes, n'a pas la souplesse et les moyens d'équilibrage du corps des oiseaux.

Fig. 34

Pourtant, le rapport entre l'envergure totale et la profondeur des surfaces portantes n'est pas le seul élément de sustentation pour lequel il y a lieu de s'inspirer de l'oiseau. À défaut de théorie, la pratique enseigne encore que les plans sustentateurs «portent mieux» s'ils sont légèrement incurvés; c'est-à-dire s'ils ont dans le sens de la profondeur du plan une courbure dont la concavité est opposée au sens de la marche.

Fig. 39

Cette incurvation est très visible dans le schéma du biplan Farman que représente la figure 34 où l'on voit le stabilisateur d'avant Gp; les plans sustentateurs S P et les plans d'empennage ou plans stabilisateurs de la cellule arrière Ps, affectant cette disposition courbe.

Elle est également très apparente dans la photographie du monoplan Blériot (fig. 35) et dans celle du biplan Delagrange (fig. 36) reproduites pp. 49 et 51.

En poursuivant l'observation des analogies qui existent entre nos «plus lourds que l'air» et les oiseaux, on constate que ceux-ci sont tous des monoplans. Leurs ailes, qui cessent d'être des organes de propulsion pour devenir uniquement des surfaces sustentatrices dans le vol plané, se tendent alors, restent rigides et forment comme un bloc avec le corps de l'oiseau. Mais ce bloc n'est pas rigoureusement rectiligne comme la surface portante du monoplan de Blériot par exemple (fig. 37, page 48), ou comme les deux plans sustentateurs de l'appareil des frères Wright (fig. 38, page 55). Il affecte la forme d'un V extrêmement ouvert ou d'un accent circonflexe retourné (fig. 39, p. 46).

Fig. 41

Cette disposition très préconisée par le capitaine Ferber et adoptée par lui dans la construction de ses derniers aéroplanes (fig. 40, page 53) se retrouve dans le monoplan d'Hubert Latham, dans le biplan de Voisin-Farman et particulièrement dans la Demoiselle de Santos-Dumont. Elle assure l'horizontalité latérale du système et quand l'angle du V est fort peu marqué, comme dans le biplan du capitaine Ferber, il ne donne pas à un vent latéral une prise dangereuse.

Fig. 42

Néanmoins, il faut bien reconnaître que si dans un air calme cette disposition est supérieure à toute autre pour assurer la stabilité latérale, les oiseaux savent et peuvent, lorsqu'il y a lieu, la remplacer par une disposition exactement contraire. Ils prennent, au besoin, pour planer au travers d'un coup de vent qui pourrait les basculer, la forme du V très ouvert mais retourné, ou celle de l'accent circonflexe dans sa position normale (fig. 41).

Enfin, leurs surfaces portantes étant bi-latérales et articulées au corps de l'oiseau peuvent prendre, en outre, des positions dissymétriques réagissant avec puissance contre des influences accidentelles, par des moyens d'équilibrage que nous n'avons pas encore observés, mais que nous avons entrevus, et qu'il est rationnel de concevoir.

Cependant si nos appareils sont bien loin d'avoir pour l'aviation les ressources et la souplesse de l'appareil locomoteur de l'oiseau, ils permettent néanmoins des parcours fort beaux avec une stabilité qui semble suffisante dans la plupart des cas et avec des rapidités déjà superbes.

Fig. 37.—Monoplan Blériot.

L'étude pratique des surfaces portantes employées pour l'aviation mécanique humaine nous montre d'autres analogies forcées entre certaines parties de nos appareils et les organes des oiseaux.

Ainsi, l'aile de l'oiseau, étendue et vue de profil n'a pas seulement l'incurvation que les constructeurs d'aéroplanes, sauf de rares exceptions, donnent à leurs plans de sustentation; elle est en outre renforcée sur le bord avant ou bord d'attaque (du fluide) comme le sont les bords d'attaque des plans porteurs d'aéroplanes.

Fig. 35.—Monoplan Blériot.

En coupe perpendiculaire à l'envergure la section a, pour l'oiseau en général, une forme comme celle de la figure 42 (page 47).

Fig. 43

Cette disposition correspond à la rigidité et à la résistance que doit avoir la partie avant de l'aile, celle qui fend l'air et qui porte l'oiseau. Tandis que vers l'arrière, l'aile va s'amincissant de plus on plus et se compose de plumes légères et souples, extensibles, écartables, non seulement entre elles, mais encore par les brins flexibles qui les constituent.

On remarquera que cette forme de l'épaisseur de l'aile est en même temps la meilleure pour la progression d'un solide dans un fluide et qu'elle reproduit celle des poissons les plus rapides.

Fig. 44

On donne précisément cette forme aux nervures des plans porteurs des aéroplanes et la toile qui les recouvre épouse naturellement cette forme (fig. 43, page 50).

Fig. 36. Biplan Delagrange.

La première loi de Newton affirmant que «la résistance (de l'air) est normale à la surface (d'un plan qu'on lui oppose)» se trouve ainsi corrigée, en ce qui concerne l'aviation, par la Nature et par la pratique des constructeurs de nos aéroplanes.

Si la résistance est normale à la surface, au plan, comme l'énonçait Newton, et se trouve au centre de cette surface, c'est seulement lorsque la direction est perpendiculaire à ce plan. Or, les surfaces portantes, ou sustentatrices, qu'elles soient plans d'aéroplanes ou ailes d'oiseaux, ne se déplacent pas orthogonalement dans le vol plané, mais suivent une inclinaison qui forme un angle très aigu avec l'horizontale.

Fig. 45

Dans ces conditions, le centre de pression se déplace et se rapproche d'autant plus du «bord avant» de la surface qui se meut, que l'inclinaison de celle-ci est plus accentuée vers l'horizontale.

En 1870, Joessel a donné la formule mathématique avec laquelle on détermine la position du centre de pression sur un plan déplacé dans un fluide avec une obliquité connue; mais, sans faire aucun calcul, par un simple tracé linéaire, cette position peut être déterminée de la façon suivante:

Supposons en AB le plan considéré, d'abord perpendiculaire à sa direction, indiquée par la flèche. Le centre de pression est alors au milieu de ce plan, en C (fig. 44, page 50).

Fig. 40.—Biplan du Capitaine Ferber (N^o IX).

Pour savoir où sera le centre de pression sur ce plan s'il occupe une des positions AB¹, AB², AB³, etc., ou toute autre position intermédiaire, on trace sur AB un demi-cercle tangent à l'extrémité A et d'un diamètre égal à 3/10^e de AB. On reporte ensuite sur chacune des positions considérées B¹, B², B³, B⁴, etc., une distance égale à 2/10^e de AB à partir de la courbe du demi-cercle tangent à A. Cette distance donne les points cp¹, cp², cp³, cp⁴, etc., qui sont les centres de pression du plan pour chacune des positions AB¹, AB², AB³, AB⁴, etc. (p. 50).

On aurait de même le centre de pression pour toute autre position intermédiaire du plan AB depuis la perpendiculaire jusqu'au plus petit angle que ce plan pourrait faire avec l'horizontale.

Fig. 46

On voit ainsi que le centre de pression se déplace à mesure que l'obliquité augmente et qu'il passe du centre du plan,—lorsque la direction est orthogonale,—à une position près du bord avant, ou bord d'attaque, qui n'est plus qu'aux 2/10^e de la profondeur du plan,—lorsque celui-ci est presque horizontal.

L'angle d'attaque, dans le vol plané de l'oiseau, doit varier sans cesse, mais être, en somme, pendant la plus grande partie du temps, réduit au minimum et très voisin de 0.

Pour l'aéroplane, qui porte une lourde charge, il oscille aux environs de 6^o; ce qui le reporte généralement aux 2/10^e 1/2 de la profondeur du plan près du bord d'attaque (fig. 45, page 52). Dans cette dernière évaluation le plan sustentateur est supposé rectiligne.

Fig. 38.—Biplan Wright en plein vol.

S'il est incurvé, il peut y avoir une différence dans cette proportion du déplacement, car on ne sait pas encore s'il faut considérer le centre de pression, en ce cas, comme étant normal à la corde ou normal à la tangente de la courbe d'incurvation. Mais dans tous les cas la différence ne peut être grande.

Plans de stabilisation longitudinale. Gouvernails de profondeur.

Cette correction de la première loi de Newton sur la résistance de l'air conduit à en faire une autre sur la 4^e conçue en ces termes: «La résistance (de l'air) est proportionnelle au carré du sinus de l'angle d'incidence (de la surface).

Fig. 47

Duchemin corrigea scientifiquement l'appréciation de Newton (1842) et plus tard Langley, vers 1892, corrobora les travaux de Duchemin à ce sujet.

Sans entrer dans le détail trop technique des calculs de ces physiciens, on peut se contenter de retenir, au point de vue de l'aviation, que la décroissance de pression est bien loin de correspondre à l'estimation de Newton.

Avec un angle de 14° seulement,—assez voisin par conséquent de l'angle d'attaque moyen de nos aéroplanes,—la résistance est encore de la moitié de la résistance du plan normal à la direction (c'est-à-dire formant avec celle-ci un angle de 90°) (fig. 46, page 54).

À mesure que l'angle d'attaque de la surface portante devient plus petit, la pression s'amoindrit naturellement, et cette réduction met bientôt une limite forcée au désir que pourrait avoir l'aviateur de rapetisser toujours cet angle pour diminuer «la résistance à l'avancement» de l'aéroplane. Il arrive un moment, dans ces conditions, où la surface portante reçoit le minimum de pression qui lui est indispensable pour bien équilibrer l'action de la pesanteur: c'est l'inclinaison que lui donne son maximum de pénétration et qu'il ne lui faut point dépasser, sous peine de cesser de se soutenir et de commencer à descendre.

Fig. 47 bis

Dans la pratique, on voit que les aéroplanes bien construits gardent aisément cette inclinaison particulière des surfaces portantes,—qui varie d'ailleurs avec chaque appareil et qui dépend aussi de l'habileté de l'aviateur.

Mais si ce maintien du bon angle d'attaque permet à l'appareil son maximum de vitesse propre et de «maniabilité», il faut remarquer en revanche qu'il est extrêmement instable et que cette instabilité, dans un milieu aussi tourmenté que l'air, constitue un véritable danger.

Fig. 48

Pour le mieux concevoir, il faut se représenter comment on explique la cause du déplacement du centre de pression précédemment exposé.

