Décollage: rotation et assiette de montée

Nous parlons ici de l’avion ou de l’ULM 3 axes à train tricycle.

Pourquoi une vitesse de rotation, et quelle vitesse de rotation?

Au cours de l’accélération sur la piste, tant que les trois roues sont au sol, l’angle d’incidence est à peu près constant.

(A peu près et pas exactement car

-l’assiette de l’avion peu malgré tout bouger un peu sur le débattement des suspensions,

– de petites turbulences peuvent avoir pour effet de changer l’angle d’incidence.)

Avec un angle d’attaque constant, la portance ne dépend que de la vitesse.

Dès que la portance atteint le poids, l’avion quitte le sol.

Donc si nous poursuivions la course au décollage en gardant le manche à peu près au neutre, à une certaine vitesse indiquée, l’avion quitterait le sol avec la même assiette qu’au parking. Ce serait dangereux: à la moindre turbulence, à la moindre variation d’assiette après avoir quitté le sol, on risquerait de toucher la piste, peut-être même avec la roulette de nez, et en plus avec une composante de travers si le vent n’est pas dans l’axe.

Le but est de s’éloigner du sol le plus vite possible de quelques mètres, pour éviter le risque de retoucher le sol.( Ensuite le choix de la vitesse de montée est un autre sujet.)

C’est pourquoi on vous enseigne d’afficher une assiette de montée initiale avant d’avoir atteint cette vitesse à laquelle l’avion décollera tout seul. La vitesse  indiquée sur votre badin à laquelle vous affichez l’assiette de montée s’appelle vitesse de rotation.
L’assiette de montée initiale, sur nos petits avions d’apprentissage, est toujours la même pour une configuration donnée, quelles que soient les conditions du jour, la masse, la température ou le vent. Elle n’est pas toujours documentée dans les manuels de vols, votre instructeur vous l’enseignera.

Afficher l’assiette de montée initiale va augmenter l’incidence, et donc le coefficient de portance, et donc la portance. D’un coup vous allez passer d’une portance inférieure au poids à une portance significativement supérieure au poids. Il faut donc effectuer la transition  de 3 roues  au sol vers l’assiette de montée franchement, afin de quitter le sol franchement, sans risquer de retoucher en cas de turbulence.

Pour la raison vue plus haut il faut que la vitesse de rotation soit inférieure à la vitesse à laquelle l’avion décollera tout seul. Il faut avoir une marge suffisante par rapport à cette vitesse en cas de rafale qui pourraient faire décoller l’avion avant l’affichage de l’assiette de montée initiale.

Mais il ne faut pas que la vitesse de rotation soit trop faible. La rotation trop tôt est une source d’accident, et c’est le but principal de cet article.

Voyons comment se passe le décollage normal, et nous verrons ensuite  le risque du décollage à une vitesse trop faible.

Rappelez-vous que l’assiette est la somme de l’incidence et de la pente. Tant que vous gardez les 3 roues au sol, votre assiette est constante, votre pente est nulle, votre incidence est donc constante, égale au calage de l’aile. Pendant une montée à assiette constante l’incidence est égale à: calage de l’aile (constant) + assiette (constante par hypothèse) +/- pente de montée/descente.

A assiette constante, plus votre pente de montée est forte, plus votre incidence est faible et réciproquement.

Au moment de l’affichage de l’assiette de montée initiale, l’angle d’incidence augmente de cette assiette. Dès que l’avion monte, l’incidence diminue d’une valeur égale à la pente de montée. Puisque le coefficient de portance diminue, la portance diminue. Si on veut que la portance ne diminue pas, il faudra donc continuer à augmenter la vitesse après le décollage pour contrer la diminution du coefficient de portance.
C’est pourquoi on vous demande après le décollage d’atteindre la vitesse de montée initiale, qui est plus élevée que la vitesse de rotation.
Chez Lazy 8 Flight School, je recommande 76kt de vitesse de montée initiale pour un décollage sans volets, pour une vitesse de rotation de 55kt. C’est la vitesse Vy au niveau de la mer telle qu’indiquée dans le manuel de vol (Le standard CS définit Vy comme la vitesse qui permet de s’éloigner du sol le plus rapidement).