Lorsqu'un plan se meut orthogonalement au milieu de l'air, c'est-à-dire dans une direction perpendiculaire à lui-même (fig. 47, page 56), le fluide qu'il déplace s'écoule latéralement sur ses côtés d'une façon parfaitement égale,—et c'est ainsi que le centre de pression peut coïncider avec le centre du plan.

Fig. 49

Si le plan est incliné (fig. 47 bis, page 57) la majeure partie du fluide,—et celle-ci augmente en raison de l'inclinaison,—glisse sans trop de difficulté sous le plan; l'autre, moins grande, est obligée de remonter par-dessus le plan, avec d'autant plus de peine qu'il est plus incliné et de ce côté la pression augmente, tout en se rapprochant du bord d'attaque en proportion de l'inclinaison; c'est-à-dire en proportion de la réduction de l'angle d'attaque.

Fig. 50

Fig. 51

Mais, si, de cette façon, le centre de pression a quitté le centre du plan cp (fig. 48, page 58), pour se rapprocher du bord d'attaque, et se fixer par exemple en c'p' à cause de l'inclinaison du plan, le centre de gravité ne s'est pas déplacé, lui; il reste au centre du plan et celui-ci se trouve dès lors sollicité par deux forces agissant en sens contraire, qui tendent à le faire basculer et le ramener en position orthogonale par rapport à sa direction.

La marche du plan sustentateur en position oblique manque donc essentiellement de stabilité longitudinale. C'est pour cela que la Nature a doté les oiseaux d'une queue et qu'il faut imiter ce dispositif dans la construction de l'aéroplane.

On ajoute à son plan, ou ses plans porteurs, un plan stabilisateur généralement placé à l'arrière de l'appareil qui joue le rôle de la queue de l'oiseau en empêchant la surface portante de basculer, par un équilibrage automatique des forces qui la sollicitent.

Fig. 52

Schéma d'aéroplane biplan, en plan et en élévation de profil.

Grâce à ce dispositif, représenté en schéma par les figures 49 et 50, on voit que si l'angle d'attaque est petit (environ 6°, fig. 49), le plan stabilisateur placé loin en arrière du plan de sustentation, auquel il est relié par un châssis rigide, rencontre dans l'air un minimum de résistance par suite de cette grande inclinaison vers l'horizontale (pp. 58 et 59).

Fig. 54

Fig. 55

Fig. 56

Tandis que si l'angle d'attaque du plan de sustentation augmente (fig. 50, p. 59), le plan stabilisateur, abaissé par sa liaison rigide avec le plan de sustentation, rencontre alors dans l'air une résistance dont la pression le remonte. Il combat victorieusement l'effet des forces CG (centre de gravité; pesanteur) et c'p' (centre de pression, force soulevante) qui tendent à faire basculer le plan de sustentation, parce qu'il agit très en arrière de ce plan avec un effort de levier irrésistible.

Fig. 53

Schéma d'aéroplane, monoplan Blériot, plan et élévation de profil.

On conçoit que le même principe assure la même correction en sens contraire (fig. 51, p. 59).

Les figures 52, page 60, et 53, page 62, montrent comment ces dispositions sont réalisées dans les aéroplanes biplan et monoplan français.

Fig. 57

Ainsi, les plans stabilisateurs donnent aux aéroplanes la stabilité longitudinale qui leur est nécessaire, comme sa queue la donne à l'oiseau.

Fig. 58

SCHÉMA DU BIPLAN WRIGHT.—SP, surfaces portantes; PS, plans stabilisateurs avant, gouvernail de profondeur; G, gouvernail de direction latérale.

Sir Georges Gayley dès 1809 (Nicholson Journal), avait entrevu ce phénomène, que Pénaud expliqua dès 1872 et que J. Pline, en 1855, avait aussi démontré par l'expérience avec ses petits planeurs en papier découpé. Le capitaine Ferber et V. Tatin ont fait ressortir l'un et l'autre l'importance considérable du plan stabilisateur dans l'aéroplane.

Fig. 59

Schéma du biplan Wright, élévation de profil.—G, gouvernail de direction latérale; H, hélices; SP, surfaces portantes; PS, plans stabilisateurs avant, gouvernail de profondeur.

Fig. 60

Schéma du biplan Santos-Dumont n^o 14 bis, élévation de profil.—PS, plan-cellule de stabilisation avant; L, corps en fuselage; SP, plans stabilisateurs cellulaires; H, hélice à l'arrière.

«Quand on prend, dit le premier, un aéroplane sans moteur, bien centré, et qu'on le lance d'un point élevé sans vitesse, il fait une abatée presque verticale jusqu'à ce qu'il ait atteint sa vitesse de régime. À ce moment il se relève, conserve une vitesse uniforme et se meut enligne droite (figure 54, p. 61). S'il est moins bien centré, il se relève davantage, perd de sa vitesse et, pour la retrouver, fait une nouvelle abatée. Il en résulte des escaliers et un léger tangage (figure 55, p. 61). Enfin, s'il est mal centré, il se relève verticalement et perd toute sa vitesse. L'aéroplane recule alors et, suivant que sa queue est prise par-dessus ou par-dessous, il boucle la boucle ou pique du nez pour recommencer plus bas une manœuvre semblable (fig. 56, page 61).

Fig. 61

Croquis du biplan Santos-Dumont n^o 14 bis, perspective.—S P, plans sustentateurs cellulaires; P S, plan-cellule de stabilisation avant.

«Ces trajectoires sont des types que l'on retrouve partout, et au bout de quelque temps d'observation on s'aperçoit que l'on peut reproduire à volonté l'une quelconque d'entre elles, soit par le déplacement du centre de gravité, soit par l'orientation de la queue.»

Fig. 62

Schéma en élévation, vue de face, du même biplan montrant la disposition en V très ouvert des plans sustentateurs.

«... Quand l'aéroplane est muni d'un moteur, les mêmes trajectoires se produisent, il peut simplement s'en produire un type nouveau. Quand il y a excès de force, on observe une trajectoire ascendante ayant sa concavité tournée vers le ciel (figure 57, p. 63).

Fig. 63

Plan-schéma du biplan Santos-Dumont n^o 14 bis.—P S, plan-cellule de stabilisation avant; S P, plans sustentateurs.

«Arrivé en un point B, où l'action de la pesanteur domine de plus en plus celle de l'hélice, la vitesse horizontale diminue avec rapidité et l'aéroplane se retrouvant dans le cas des figures précédentes commencera une abatée pour retrouver sa vitesse perdue.

V. Tatin signale que certains expérimentateurs ont tenté de mettre le plan stabilisateur à l'avant. C'est le cas du biplan des frères Wright (fig. 59) et cette disposition est encore plus apparente dans le premier aéroplane, le 14 bis essayé en juillet 1906 à Bagatelle, par Santos-Dumont (fig. 60, p. 64).

En ce cas, le stabilisateur avant est un véritable gouvernail de profondeur. Mais s'il joue un rôle stabilisant analogue à celui de la queue de l'oiseau, c'est d'une manière inverse et non automatique: il faut le manœuvrer, l'avoir en main comme le guidon d'une bicyclette et ses effets, s'ils ont l'avantage d'être extrêmement prompts, présentent en revanche l'inconvénient d'une brutalité dangereuse. Des aviateurs extrêmement habiles, comme le sont les frères Wright, peuvent préférer ce mode de stabilisation à cause de sa vigueur même, et aussi parce qu'il est sans cesse sous les yeux du pilote. On ne peut nier que les élèves des Wright, notamment M. Tissandier, et surtout le comte de Lambert, ont fait merveille avec ce dispositif. Mais il est évidemment moins rationnel que la stabilisation arrière presque uniquement indiquée par la Nature.

Fig. 64

Schéma du biplan Voisin-Farman.—Gp, gouvernail de profondeur avant; F, avant du fuselage; S P, plans sustentateurs; Pi, pilote; M, moteur; H, hélice; P S, plans stabilisateurs arrière; Gd, gouvernail de direction latérale.

La queue stabilisatrice se combine d'ailleurs avec un gouvernail de profondeur, placé soit à l'avant comme dans le type de biplan Farman-Voisin (fig. 64, page 67), soit à l'arrière comme dans le monoplan de Blériot (fig. 53, page 62), où il est constitué par les volets mobiles qui se trouvent de chaque côté du plan stabilisateur arrière, en a' a'.

Fig. 65

Plan et élévation schématiques du monoplan théorique rationnel de Tatin.—S P, plan sustentateur; H, hélice; P S, plan stabilisateur; G L, gouvernail de direction latérale.

Il fait observer que si les oiseaux qui volent le mieux n'ont pas une queue très longue et très ample, c'est parce que la rapidité de leur vol en serait ralentie mais qu'ils suppléent à la réduction de stabilité longitudinale automatique qui en résulte par la promptitude et la vigueur des mouvements et des inclinaisons qu'ils donnent à leur queue en des réflexes si subits qu'ils sont assurément instinctifs et non raisonnés.

L'aviateur n'est pas doué de ces réflexes et ne pourrait, en outre, commander un mouvement mécanique aussi vite que l'oiseau exécute instinctivement un rétablissement d'équilibre par un déplacement de sa queue (il combine par surcroît ces mouvements postérieurs avec des mouvements de la tête, du cou, des ailes et du corps).

Pour ces divers motifs, il est nécessaire que l'aéroplane soit muni d'une longue queue stabilisatrice, ou plutôt d'un plan stabilisateur pour que ses plus légers déplacements produisent de grands effets.

Plus la queue se trouve éloignée du plan sustentateur, plus les oscillations verticales, auxquelles l'aéroplane est exposé, sont forcées de rester amples. Elles sont alors par conséquent ralenties; ce qui en facilite la correction à l'aviateur-pilote, soit par la manœuvre du gouvernail de profondeur, soit par toute autre commande jugée convenable des organes de l'appareil.

De cette façon il reste neutre et la résistance de sa pénétration dans l'air est réduite au minimum. Elle augmente, au contraire, dès que l'angle d'attaque du plan sustentateur s'agrandit ou se réduit et ramène automatiquement cet angle à sa grandeur normale.

Fig. 66

Plan-schéma du biplan théorique rationnel d'après Tatin.—S P, plans sustentateurs; P S, plans stabilisateurs arrière.