Si vous êtes dans les conditions habituelles, l’avion va continuer à accélérer jusqu’à 76kt sans modification de l’assiette de montée initiale. Un petit ajustement d’assiette vous permettra de conserver cette vitesse une fois qu’elle aura été atteinte.
Le jour où il fera chaud, où vous serez en altitude, où vous serez à la masse maximum, vous constaterez que l’assiette de montée initiale que vous avez affichée est bien trop forte (demandez-vous pourquoi), et qu’il faut la diminuer pour atteindre la vitesse de montée recommandée. C’est pourquoi on vous demande de prendre l’habitude de commencer un circuit visuel après le décollage pour surveiller votre vitesse et vous assurer qu’elle continue à augmenter après l’envol. (Il faut en profiter aussi pour surveiller votre taux de montée et les paramètres du moteur, mais ce n’est pas l’objet de cet article).
Il existe donc une assiette de montée initiale, celle que vous affichez pour la rotation, et ensuite cette assiette de montée doit parfois être ajustée en fonction des conditions du moment, pour atteindre la vitesse recommandée.

Regardons ce qui se passe si vous décollez trop tôt.
Juste après le décollage, l’avion est au second régime. C’est à dire que la puissance nécessaire pour le faire voler diminue si la vitesse augmente, et augmente si la vitesse diminue. Comme vous êtes à la puissance maxi dans la phase de décollage, le seul moyen de contrer une diminution de vitesse est de diminuer le taux de montée, voire de redescendre.
Si vitesse est trop faible pour permettre l’accélération à la suite d’une rotation faite à une vitesse trop lente, l’avion ne montera pas, mais parfois, si la vitesse est déjà significative, l’avion pourra rester dans l’effet de sol.
La seule solution pour monter est de prendre de la vitesse, et donc de descendre, mais l’avion est près du sol, ça ne peut se faire qui si l’avion est encore sur la piste.
S’il reste encore assez de piste, on peut donc soit interrompre le décollage, soit se reposer pour prendre de la vitesse, comme dans la video si-dessous

Mais le pilote réagit trop tard et atteint la fin de la piste sans avoir résolu le problème:

Notez qu’il n’est pas question ici de décrochage: à faible vitesse la traînée est tellement forte que la puissance est insuffisante pour faire accélérer l’avion, c’est ce que vous constatez sur les vidéos, mais l’avion reste dans son domaine de vol, il n’est pas en décrochage. Le décrochage n’interviendra que si le pilote insiste et lève le nez trop fortement dans l’espoir illusoire de monter.

Quelles sont les raisons qui peuvent conduire à vouloir décoller avec une vitesse insuffisante?

Avant de répondre à la question revenons un peu en arrière. Pour le décollage, nous devons connaître une vitesse de rotation, une assiette de montée initiale, celle qu’on affiche à la vitesse de rotation, et une vitesse de montée.

Vous devrez en premier afficher l’assiette de montée initiale, puis une fois éloigné du sol ajuster cette assiette pour atteindre et conserver la vitesse de montée. Cette assiette de montée initiale est toujours la même, c’est celle qui donne un bon coefficient de portance permettant de quitter franchement le sol pourvu que la vitesse soit suffisante. Typiquement c’est 10°, ou le nez sur l’horizon, ça dépend de de l’avion, mais pas des conditions du jour. On a vu plus haut que lorsqu’on conserve l’assiette de montée initiale, l’incidence diminue à mesure que la pente de montée s’établit. Au moment où vous affichez l’assiette de montée initiale, le coefficient de portance est donc toujours le même. La portance ne dépend que de la vitesse indiquée à ce moment.

Si vous conservez toujours la même vitesse de rotation quel que soit le poids de votre avion, votre excédent de portance sur le poids sera faible les jours où vous serez lourds et inversement. A faible masse, l’avion pourra décoller tout seul avant la vitesse de rotation. En surcharge, l’excédent de portance sera à peine suffisant, l’avion ne pourra pas accélérer, et ça finira mal. Sur les gros avions, des tables donnent la vitesse de rotation à adopter en fonction des conditions du jour, et notamment de la masse du jour, c’est probablement une erreur au moment du calcul de la vitesse de rotation qui est la cause de l’incident du Boeing dans la vidéo (faute de frappe dans le FMS, erreur sur la fiche de chargement etc.).

Sur le Cessna 172 de l’école, la vitesse de rotation recommandée est de 55kt, mais pour un décollage à faible masse le manuel propose une vitesse plus petite. En première approximation, la portance variant avec le carré de la vitesse, on devrait augmenter/diminuer de 5% la vitesse de rotation pour une masse qui augmente/diminue de 10%.

Un premier cas de vitesse de rotation trop faible est donc le décollage en surcharge.

Une piste grasse, de l’herbe trop haute,  une piste trop courte, une température élevée, une altitude élevée, tous ces facteurs peuvent aussi conduire un avion à ne pas accélérer suffisamment pour permettre l’atteinte de la vitesse de rotation en bout de piste. Un vent plein travers peut se transformer en vent arrière au cours de la course au décollage sans que vous vous en rendiez compte. Un vent calme peut aussi se transformer en vent arrière. Il est important que le pilote, chaque fois qu’un de ces facteurs est présent soit prêt à interrompre le décollage s’il estime que l’avion n’accélère pas assez tant qu’il reste assez de piste pour le faire sans danger. C’est ce que n’a pas fait le malheureux pilote de la vidéo ci-dessus. En principe, pour les avions, des tables sont présentes dans le manuel de vol et permettent de tenir compte de tous ces facteurs pour calculer la distance nécessaire pour décoller. Rajoutez une marge de sécurité, on recommande en général 15%, ce que doivent appliquer les vols commerciaux.

Il peut y avoir aussi un problème de moteur, de freins non complètement lâchés etc.

Si l’herbe est haute, une technique possible est une rotation anticipée pour quitter le sol, suivie d’une réduction de l’assiette pour rester dans l’effet de sol parallèle à la piste pour accélérer à la vitesse de rotation nominale, puis  l’affichage de l’assiette de montée initiale.

Notez que la vitesse de rotation optimale ne dépend que de la masse. C’est la distance nécessaire pour atteindre cette vitesse de rotation qui dépend des autres conditions du moment (température, altitude, nature du sol, vent)

En cas de surcharge, c’est une vitesse de rotation plus grande que d’habitude qu’il faudra atteindre.

En résumé:

• Vous devez adopter la bonne vitesse de rotation, qui dépend de l’avion et de la masse du jour. Remémorez-vous  toujours cette vitesse de rotation pendant votre briefing sécurité décollage. L’erreur de vitesse de rotation n’est pas si rare.
• Vous devez tenir compte des facteurs du jour (température, sol, altitude, vent) qui risquent de demander une plus grande longueur de piste pour atteindre cette vitesse de rotation, et interrompre le décollage tant qu’il est temps si l’accélération n’est pas satisfaisante.

Une fois en l’air, on a vu qu’il faut ajuster l’assiette pour afficher la vitesse de montée. Si vous décollez tous les jours du même endroit avec la même charge à la même température, cette deuxième assiette est toujours la même. Le jour où votre avion aura de mauvaises performance (masse, altitude, température élevée), l’assiette à afficher sera beaucoup plus faible. Ce jour là vous ne réduisez pas l’assiette juste après le décollage, votre vitesse chutera très vite, et vous risquez l’accident.