V. Tatin préconise entre le plan stabilisateur et le plan sustentateur une distance à peu près égale à la dimension de l'envergure. Il conseille de le placer à la même hauteur que le plan sustentateur et même un peu plus haut pour faciliter le relèvement de l'avant de l'aéroplane à l'atterrissage.

Enfin, il rappelle que ce plan doit être, comme le plan de soutènement, plus large que profond, et sans courbure antéro-postérieure, «puisqu'il est destiné à être choqué par l'air sur l'une ou l'autre de ses faces»; c'est-à-dire par-dessous ou par-dessus. Suivant son estimation, la surface de ce plan peut être égale au quart de celle du plan de sustentation, et l'on ne doit pas la compter comme portante.

Fig. 67

Biplan théorique rationnel d'après Tatin, élévation de profil.—S P, plans sustentateurs ayant un angle d'attaque déterminé; P S, plans stabilisateurs sans angle d'attaque et relevés.

Fig. 68

Croquis perspective du monoplan théorique rationnel, d'après Tatin.

Les croquis-schémas des figures 65 et 68, pages 68 et 71, montrent, d'après les dessins de l'auteur, un monoplan construit suivant ces données.

Un biplan établi sur les mêmes principes aurait l'aspect général des schémas des figures 66 et 67, pages 70 et 71.

Fig. 69

On voit que tous deux diffèrent notablement des monoplans et des biplans de Blériot et de Farman-Voisin, qui sont les plus connus par les résultats qu'ils ont permis.

Mais cette remarque n'infirme pas les données très rationnelles de V. Tatin, puisque son type n'a pas été encore l'objet d'expériences analogues.

L'éminent apôtre de l'aviation ajoute que la queue de stabilisation longitudinale concourt d'une façon très notable à la stabilisation latérale. Cette observation est encore parfaitement rationnelle. Soucieux de cette dernière stabilité, il donne d'ailleurs aux surfaces portantes de son type et même au plan stabilisateur arrière la forme d'un V très ouvert, préconisée par le capitaine Ferber (figure 68, p. 71).

Stabilisation transversale.—Virages.

En air calme, la stabilité transversale des aéroplanes est parfaitement assurée soit pour les monoplans, soit pour les biplans, à cause de la grande envergure des surfaces portantes, même lorsqu'elles sont parfaitement rectilignes comme dans les aéroplanes des types Wright ou Blériot, ou si les surfaces portantes sont légèrement en V très ouvert comme dans les types de biplan Ferber ou Farman et de monoplan Antoinette ou Demoiselle de Santos-Dumont.

Fig. 70

Dans sa précieuse étude sur Le problème de l'aviation, M. Armengaud jeune, a exposé scientifiquement et d'une manière très claire, comment par la disposition en T de leurs divers plans, les aéroplanes sont difficilement renversables, même s'ils sont pris en travers par un vent d'une certaine force.

Pour abréger, en n'entrant pas dans les détails de la démonstration de cet éminent technicien, puisqu'il est facile de se reporter à son étude, on peut se contenter de signaler le fait matériel qu'il met en évidence:

«Dans le cas d'un plan a, b, c, d (fig. 69, p. 72), se mouvant dans le sens de la flèche M, si un vent transversal comme celui qui est indiqué par la flèche V exerce son action sur ce plan, il basculera d'autant plus facilement que le bras de levier c o dont il subira l'effort sera plus long.

Fig. 71

Dans le plan trigone a, b, c, d, e (figure 70, p. 73), au contraire, la force c, dit M. Armengaud, aura à se composer avec celle qui agit en c¹ centre de pression développé sur la portion caudale e f, pression d'autant plus considérable que la tranche e f est cinq ou six fois plus longue que la tranche a c...», etc...

«Dans ces circonstances, la force perturbatrice du vent sera sinon tout à fait neutralisée, du moins fort amoindrie et parviendra d'autant plus difficilement à déranger l'équilibre qu'elle sera dérangée par l'influence rectrice engendrée par les deux surfaces du plan aviateur; influence d'autant plus énergique que la vitesse est plus grande.»

La pratique confirme fort bien cette théorie. Néanmoins, si les aviateurs semblent assez rassurés en ce qui concerne la stabilité latérale des aéroplanes en marche rectiligne, ils ont toujours eu, en revanche, grand souci des virages. Dans tous les types d'avions qu'ils ont fait construire ou bâtis eux-mêmes, comme les frères Wright et les frères Voisin, ils ont démontré cette présomption par les dispositifs qu'ils ont imaginés pour faciliter ces virages et réduire l'inclinaison latérale des appareils, qui en est la conséquence normale.

Fig. 72

Fig. 73

On se rend fort bien compte de cette conséquence en examinant l'inégal travail de l'envergure dans l'opération du virage.

Il suffit, en effet, de regarder la fig. 71, p. 74, pour voir qu'en décrivant, de gauche à droite, le quart de cercle a b, l'aéroplane C D refoule par le côté gauche de sa surface portante C, beaucoup plus d'air que par le côté droit D. Le côté C subissant ainsi, dans le même espace de temps, un effet de pression beaucoup plus grand, se relève en proportion de la vitesse et de la petitesse du rayon de la courbe décrite.

Fig. 74

Dans les conditions de la figure 71, pour peu que la vitesse ne soit pas extrêmement réduite, le mouvement de bascule doit fatalement tendre à renverser l'appareil.

Frappés de cet inconvénient du virage, bien plus sensible en aviation que pour tous les autres moyens de locomotion, les frères Wright, dès le début de leurs essais, se sont préoccupés d'y remédier, et ils y sont parvenus dans une très large mesure par une déformation mécanique des extrémités postérieures souples, des surfaces portantes de leur biplan.

En gauchissant ces extrémités à volonté lorsqu'ils veulent virer, ils obtiennent les résistances représentées par la figure 73, p. 75.

Comme dans la figure 71, l'aéroplane Wright décrit, de gauche à droite, un arc de cercle indiqué d'ailleurs par la flèche V. Le gauchissement de haut en bas des bords postérieurs du côté droit des plans de soutènement crée une plus grande résistance qui se traduit par une poussée de bas en haut sur ce côté droit D; poussée indiquée par les flèches d d; et cette pression tend à remonter le côté droit de l'aéroplane que le virage abaisse. En même temps, sur le côté gauche C, le gauchissement réalisé en sens contraire de bas en haut, crée une résistance en sens contraire, et la pression de cette résistance, indiquée par les flèches cc, tendant à rabaisser le côté gauche C, combat l'effet de la pression déterminée par le virage, qui tendrait à faire remonter ce côté C.

Ainsi se produit une neutralisation plus ou moins complète du phénomène normal qui, dans le virage, tend à faire basculer tout aéroplane.

Blériot, dans son monoplan, obtient un effet analogue par la manœuvre d'ailerons articulés aux extrémités du plan sustentateur de son appareil (figure 74, p. 76).

On a proposé et l'on étudie même aujourd'hui d'autres moyens d'obvier aux inclinaisons latérales résultant des virages.

Les effets du pendule et ceux du gyroscope notamment séduisent plus d'un chercheur.

Dans la suite de cette esquisse ces diverses solutions seront examinées avec plus de détails.

En résumé, les stabilités longitudinale et latérale sont dès à présent obtenues d'une façon déjà fort encourageante dans la pratique, puisque des évolutions de toute nature ont été accomplies soit sur des aérodromes, soit en pleine campagne ou sur mer par des aéroplanes biplan et monoplan, à des altitudes, avec des vitesses et contre des vents bien accentués.

Fig. 75

Monoplan Blériot.—G, gouvernail de direction latérale; Ps, plan stabilisateur arrière; gp, gouvernails de profondeur ailerons; P S, plan sustentateur; H, hélice.

Directions.

Fig. 76

Biplan Voisin, élévation de profil.—gp, gouvernail de profondeur avant; P S, plans sustentateurs; H, hélice; Ps, plans stabilisateurs arrière; G, gouvernail de direction latérale.

Sans considérer ici longuement la question de la direction des aéroplanes, puisqu'il faudra y revenir avec précision dans l'exposé de la conduite pratique de ces appareils, il faut, néanmoins, pour compléter les données élémentaires précédentes, signaler les organes employés pour modifier les sens de marche des «plus lourds que l'air».

Fig. 77

Biplan type Voisin, plan schématique.—gp, gouvernail de profondeur avant; P S, plans sustentateurs; H, hélice; Ps, plans stabilisateurs arrière; G, gouvernail de direction latérale.

Fig. 78

Biplan type Wright, élévation de profil.—gp, gouvernail de profondeur avant; P S, plans sustentateurs; G, gouvernail de direction latérale.

Un gouvernail analogue à celui des navires et qui agit de la même manière, réalise dans les aéroplanes comme dans les ballons dirigeables, les changements d'orientation de marche des monoplans et des biplans, comme ceux des engins à plus grand nombre de surfaces portantes.

Ce gouvernail «de direction latérale» est une surface plane disposée verticalement à l'arrière de l'aéroplane et mobile sur un axe vertical, comme le gouvernail du bateau (fig. 75, 76, 77, 78 et 79, pp. 78, 79, 80).

Fig. 79

Biplan Wright.—gp, gouvernail de profondeur avant; P S, plans sustentateurs; pg, partie gauchissable des plans sustentateurs; H, hélices; G, gouvernail de direction latérale double.

On pourrait aussi le placer à l'avant, mais il est moins encombrant à l'arrière et sur les dispositifs munis d'une queue stabilisatrice, sa position arrière, loin des plans sustentateurs, lui donne plus d'efficacité parce qu'elle agit alors avec un plus grand bras de levier.

Avec cet organe, on conduit l'appareil à droite ou à gauche, on le fait tourner à volonté, décrire des arcs de cercle ou des circonférences plus ou moins grandes. Mais, l'air, domaine des appareils aviants, n'est pas comme la terre ou comme l'eau, «une surface de locomotion» pour l'aviateur; c'est «un milieu», dans lequel il doit se diriger non seulement suivant l'horizontale, mais encore suivant la verticale. Il n'a pas qu'à tourner à droite ou à gauche: il lui faut aussi monter ou descendre, et l'on a vu précédemment que ses évolutions dans le sens vertical sont commandées par un «gouvernail de profondeur», placé soit en avant, soit en arrière (type Blériot-monoplan) et qui sert parfois de plan stabilisateur (type du biplan américain Wright).

Ce gouvernail de profondeur, complément indépendant du gouvernail de direction horizontale, se compose, lui aussi, d'une surface plane (parfois deux); mais elle est placée horizontalement et se meut autour d'un axe horizontal, ou d'une genouillère qui lui permet de prendre des inclinaisons encore plus variées par rapport à la ligne de l'horizon.

Enfin, l'on a encore vu précédemment que l'angle d'attaque des surfaces portantes d'une part, et la vitesse de la marche d'autre part, sont des éléments de l'aviation qui ont leur effet sur les déplacements du plus lourd que l'air dans le sens de la hauteur.

Si la vitesse, ou la grandeur, de l'angle d'attaque augmente, l'aéroplane s'élève. En cas de diminution pour l'un de ces deux facteurs, le résultat est inverse.

Enfin, la force du vent est aussi une influence dont il faut tenir compte, puisqu'elle peut, en augmentant la pression sur les surfaces portantes, si l'aéroplane marche contre lui, provoquer une ascension de l'appareil.

Une récapitulation générale de toutes ces données peut se résumer ainsi:

1^o Avec l'angle d'attaque pour lequel il a été construit et avec sa vitesse normale, l'aéroplane en air calme progresse horizontalement et en ligne droite. Son gouvernail de direction latérale est alors perpendiculaire à la ligne de l'horizon et son gouvernail de profondeur rigoureusement horizontal.

2^o Si des ondes de vent modifient accidentellement la stabilité longitudinale de l'appareil, le plan stabilisateur réduit et corrige les oscillations longitudinales produites (tangage). À défaut de queue stabilisatrice agissant automatiquement, le gouvernail de profondeur, actionné par l'aviateur, produit ces réductions et ces corrections.

En ce cas, pour ne pas s'élever, il faut qu'il réduise son angle d'attaque en faisant agir le gouvernail de profondeur, ou qu'il réduise sa vitesse.

Après cette modification compensatrice, si le vent diminue ou cesse plus tard, il devra faire une modification inverse pour revenir aux conditions initiales de sa marche.

4^o Si l'aviateur veut modifier sa direction horizontale, c'est-à-dire aller à droite ou à gauche, rebrousser chemin ou décrire un cercle, le gouvernail de direction latérale suffit pour ces évolutions.

Son action peut, en outre, corriger celle d'un vent latéral faisant dériver l'avion et l'écartant de son but.

En provoquant un virage trop peu étendu, le gouvernail de direction latérale détermine une inclinaison latérale de l'appareil qui résulte de la différence des pressions exercées par les deux côtés des surfaces portantes. Mais l'aviateur peut atténuer et neutraliser cet effet par le gauchissement des surfaces portantes (système Wright), par la manœuvre d'ailerons mobiles (système adopté par Blériot) ou par l'emploi d'autres influences compensatrices.

5^o Pour monter ou descendre, l'aviateur fait agir le gouvernail de profondeur qui impose à l'appareil des déplacements verticaux sans modifier le régime normal de sa marche.

Il peut obtenir aussi les mêmes déplacements verticaux soit par la modification de l'angle d'attaque, soit par la modification de la vitesse.

En résumé, les moyens de diriger ne manquent pas. Ils sont plutôt trop abondants, car ils ne simplifient pas la manœuvre et l'on a déjà cherché, avec plus ou moins de succès, comme on le verra dans la description des principaux types d'aéroplanes, des systèmes de jonction de commande, ayant pour but de réduire les manœuvres du pilote-aviateur au plus petit nombre possible d'actes et de préoccupations.

Force motrice.—Moteurs.

L'oiseau et surtout les insectes qui volent, possèdent une force prodigieuse par rapport à leur poids. L'observation de la Nature enseigne ainsi que le rapport entre la force et le poids est une condition absolue de l'aviation.

Le problème de la sustentation du plus lourd que l'air, même après les belles études théoriques et pratiques du «vol plané», ne put donc être résolu qu'à partir du moment où l'industrie de la locomotion automobile parvint, de progrès en progrès, à fournir des moteurs extrêmement légers quoique puissants.

Le moteur à pétrole, mieux dénommé: moteur à explosion, est infiniment plus léger que le moteur à vapeur parce qu'il ne comporte ni foyer, ni chaudière, ni l'énorme approvisionnement d'eau et de charbon qui encombre nos locomobiles terrestres ou maritimes.

C'est un moteur réduit à l'organe qui produit la poussée du piston: le cylindre, et aux pièces articulées qui transforment le mouvement de va-et-vient de ce piston en un mouvement rotatif.

On sait, par les voitures automobiles et par les motocycles, que ces moteurs à explosion ne tiennent presque pas de place, et possèdent une force considérable.

Le mouvement rectiligne de leur piston, transformé en mouvement circulaire par des pièces articulées spéciales (bielles), fait tourner un axe (arbre) qui est celui des roues dans les appareils roulants (automobiles, motocycles) ou de l'hélice dans les bateaux et les aéroplanes ou les dirigeables.

Cet exposé schématique du principe des moteurs à explosion suffit pour faire comprendre que la machine motrice qu'ils constituent est réduite à la plus simple expression possible.

Fig. 80.—Moteur en V et hélice métallique.

Quand l'explosion de l'air carburé (c'est-à-dire du mélange détonant d'air et d'essence de pétrole volatilisée) a chassé le piston jusqu'à l'une des extrémités du cylindre, il faut qu'il revienne en arrière pour refouler et chasser les gaz brûlés par des orifices qui s'ouvrent automatiquement; il faut encore que le piston reparte pour aspirer derrière lui l'air et l'essence volatilisée qui fourniront une nouvelle détonation; il faut enfin qu'il revienne encore une seconde fois en arrière pour comprimer ce mélange détonant. Alors une seconde inflammation, une seconde explosion se produisent, et le piston, chassé une seconde fois avec force, exerce, par l'intermédiaire des pièces articulées, un second effort de rotation sur l'axe ou arbre moteur de l'hélice (si celle-ci est calée, c'est-à-dire fixée directement sur cet arbre; ce qui est le cas le plus général).

Ainsi, la force de propulsion ne s'exerce qu'une fois par quatre mouvements du piston; puisque, sur deux allers et deux retours, le premier retour est employé à l'expulsion des gaz, le second aller à l'aspiration du mélange détonant, et le second retour à la compression de ce mélange avant l'allumage pour l'explosion suivante.

Une partie de l'élan donnée par l'explosion à un volant est utilisée à produire ces trois mouvements, qui préparent l'explosion suivante. Il y a donc ainsi une importante déperdition de la force engendrée par l'explosion, et une suspension relativement très longue entre les productions de forces, puisqu'elle atteint la proportion énorme de 3/4.

L'industrie automobile a depuis longtemps corrigé ces défauts en composant des moteurs de deux, puis de plusieurs cylindres exerçant leurs actions sur le même arbre. (Les groupes de ces cylindres sont opposés, ou disposés en étoile, ou en V, pour l'aviation, fig. 80, p. 85).

L'augmentation du nombre des cylindres agissant sur un même arbre a permis d'autres simplifications mécaniques allégeantes.

Le choix des matières métalliques a fait réaliser des économies de poids non moins grandes. On a remplacé les métaux lourds, comme la fonte, par de l'aluminium partout où la résistance de ce métal si léger pouvait être suffisante. On a beaucoup diminué l'épaisseur des cylindres, sans compromettre leur solidité indispensable, en les construisant avec des aciers comme ceux, si résistants, qui servent à la fabrication des armes de guerre et des cuirasses de navires.

En ce sens, d'amélioration en amélioration, on est arrivé à faire des moteurs ne pesant que 2 kilogrammes, 1 kilog. 500 et même 1 kilogramme par cheval-force.

L'allègement nécessaire a été de cette façon plutôt dépassé, car il est démontré aujourd'hui par l'expérience que les moteurs dont le cheval-force pèse 2 kilogrammes et même 2 kilogrammes 500, sont bien assez légers pour l'aviation.

Il importe que la solidité, la résistance à l'usage et la régularité ainsi que la longue durée du fonctionnement ne soient pas sacrifiées à la légèreté.

En général, grâce au développement de la locomotion automobile, la construction des moteurs s'est tellement perfectionnée, que presque tous les moteurs sont excellents. Mais ces engins, véritables bijoux de mécanique, ont une délicatesse extrême. L'allumage, le graissage, l'échauffement, qui dilate trop les matières, l'encrassement des soupapes, ainsi que nombre d'autres causes produisent dans le fonctionnement de ces merveilles, des arrêts, ou pannes, encore trop fréquents.

On considère l'aéroplane comme une sorte de cerf-volant soutenu en air calme par la traction de sa corde. L'hélice, dans cette conception, est la corde qui tire. Si elle cesse de tourner, l'aéroplane se trouve dans la situation du cerf-volant tiré. Quand la corde casse: il tombe.

Cette appréciation, trop absolue, n'est pas exacte en matière d'aviation. Bien construit, bien équilibré, l'aéroplane ne tombe pas, en cas d'arrêt du moteur: il descend. Coupant l'allumage, et par conséquent arrêtant le moteur, on descend aujourd'hui couramment en vol plané de n'importe quelle hauteur, fût-ce de plus de 2.000 mètres (Legagneux, Hoxsey, Paulhan, Chavez à Issy-les-Moulineaux, etc.)

Mais si l'arrêt du moteur ne compromet pas la vie du pilote et l'appareil lui-même, lorsque cet arrêt se produit dans des conditions favorables à la descente (plaine unie), il est bien évident, en revanche, que, l'aviation n'ayant point pour but des évolutions aériennes limitées aux champs d'expériences, il faut prévoir le cas où l'arrêt mécanique se produirait lorsque l'avion surplombe une grande étendue où la descente lui serait dangereuse, sinon fatale, telle qu'une grande ville, une mer, une forêt, un large fleuve, une foule, etc.

Les pannes, trop fréquentes, des moteurs ultra-légers légitiment les critiques dont ils sont l'objet à ce point de vue. Néanmoins, il faut reconnaître qu'elles tendent à se raréfier.

Nous sommes déjà bien loin, comme résultats, de l'époque, si récente pourtant, où des parcours de quelques kilomètres, des sustentations de quelques minutes étaient prouesses.

Nos aviateurs ont fait en plein pays des circuits fermés de grande étendue et de longue durée. Blériot a traversé la Manche. Le comte de Lambert, partant de Juvisy, est venu planer sur Paris, et tourner à 200 mètres au-dessus de la Tour Eiffel; puis il est reparti sans escale pour revenir à son point de départ, où il est arrivé sans aucune difficulté. Farman, à Pau, s'est maintenu 7 heures dans l'espace couvrant une distance de 486 kilom.; Tabuteau l'a dépassé par un aviat sans arrêt de 585 kil. 900. Des distances plus grandes ont été depuis franchies avec escales, et les prouesses du Circuit de l'Est à cet égard sont encore dans la mémoire de tous. Ces exploits ne sont pas exceptionnels, puisqu'ils ont été «approchés» nombre de fois par d'autres aviateurs. Il est donc permis d'affirmer qu'avant peu la question des pannes de moteur, sera tout à fait résolue par l'accouplement de deux moteurs se remplaçant automatiquement en cas d'arrêt de l'un d'eux... ou même d'autre manière.

Les moteurs à explosion donnent actuellement une solution du problème de l'aviation par leur combinaison avec l'étude des surfaces portantes, mais il est déjà permis de prévoir que d'autres propulseurs pourront remplacer les moteurs à explosion.

En attendant ces progrès plus que probables, il convient donc de motiver le choix du moteur en tenant compte du type de l'aéroplane et de ses caractéristiques; l'ensemble constituant une sorte d'organisme, dont le fonctionnement exige une harmonie parfaite.

Suivant son poids, l'étendue de ses surfaces portantes et leur disposition, son angle d'attaque, ses modes de stabilisation et de direction, etc..., etc..., l'aéroplane, monoplan ou biplan, implique l'emploi d'une force motrice différente, produite de telle ou telle manière, par tel ou tel dispositif.

V. Tatin, dans ses Éléments d'aviation, a fort bien défini le travail que doit fournir un moteur d'aéroplane en tenant compte du poids total de l'avion, de son moteur, de ses accessoires, de son approvisionnement et de son pilote.

La force du moteur doit être suffisante pour soutenir plus que ce poids par l'action de l'hélice sur l'air calme.

Mais, l'aéroplane doit, en outre, progresser. Il lui faut donc un supplément de force pour cette progression et ce supplément n'est pas quelconque: il résulte de l'angle d'attaque et de la construction même de l'avion, car, si les surfaces portantes et stabilisatrices, les divers organes, le corps de l'appareil, son châssis de lancement et d'atterrissage, etc..., etc..., sont bien équilibrés et bien établis, ils offriront infiniment moins de résistance à l'avancement que s'ils sont mal combinés et mal exécutés.

Transmise à l'hélice, la force motrice subit, comme on le verra plus loin, une déperdition, une sorte de déchet qui résulte du mode de travail de cet organe.

Il engendre une déperdition analogue au recul des armes à fou, dont on tient compte en balistique et qu'il ne faut pas négliger dans l'appréciation du rendement d'une hélice. Cette déperdition, dénommée «recul de l'hélice» pour le motif précité, s'ajoute au déchet propre à l'hélice (déchet qui varie suivant le modèle de l'hélice) et forme un total que le moteur doit ajouter aux résistances qu'il lui faut surmonter.

La force motrice à développer pour provoquer l'essor de l'aéroplane est plus grande que celle de son régime normal de marche. Il est donc indispensable de prévoir cet excès de puissance sans laquelle l'avion ne parviendrait pas à quitter le sol.

Tout virage, en cours d'aviation, engendre encore un supplément de résistance qui doit être dans les moyens du moteur pour que le virage ne se transforme pas en descente. La Nature donne, d'ailleurs, l'exemple de ce fait par le vol des oiseaux qui descendent en décrivant des courbes, ou même des cercles, par économie d'effort, quand la configuration plane et dénudée du point d'atterrissage vers lequel ils tendent le leur permet.

L'aviateur est obligé de prévoir un autre supplément de force motrice pour élever son avion a fin de franchir des obstacles tels que: hauts arbres, monuments, collines... sans parler des reliefs montagneux élevés sur lesquels il est dès à présent appelé à planer, et sans parler des brouillards et des nuages bas placés dans l'atmosphère, qu'il lui pourra être avantageux de surmonter dans des circonstances de voyage ou de perturbations atmosphériques particulières.

Toutes ces exigences réunies, combinées ou totalisées selon leur nature, constituent la somme de force motrice propre à chaque aéroplane. Le calcul permet de l'évaluer approximativement; l'expérience achève de la préciser et l'on prévoit déjà que les petits tâtonnements actuels seront dans peu d'années supprimés par des données mathématiques éprouvées.

L'Hélice.

Adaptée à l'aéroplane, l'hélice agit comme une vis en pénétrant dans l'air, soit pour tirer l'avion, si elle est en avant, soit pour le pousser, si elle est placée en arrière.

Ces deux modes ayant donné jusqu'ici des résultats fort brillants, on ne peut guère préconiser l'un au détriment de l'autre; il convient d'ajourner les appréciations à leur égard.

Par son bord d'attaque tranchant, la branche de l'hélice pénètre facilement dans l'air, mais son plat, vivement déplacé, exerce sur le fluide une pression ou,—ce qui revient au même,—rencontre une résistance, point d'appui qui détermine sa progression.

Une hélice est essentiellement un organe qui transforme le mouvement de rotation du moteur en un mouvement de progression dans le sens de son axe.

Dans tous les cas, si, comme on l'a signalé précédemment, l'hélice se visse dans l'air littéralement, soit pour tirer, soit pour pousser, et fait avancer ainsi l'arbre auquel elle emprunte son mouvement, ce n'est pas exactement en avançant à chaque tour complet d'une quantité égale à l'amplitude de son pas.

Dans une véritable vis, la distance qui sépare une spire de l'autre constitue le pas et représente la quantité de la progression à chaque tour complet. Ainsi une vis dont les spires sont écartées de 1 millimètre, avance d'un millimètre à chaque tour complet qu'on lui fait exécuter.

L'hélice du navire et surtout celle de l'aéroplane ne se comportent pas exactement de la même manière, parce que les milieux fluides dans lesquels toutes deux pénètrent sont essentiellement mobiles.

L'eau, et surtout l'air, glissent sous la pression de l'hélice; ils cèdent et sont refoulés, tandis que les solides, fer ou bois, dans lesquels pénètre la vis ne glissent pas.

La trop faible résistance de l'air est donc, pour la progression, une cause de déchet proportionnelle à la vitesse de rotation et à l'étendue de la surface des plats de l'hélice.

Plus l'hélice est grande, plus grande est aussi la quantité d'air sur laquelle elle agit dans un même espace de temps; et plus grande est, par conséquent, la résistance qu'elle rencontre; plus grand est le point d'appui qu'elle trouve dans le milieu fluide pour progresser. Mais la vitesse de la rotation de l'hélice décroît forcément à mesure qu'on agrandit ses dimensions, et cette décroissance met vite une limite au diamètre et au pas des grandes hélices.

Inversement, moins une hélice est grande, plus sa vitesse de rotation peut s'accélérer. Or, cette accélération de la vitesse augmente, en les multipliant, les points d'appui que l'hélice peut prendre sur le fluide en progressant et, par l'augmentation de la vitesse, une hélice réduite et de pas réduit augmente sa traction ou sa propulsion. Mais, la résistance de la matière, bois ou métal, met aussi bientôt une limite à la vitesse de rotation des petites hélices, car la force centrifuge les brise.

Dans la dimension des hélices comme dans leur vitesse de rotation il y a donc des maxima qui ne sauraient être dépassés actuellement.

Aucun terme moyen n'a jusqu'à présent démontré sa supériorité. Les grandes hélices à grand pas ont leurs partisans et les hélices petites à pas réduit ont aussi les leurs. Néanmoins il y a une tendance, dictée par l'expérience, en vertu de laquelle les rotations de 1.500 tours, et même plus, à la minute sont de moins en moins goûtées. Mais il y a une considération qui domine les préférences, c'est l'accommodation du propulseur à l'aéroplane. Tel dispositif de monoplan exige l'emploi d'une hélice réduite à rotation rapide, et tel biplan ou triplan l'emploi d'hélices plus grandes, plus lentes, mais de pas plus étendu.

Fig. 81.—Hélice en bois à deux pales.

En bois ou en métal, les hélices de dimensions restreintes, mais à rotation rapide sont plutôt employées sur les monoplans et placées en avant des surfaces portantes où elles tirent l'appareil. Il n'y en a généralement qu'une.

Fig. 82

Schéma en plan et en élévation-profil du fuselage du monoplan Antoinette.—A A, longerines ou longerons; E E, entretoises.

Les hélices plus grandes, dont la rotation ne saurait être aussi prompte que celle engendrée par les moteurs à explosion exigent l'emploi d'un organe spécial: un démultiplicateur, critiqué à divers titres, mais indispensable. On les place plutôt derrière les surfaces portantes des biplans ou autres multiplans, soit dans le bâti qui relie les surfaces portantes au plan stabilisateur et au gouvernail latéral, lorsqu'il n'y en a qu'une, soit de chaque côté de ce bâti quand on en utilise deux. En ce dernier cas, elles se vissent dans l'air l'une de gauche à droite et l'autre de droite à gauche; elles tournent par conséquent en sens contraire.

Fig. 83

Biplan Farman.—Schéma du corps de l'appareil et de la nacelle; N, nacelle formée de longerines et d'entretoises; C, corps ou bâti de l'appareil formé de plus grandes longerines l et d'entretoises e.

Une seule hélice tournant avec rapidité tend à entraîner l'ensemble du système aérien dans son mouvement giratoire, et cette influence est assez forte pour faire incliner parfois l'aéroplane du côté où la rotation se produit. Néanmoins, la grande envergure de presque tous les avions restreint assez l'effet de cette influence pour la rendre négligeable, mais elle s'accentue dans les virages si la rotation de l'hélice est trop rapide (effet gyroscopique).

Avec deux hélices tournant en sens contraire, mais avec une égale vitesse, l'équilibre est plus parfait. En revanche une inégalité de marche, et à plus forte raison l'arrêt d'une des hélices, expose l'aviateur et son appareil à un renversement plus ou moins brusque, ou même subit, de l'appareil qui peut être fatal à tous deux. Cet accident s'est produit sur un biplan de Wright. Il a grièvement blessé Orville Wright et causé la mort du lieutenant américain Selfridge qui l'accompagnait.

On peut, il est vrai, remédier à cette éventualité par une disposition mécanique telle que l'arrêt d'une des deux hélices, ou sa rupture, entraînerait l'arrêt de l'autre, automatiquement.

Quant au nombre des palettes, l'expérience a démontré, comme la théorie, qu'il devient trop grand lorsque les effets de compression de l'air produits par l'une des palettes se fait sentir sur une autre. Or, ces effets dépendent aussi de la forme des palettes, de leur étendue, de leur disposition et de la vitesse de rotation. On peut dire toutefois que dans la majeure partie des cas les meilleurs rendements sont fournis par des hélices à deux branches, et que ce type est le plus fréquemment adopté.

La construction de l'aéroplane.—Son corps. Ses moyens de départ et d'atterrissage.

Par les diverses considérations précédentes, on a vu que l'aéroplane est un ensemble dont toutes les parties doivent être conçues les unes pour les autres, et non pas indifféremment les unes des autres.

Le corps de l'appareil n'échappe pas à cette condition d'harmonie essentielle.

Il doit d'abord relier aux surfaces portantes,—qu'elles soient de monoplan ou de polyplan,—les surfaces accessoires, que l'on pourrait appeler «dirigeantes», pour les englober à la fois dans une seule désignation générale; à savoir: le plan stabilisateur, le gouvernail de direction latérale et le gouvernail de profondeur; tous organes qui se trouvent à diverses distances des surfaces portantes, à l'avant et à l'arrière de l'aéroplane.

En raison des efforts de leviers exercés par ces parties dirigeantes sur les surfaces portantes, il est bien évident que le corps de l'aéroplane doit être au moins aussi solide que les plans sustentateurs. Mais, il lui faut, en outre, un surcroît de robustesse parce qu'il doit porter le moteur, le pilote, des passagers si la puissance de l'aéroplane le permet; enfin les approvisionnements d'huile, d'essence et les instruments de conduite, ainsi que les accessoires de lancement et d'atterrissage.

Dans la plupart des aéroplanes ce corps est constitué par des longerines ou longerons, en bois ou en acier, reliés entre eux par des entretoises (fig. 82 et 83, pages 94 et 95), qui forment un tout relativement très léger, mais rigide, robuste et indéformable.

Parfois ce corps est distinct d'une sorte de nacelle qui renferme le pilote, le moteur, les organes de commande de l'avion et les approvisionnements (figure 83). Mais toujours, autant que possible, l'ensemble est fusiforme et plus effilé à l'arrière qu'à l'avant.

Fig. 84

Construction de la charpente d'une surface portante d'aéroplane (monoplan).—LL, longerons transversaux; BB, longerons formant bordure; tt, traverses longitudinales; t, l'une de ces traverses en coupe longitudinale.

Actuellement, on ne saurait donner une indication générale plus détaillée des corps d'aéroplanes, parce qu'ils sont trop variés et n'ont pas encore assez démontré leurs supériorités ou leurs défauts.

L'expérience apprendra si telle disposition est plus avantageuse que telle autre. Pour le moment, ce qui est bien évident, c'est qu'il importe de réduire au minimum possible le nombre et l'étendue des surfaces qui, dans ces bâtis, peuvent faire obstacle à l'avancement de l'avion dans l'espace.

Il semble, au premier abord, qu'une carcasse aussi simple, aussi légère, que celle de la plupart des aéroplanes ne constitue pas un obstacle notable à la progression de l'appareil dans l'air. Cependant, si l'on additionne les faibles surfaces des longerons, des entretoises, et des haubans aux fils d'aciers qui s'ajoutent souvent à ces pièces pour les consolider, on constate qu'ils atteignent parfois, réunis, une étendue en surface relativement très importante.

Il ne faut pas oublier que le moindre plan orienté perpendiculairement au sens de la marche,—et les entretoises sont particulièrement dans ce cas,—fait une résistance considérable à l'avancement. À ce point de vue, un simple fil n'est pas négligeable. Sa résistance n'est pas seulement proportionnelle à sa longueur, à son diamètre, à son orientation, mais encore aux vibrations qui lui sont imprimées par l'air et par la rotation du moteur, car ces vibrations augmentent en quelque sorte son diamètre.

Dans la construction du corps de l'aéroplane et de sa nacelle, si ce corps compte une nacelle, les pièces ne doivent pas être calculées sans souci de l'obstacle qu'elles présenteront à la résistance de l'air. Cette préoccupation nécessaire peut amener à remplacer un fil par une pièce rigide de force égale, mieux orientée ou à section pénétrante par rapport au sens de la marche de l'avion.

Quelques constructeurs, soucieux de réduire cette résistance, conçoivent le corps de leurs appareils recouverts d'étoffes bien tendues et vernissées. Dès essais comparatifs seraient nécessaires pour établir la supériorité de cet enveloppement car, si la résistance à l'avancement des pièces, de la charpente du corps est ainsi supprimée, l'étoffe tendue, et même vernissée, constitue à son tour une autre résistance qui peut être inférieure mais aussi égale ou supérieure à celle des pièces de la charpente qu'elle masque.

Le pilote, le moteur et tous les accessoires ont également des surfaces qui sont obstacles et que l'on souhaiterait théoriquement de pouvoir réduire à l'état de «lame de couteau». Latham, dans le corps de son monoplan Antoinette, est à demi enveloppé par le corps de l'appareil. V. Tatin, dans le type d'avion qu'il a préconisé et que nous avons reproduit page 71, figure 68, assied le pilote dans le corps enveloppé de son monoplan, de telle sorte que sa tête seule dépasse le fourreau de la nacelle.

Bien que ce dernier dispositif soit très rationnel, il faut d'ailleurs reconnaître qu'il ne tente pas tous les aviateurs actuels... et cela se conçoit. À l'atterrissage, le pilote préfère pouvoir sauter, s'il y a lieu, hors de son «baquet».

À l'égard des surfaces portantes et des surfaces directrices (gouvernail et plans stabilisateurs), l'enveloppement est au contraire devenu de règle générale.

Sur deux ou trois longerons transversaux (par rapport à la marche) comme ceux qui sont indiqués dans la figure schématique 84, on dispose des traverses longitudinales effilées aux deux bouts, mais plus fortes à l'avant qu'à l'arrière, qui forment le squelette de la surface portante.

Ces pièces, allégées autant que possible par évidements, sont assemblées de manière à ne former aucun relief extérieur et recouvertes des deux côtés d'étoffes, collées, clouées ou cousues, de façon à supprimer autant que possible toutes les saillies.

Par surcroît on vernit les étoffes extérieurement.

Les mêmes soins de construction, d'assemblage, de revêtement, sont appliqués aux surfaces directrices: gouvernail de profondeur, plan stabilisateur et gouvernail de direction latérale; de telle sorte que de la perfection de l'exécution résulte la facilité de pénétration dans l'air de l'ensemble du système.

Quant aux matières employées pour ces constructions, elles sont encore fort variées. Toutefois le bois, notamment le bambou, les tubes et les fils ou les câbles d'acier, souvent combinés, sont adoptés de préférence par presque tous les constructeurs.

Tout aéroplane ayant besoin de posséder une certaine vitesse de marche et de subir par cette vitesse une pression de l'air assez forte pour le soulever, il est évident que son essor, son «envol», exige un lancement préalable.

On peut obtenir ce lancement par un glissement s'accélérant sur un plan incliné (plancher, piste, rails ou câble), ou par une projection brusque comme celle que détermine la chute d'un poids considérable. Ces genres de lancement, qui sont ceux qu'employèrent exclusivement au début les frères Wright, devant être sommairement exposés plus loin, lors de l'analyse de leur appareil, il convient de se dispenser ici de les examiner, pour abréger.

Fig. 84 bis

Presque tous les aéroplanes français opèrent leur lancement en roulant sur le sol.

L'hélice propulsive ou tractive, mise en mouvement, provoque aussitôt la marche de l'avion. Il part: sa vitesse de roulement s'accélère et l'appareil s'allège, en quelque sorte, par la résistance de l'air sur ses plans sustentateurs convenablement orientés, jusqu'au moment où, de lui-même, ou par une manœuvre du gouvernail de profondeur dirigé dans le sens du relèvement, il s'enlève.

Cette manœuvre a le défaut d'exiger une étendue plane, pour le roulement de lancement, qui ne se trouve pas partout.

Suivant les appareils, moins de cinquante mètres, ou quelques centaines de mètres de terrain plat suffisent aux monoplans et polyplans pour leur lancement.

Il est facilité par une orientation contre un vent horizontal et à fortiori contre un vent ascendant comme celui qui remonte une pente (cas des départs de Lilienthal).

Fig. 85

Type de châssis de roulement placé au-dessous et en arrière de l'hélice et du moteur sous le siège du pilote.

En revanche, il devient impossible ou très difficile sur un sol trop accidenté, trop vallonné; sur une route mal orientée par rapport au vent régnant; dans un creux trop étroit pour qu'on en puisse utiliser les pentes, etc.

Mais si l'on ne rencontre pas toujours et partout un sol propice au lancement d'un aéroplane par roulement accéléré, les espaces plats où ces roulements sont praticables ne sont du moins pas rares.

Sur deux roues, trois, quatre, cinq ou même six roues, l'aéroplane repose et ces roues sont aussi réduites, aussi légères que possible, pour ne pas charger l'appareil.

Il faut néanmoins leur laisser un diamètre suffisant (voisin de 0 m. 50) pour franchir des sillons, des ornières ou des bossellements du terrain de quelque importance.

Montées en tension comme les roues de bicyclettes et munies de pneumatiques, ces roues sont par surcroît fixées à des pièces articulées maintenues par des ressorts ou des freins amortisseurs de chocs d'une grande puissance.

S'il faut, en effet, que le roulement de lancement puisse s'effectuer au besoin sur un sol assez raboteux, comme ceux qui existent «en plein champ», il importe encore davantage qu'à l'instant critique de l'atterrissage le «train de roulement» de l'aéroplane ne soit pas brisé ou faussé dans un contact trop brusque avec le terrain.

On place donc, en général, les roues des aéroplanes assez loin du corps de l'avion ou de la nacelle pour que les organes amortisseurs de choc aient une «course» étendue et le système de liaison des roues aux pièces articulées portant les amortisseurs leur permet, en outre, de s'orienter instantanément, d'elles-mêmes, en tous sens, d'une manière analogue à celle des roulettes de meubles.

Les figures 84 bis et 85 montrent deux dispositifs de ce genre. Celui de la figure 85 est empruntée à un aéroplane de Farman. Il est placé directement au-dessous du siège du pilote, en arrière du moteur et de l'hélice. Celui de la figure 84 bis est le dispositif de roulement amortisseur du monoplan Blériot, placé après l'hélice et devant le pilote, notablement au-dessous de l'avant du fuselage, ou corps de l'aéroplane.

On voit que dans ce dernier les pièces articulées forment un triangle rectangle dans lequel le sommet de l'hypoténuse coulisse sur le côté perpendiculaire au sol en agissant sur le système de ressorts amortisseurs dès que les roues touchent et rencontrent résistance. Cette disposition est à la fois très mobile, très souple et très robuste. L'expérience a d'ailleurs démontré ses qualités.

Le lancement par roulement,—à défaut d'enlèvement perpendiculaire comme celui que pourrait produire un hélicoptère,—réalise ainsi le départ de l'aéroplane d'une manière, sinon très satisfaisante, du moins très passable.

Mais, à l'atterrissage, malgré les amortisseurs et l'orientation des roues en tous sens, il laisse plus à désirer. Des patins souples élastiques, qui font frein naturellement et qui peuvent avoir une large portée, tout en permettant au centre de gravité de l'appareil d'être bien plus rapproché du sol, seraient de beaucoup préférables. Ils constituent un mode d'atterrissage «par glissement» infiniment plus rationnel pour un engin qui parvient à terre en rasant le terrain et qui ne peut, comme l'oiseau, battre des ailes pour freiner sa glissade de descente afin de se poser presque perpendiculairement sur des pattes articulées dont les muscles font ressort.

Ces remarques, depuis longtemps faites, engagent les constructeurs à chercher une combinaison de roues et de patins qu'on a déjà tenté de réaliser dans plusieurs types d'avions.

Il faudrait avoir des roues pour partir, les escamoter dès le départ afin de n'en être pas embarrassé et prendre terre avec des patins à la descente. Cet énoncé n'est pas celui d'un problème insoluble. En plusieurs modèles, on a remplacé la roue ou les roues d'arrière de l'aéroplane par un simple patin. C'est un acheminement intéressant à observer.

Ayant bien suivi cet exposé théorique très élémentaire des parties constitutives du «plus lourd que l'air» et des moyens qu'il possède par leur groupement, on se représente aisément ce que doit être sa gouverne.

Elle est si simple, si facile, qu'après sept ou huit leçons sur le terrain un homme jeune, agile, d'esprit vif, mais pondéré, ayant le sens de la logique et du sang-froid, peut commencer à conduire seul un aéroplane français bien stabilisé.

Toutefois, cette affirmation, vraie pour des exercices prudents sur un aéroplane, n'implique pas la capacité d'avier «à travers champs», par monts et vallées comme les pilotes renommés.

Il suffit, pour s'en rendre compte, de se représenter l'usage pratique d'un aéroplane quelconque de manœuvre aisée:

L'air est calme. Le point de départ est un champ de manœuvres comme celui d'Issy-les-Moulineaux.

Après avoir vérifié le bon état de l'appareil, les approvisionnements d'essence, d'huile et d'eau,—si le moteur est à refroidissement par eau,—le jeu parfait de tous les organes du moteur et de l'aéroplane, la présence «à bord» des instruments utiles pour se guider dans l'espace, etc., le pilote monte dans son «baquet» et ordonne la mise en marche.

Le moteur part; l'hélice tourne; sa traction ou sa poussée fait rouler l'avion à une vitesse qui s'accélère de seconde en seconde. Bientôt l'aviateur sent que l'engin commence à bondir sur les inégalités du terrain; il va quitter la terre... mais, y a-t-il encore devant lui un espace plat, suffisant pour son essor?

Sur un vaste aérodrome, l'espace pour le lancement ne fait pas défaut. Il est souvent plus mesuré en pleine campagne. Le bon pilote doit donc savoir quitter le sol et s'élever sans retard par une judicieuse manœuvre du moteur et du gouvernail de profondeur.

En augmentant à propos la vitesse de sa marche, il fait augmenter la pression de la résistance de l'air qui tend à le soulever. En orientant comme il convient l'incidence du gouvernail de profondeur par rapport à sa direction, il détermine par un prompt surcroît de résistance, le soulèvement voulu, et l'essor sera définitif si cette action du gouvernail de profondeur est en bonne concordance avec la vitesse acquise.

Dans le cas contraire, l'avion n'aura quitté le sol une ou deux secondes que pour retomber, trop ralenti, et l'espace parcouru sera terrain maladroitement perdu.

Ainsi, dès le départ, une double préoccupation: celle de la vitesse et celle de la commande du gouvernail de profondeur absorbe le pilote.

Il faut noter que l'air est supposé calme et le moteur fonctionnant régulièrement, sans aucun «raté».

S'il y a un vent modéré, l'aviateur est favorisé car, sur le champ de manœuvres d'où il part, il peut s'orienter de façon à marcher contre ce vent.

Fig. 86

S'élançant «vent debout» il aura un essor plus prompt; l'étendue du champ de manœuvres sera pour lui relativement plus grande.

L'inverse se produirait s'il partait «vent arrière». Il lui faudrait augmenter sa vitesse proportionnellement à celle du vent, et l'espace du champ de manœuvres serait relativement réduit proportionnellement au temps que le vent pourrait mettre à le traverser.

En pleine campagne, le pilote serait plus embarrassé encore si, par exemple, la disposition du terrain ne lui permettait de partir ni «vent debout» ni «vent arrière» mais en ayant le vent «par le travers.» Un tel essor n'est nullement irréalisable, mais exige beaucoup plus de sûreté dans la gouverne de l'avion.

Poursuivant notre hypothèse, supposons l'aéroplane se déplaçant à quelques mètres au-dessus du sol. Sa vitesse est grande puisqu'une progression modérée ne donnerait pas aux surfaces portantes un point d'appui suffisant sur l'air. La vitesse est une condition essentielle de la sustentation. En conséquence, l'étendue du champ de manœuvre va être vite parcourue et le pilote devra promptement atterrir... ou tourner.

Or, même sans vent, le virage, comme on l'a vu dans le sous-chapitre consacré à cette évolution, modifie la position d'équilibre de l'avion par l'inégale pression qu'il engendre sur les extrémités des surfaces portantes.

Si le pilote vire trop court à gauche, l'aéroplane s'incline assez fortement à gauche et, lorsque la progression dans l'air s'accomplit très près du sol, cette inclinaison peut amener un contact de l'extrémité gauche des surfaces portantes avec le terrain. Ce contact est d'autant plus à prévoir que le virage produit un ralentissement qui correspond à son amplitude, et, par suite, une descente plus ou moins accentuée de l'avion. Il est presque superflu d'ajouter qu'à la vitesse de marche indispensable pour la sustentation, le contact d'une extrémité des surfaces portantes avec le terrain causera tout au moins la rupture de cette extrémité.

Le débutant ne risque donc pas un virage avant de savoir s'élever à une petite hauteur (quelques mètres), et sans savoir descendre, atterrir, s'arrêter à volonté.

Avant de virer, il s'élève, gagne une hauteur correspondant à celle que le virage lui fera perdre et commence, avec prudence, par exécuter des courbes d'un très grand rayon, dont la réduction progressive lui permettra, peu à peu, d'oser le virage complet.

S'il y a du vent, la difficulté du virage augmente en raison de la force de celui-ci. Le mouvement tournant se complique d'une dérivation dont il faut tenir compte si l'aéroplane l'exécute près de l'extrémité du champ de manœuvres car elle pourrait lui en faire franchir la limite.

Le plan stabilisateur arrière des appareils français, comme l'a fort bien expliqué M. Armengaud (voir page 73), s'oppose à l'inclinaison des surfaces portantes pendant le virage; il réduit cette inclinaison. Le pilote inexpérimenté s'émeut néanmoins du déplacement de l'équilibre de l'avion pendant ce mouvement. Il lui faut une certaine accoutumance pour se rassurer quand il s'accomplit et le subir en le surveillant pour le modérer s'il y a lieu, sans prétendre le supprimer. Cette inclinaison est en effet une des conséquences inévitables et nécessaires du virage, en aviation comme dans toutes les évolutions où la force centrifuge s'exerce.

Ainsi la nécessité de virer ne diminue pas les préoccupations du pilote à l'égard de la marche et de la vitesse du moteur, ni à l'égard de la manœuvre du gouvernail de profondeur, au contraire. Elle grandit cette double préoccupation par la nécessité d'augmenter l'altitude; elle y ajoute la préoccupation de l'inclinaison et de l'étendue du rayon de la courbe (manœuvre du gouvernail de direction latérale), enfin, en cas de vent, elle y apporte encore le souci de la dérivation de l'avion.

S'il quitte le terrain de manœuvre pour s'élancer au delà, le pilote voit rapidement croître la complication de sa «gouverne».

Les arbres, les maisons, les monuments, les reliefs importants du sol l'obligeraient à d'incessantes manœuvres du gouvernail de profondeur. Pour se les épargner et réduire ses risques, il lui faut s'élever à une hauteur notablement supérieure à celle de ces obstacles. Cette élévation lui est d'ailleurs nécessaire pour «voir de loin», longtemps à l'avance, le terrain sur lequel la rapidité de sa translation le conduit.

Si le pays n'est pas en plaine, comme la Beauce, mais vallonné, le vent y fait des ondulations ascendantes et descendantes correspondantes aux ondulations du terrain, comme l'indique la figure schématique 86. Les vallées créent, en outre, des courants secondaires, des contre-courants et des remous ou des tourbillons dont la force augmente avec celle du vent principal qui leur donne naissance (p. 105).

Notons aussi que plus le vent «fraîchit», plus il est rapide, plus il procède par rafales.

Un vent même léger, n'est presque jamais uniforme. Il a toujours des différences d'intensités à peu près rythmées, quoique irrégulières, et telles qu'il faut le considérer comme un mouvement ondulatoire et non comme un mouvement de direction et d'intensité constante. L'air, en déplacement, forme des vagues analogues à celles de la surface des eaux, et ces vagues, au contraire de celles des grandes étendues liquides, ont leur amplitude maximum en bas, par rapport à nous et à la masse de l'air; tandis que les vagues liquides ont leur amplitude maximum en haut à la surface, par rapport au fond marin.

Ces perturbations et ces ondes impliquent la nécessité pour l'aviateur en voyage, de s'élever jusqu'à une altitude où elles sont moins nombreuses.

À 300 mètres de hauteur, les mouvements atmosphériques sont beaucoup plus réguliers qu'à la surface du sol. En revanche, ils s'accentuent davantage. Il résulte, en effet, des observations météorologiques poursuivies au sommet de la Tour Eiffel depuis bien des années, que le vent y a une vitesse de 7 à 8 mètres par seconde lorsqu'il parcourt à peine 3 à 5 mètres dans le même temps à la surface du sol. Il faut donc encore tenir compte de ces différences de vitesse aux diverses altitudes, car elles modifient dans une énorme proportion la marche de l'avion, puisque sa vitesse s'augmente ou se diminue de celle du vent selon qu'il se dirige «vent debout» ou «vent arrière» et surtout puisqu'il dévie en raison de la vitesse du vent qu'il aborde «par le travers».

On peut préciser ces dernières données générales par l'exemple théorique suivant:

Supposons (figure 87, page 109) un aéroplane dont la vitesse normale en air calme est de 50 kilomètres à l'heure. Il franchira la distance AB égale à 200 kilomètres en 4 heures.

Fig. 87

Mais s'il a contre lui un «vent debout» (figure 88, page 109) d'une vitesse de 8 mètres à la seconde, c'est-à-dire d'environ 28.800 mètres à l'heure, il faudra retrancher cette vitesse de celle de l'avion. Dès lors, il ne fera plus que 21 kilomètres à l'heure environ, au lieu de 50, et, après quatre heures de marche, il se trouvera vers A' sur le trajet AB au lieu d'être en B.

Fig. 88

Si ce même vent de 8 mètres à la seconde est au contraire dans le même sens que la marche de l'aéroplane (vent arrière) (figure 89) sa vitesse de 28.800 mètres à l'heure s'ajoute à celle de 50.000 mètres de l'avion et la distance AB égale à 200 kilomètres, est parcourue en 2 h. 1/4 environ au lieu de 4 heures.

Fig. 89

Dans le cas où l'aéroplane partant de A à l'allure de 50 kilomètres rencontre un vent perpendiculaire à sa direction (fig. 90, page 110), il progresse dans ce vent et se trouve après 4 heures d'aviat en un point B' distant de B d'une quantité égale à celle parcourue pendant ces quatre heures par le vent V (soit environ 86 kilomètres).

Fig. 90

Ainsi le «vent debout» à marche normale du moteur retarde la progression de l'aéroplane. Le «vent arrière» l'accélère, et le «vent par le travers» dévie l'avion de sa route, ou force le pilote à prendre, contre ce vent, une incidence de marche qui corrige la déviation, mais retarde quand même la progression de l'appareil dans la proportion de cette incidence et de la vitesse du vent.

Pour arriver en B au lieu d'être dévié jusqu'en B' (figure 90) il lui faut, par exemple, prendre une direction telle que D, dont l'angle (D A B) est égal à celui de (B A B') que donnerait la déviation sur la direction normale.

Lorsque enfin le pilote veut descendre pour atterrir,—soit parce qu'il arrive au but de son voyage, soit parce qu'une cause quelconque l'abrège (épuisement prochain de l'approvisionnement d'huile ou d'essence, échauffement anormal du moteur, fatigue, refroidissement ou troubles visuels du pilote, modification de l'état de l'atmosphère, etc., etc.)—ou simplement parce qu'il lui plaît de s'arrêter,—il doit se préoccuper du vent autant que de l'emplacement de l'atterrissage.

Il va sans dire qu'il ne peut s'exposer à descendre ni sur des toits de maisons, ni sur des arbres, ni sur une étendue d'eau, ni sur une foule. Un grand terrain plat et désert lui est indispensable.

Ces étendues, même aux abords des villes, ne sont pas rares; mais, si l'aviateur voyage depuis un certain temps, il a fait beaucoup de chemin, et il doit soupçonner que les conditions de l'air dans lequel il se trouve ne sont plus celles qu'il avait au départ.

La direction du vent peut avoir changé. Si la direction du vent ne s'est pas modifiée, l'orientation de l'avion, par rapport à ce vent, peut n'être plus la même. L'aviateur peut enfin s'être élevé en air calme et se trouver au moment où il va descendre, dans un courant de vent plus ou moins vif. Il doit le supposer, mais il l'ignore parce que sa vitesse ne lui permet pas de le sentir.

Dans tous les cas, en effet, l'avion traverse l'air avec rapidité puisque c'est en s'appuyant sur l'air qu'il déplace que sa sustentation se prolonge.

On conçoit que si l'aviateur tente d'atterrir avec un vent de côté, l'orientation automatique en tous sens des roues de l'appareil ne suffira pas pour éviter qu'il ne soit culbuté ou qu'un traînage plus ou moins violent ne risque d'endommager son infrastructure.

S'il atterrit «vent arrière» et si le vent est violent, il risque encore d'être culbuté ou roulé trop brutalement.

Lorsque l'atmosphère est agitée près du sol, il faut atterrir «vent debout».

En conséquence, le pilote doit examiner le terrain au-dessous de lui, parce que la façon dont il fuit peut seule le renseigner sur l'orientation de l'avion par rapport à celle du vent.

Supposons l'aéroplane A (figure 91) en air calme suivant la direction indiquée par la flèche D avec une vitesse de 30 kilomètres à l'heure (p. 112).

Fig. 91

Si le pilote examine le terrain sous lui, il le voit fuir dans le sens indiqué par la flèche F, sens diamétralement opposé à sa direction avec cette vitesse de 30 kilomètres à l'heure, qu'un instrument spécial lui permet de mesurer.

Mais supposons ensuite (2^e image de la figure 91) ce même aéroplane avec la même orientation, dans un vent ayant une vitesse de 25 kilomètres à l'heure et dont la direction est indiquée par la grande flèche V.

Ce vent fait dériver l'aéroplane, il modifie sa direction. L'avion, quoique orienté vers D, ne va plus en D mais en D¹. Et si le pilote regarde le terrain sous lui, il ne le voit pas fuir dans un sens exactement contraire à sa direction, mais de droite à gauche, dans le sens indiqué par la flèche F et avec une vitesse de plus de 30 kilomètres à l'heure, puisque la vitesse de la dérivation causée par le vent s'ajoute à la vitesse de l'aéroplane.

Si le pilote vire alors de gauche à droite, la rapidité de la fuite du terrain sous lui s'accentue (elle diminuerait en sens contraire). En même temps, cette fuite du terrain prend une direction plus opposée à celle de la nouvelle direction; jusqu'au moment où elle devient, par la continuation du virage, complètement opposée au sens de la marche de l'avion.

C'est le cas de la 3^e image de la figure 91; cas dans lequel la direction du vent V et celle D² de l'aéroplane sont identiques.

La fuite du terrain, sous le pilote, dans la direction de la flèche F² atteint alors un maximum de rapidité. Elle s'élève à 55 kilomètres à l'heure parce que la vitesse de l'avion (30 kilomètres) s'ajoute à celle du vent (25 kilomètres).

Dans ces conditions on peut dire théoriquement, comme le capitaine Ferber, que l'aviateur n'arrivera pas à arrêter la fuite du terrain sous lui, puisque, même s'il pouvait cesser complètement d'avancer dans le vent, sans descendre, le vent continuerait à faire fuir le terrain sous l'aéroplane avec la vitesse de sa translation, égale à 25 kilomètres à l'heure.

Mais si, sans s'arrêter à cette orientation de la 3^e image le pilote continue à virer, il ne tarde pas à voir l'orientation de la fuite du terrain passer de sa droite à sa gauche et la vitesse de cette fuite se ralentir.

Se trouvant, plus tard, par rapport au vent V dans la position de la 4^e image, c'est-à-dire sa marche étant orientée vers D¹, la déviation que lui fera subir le vent V le portera dans la direction indiquée par la flèche D³, et le terrain fuira sous lui dans le sens de la flèche F³,—de sa gauche à sa droite,—avec une vitesse de moins de 30 kilom. à l'heure, puisque la déviation s'exercera cette fois dans un sens inverse de celui de la 2^e image de la figure 91.

Enfin, s'il continue toujours son virage, le pilote sera en parfaite orientation pour atterrir lorsque le sens de la fuite du terrain sous lui sera pour la seconde fois diamétralement opposé au sens de sa marche (5^e image de la figure 91), parce qu'il aura dès lors le «vent debout».

Le terrain lui paraîtra fuir lentement car la vitesse du vent (égale à 25 kilomètres par heure.) s'exerçant cette fois contre celle de l'avion (égale à 30 kilomètres), réduira sa progression à la faible quantité de 5 kilom. par heure.

Alors l'aviateur, comme le dit fort bien le capitaine Ferber, n'aura qu'à modérer un peu la marche de son moteur pour arrêter le terrain et s'y poser sans aucune secousse.

On comprend que ces soucis d'atterrissage, additionnés avec ceux de la marche et du départ, finissent par former un total assez inquiétant pour expliquer le désir qu'ont eu quelques constructeurs de simplifier les manœuvres du pilote en les groupant au moyen d'organes de commande, lorsqu'elles pouvaient être groupées.

C'est ainsi que dans la «gouverne» du monoplan Blériot, par exemple,—et dans celle plus délicate encore du biplan Wright, dépourvu de stabilisateur arrière, automatique,—telle commande d'évolution entraîne, par liaison au même organe qui l'exécute, la commande d'un gauchissement des ailes (Wright) ou celle d'une orientation des ailerons (Blériot).

Fig. 92

Pylône de lancement du biplan Wright, vu de la nacelle d'un ballon.

Possédant ses moyens en lui-même l'oiseau les emploie par simples réflexes instantanés, sans les raisonner. N'ayant ni la puissance relative, ni la promptitude de réaction de l'oiseau, l'aviateur doit s'appliquer à simplifier la gouverne de son appareil. Il doit tendre à faire son aviation automatique autant que possible.

On verra par la suite qu'à cet égard l'«École française» est en grande avance sur l'«École américaine», quoique née après elle et formée sans le bénéfice de son exemple, puisque les frères Wright dissimulaient avec le plus grand soin leurs procédés.