Pour les conceptions conventionnelles, la queue est composée de deux parties: la queue horizontale et la queue verticale. Ils jouent un rôle dans l'assiette et la maniabilité de l'avion mais à des niveaux différents. La queue horizontale est principalement utilisée pour la stabilité longitudinale (et l'assiette) tandis que les queues verticales servent à la stabilité latérale (et l'assiette).

À propos de la stabilité

Il est possible de parler de stabilité seulement après avoir défini un point d'équilibre autour duquel la stabilité est étudiée. Un avion est en équilibre si les forces et les moments qu'il éprouve sont équilibrés. En utilisant un modèle simple pour l'analyse longitudinale, il peut être décomposé en trois relations appelées les équations d'ajustement. Dans un souci de simplicité, on supposera ici que l'angle d'attaque et l'angle de trajectoire de vol sont nuls. (Notez que le même raisonnement peut être obtenu avec des valeurs non nulles mais les équations deviennent alors assez désordonnées.)

Equilibre longitudinal

Ces trois équations sont:

$$ L = mg $$$$ T = D $$$$ M = 0 $$

où $ L $ est la portance totale, $ mg $ est le poids de l'avion, $ T $ est la poussée, $ D $ est la traînée et $ M $ est le moment de tangage autour du centre de gravité de l'avion. La deuxième équation ne sera pas étudiée plus avant car elle n'aide pas à comprendre le rôle de la queue horizontale et son influence. En regardant l'image suivante, on peut voir qu'en général, le centre de gravité et le point où la portance s'applique (appelé centre aérodynamique) ne sont pas les mêmes. Cela signifie que la portance générée par l'aile crée un moment induit autour du centre de gravité qu'il convient d'ajouter au moment de tangage déjà intrinsèque dû à l'aile principale (généralement un moment de tangage pour les profils aérodynamiques conventionnels).

Sachant cela, il est possible de réécrire les deux équations d'intérêt en incluant les contributions de l'aile principale et de la queue horizontale.

$$ W + L_t = L_w $$$$ M_0 + bL_t = aL_w $$

A partir de ces équations et de la figure, il apparaît que l'empennage horizontal est utilisé pour générer une portance qui induit un moment aidant à équilibrer les moments d'équilibre et ainsi empêcher l'avion de tourner sur lui-même (en tangage).

Inconvénient et solution

À la fois de la figure et des équations, il s'avère que la contribution de portance de la queue est généralement négative, ce qui signifie qu'une plus grande portance de l'aile principale est nécessaire pour garder un équilibre (ou équilibré) ) avion. Cet inconvénient peut être surmonté par l'utilisation d'une configuration canard à la place.

Stabilité latérale

La même chose peut être faite pour l'équilibre latéral et la stabilité mais là c'est la queue verticale qui est utilisé. Il est symétrique de sorte qu'il n'y a pas de lacet induit et s'il y a une force latérale ressentie, il créera un moment afin de réduire l'angle de glissement latéral.

Comparaison de la portance créée par la queue et la main Aile

Pour une configuration compensée, il est facile de voir que la portance créée par l'aile principale est plus ou moins celle créée par la queue plus le poids total de l'avion, ce qui donne une idée de la différence entre les deux forces.

Il n'y a rien de vraiment mal avec les réponses existantes, mais j'estime qu'elles ne creusent pas vraiment le cœur du problème. Mais ce n'est en fait pas si compliqué ...

Tout ce qui est nécessaire pour la stabilité longitudinale statique est une portance plus faible par zone sur la queue horizontale que sur l'aile. L'appui sur la queue aide, car alors la portance à la queue est évidemment plus basse que sur l'aile, mais n'est pas nécessaire. Ce qui compte, c'est que le changement de portance relative au niveau de la surface de levage arrière en raison d'un changement de l'angle d'attaque de tout l'avion est plus élevé que le changement de portance relative sur la surface de levage avant. Le mécanisme est le même pour les configurations conventionnelles, les canards ou même les ailes volantes.

Disons que l'avion vole à l'angle d'attaque $ \ alpha_1 $ et est perturbé par une rafale ou une entrée de commande soudaine, de sorte qu'il suppose un angle d'attaque plus élevé $ \ alpha_2 $. En raison du carrossage et d'une incidence plus élevée, la courbe de portance de l'aile (ligne bleue) est décalée vers le haut par rapport à celle de la queue (ligne verte). De plus, l'effet downwash et le rapport hauteur / largeur inférieur réduisent la pente de la courbe de portance de la queue par rapport à celle de l'aile.

Supposons maintenant que l'avion a été compensé dans l'état 1, de sorte que le moment du petit le hayon élévateur était égal au moment de l'élévation beaucoup plus grande de l'aile autour du centre de gravité. Dans l'état 2, le changement de portance absolue ∆L sur l'aile est beaucoup plus petit par rapport à la portance à l'état 1 que sur la queue, de sorte que le changement de moment résultant produit un moment de piqué. La même chose se produit avec une réduction de l'angle d'attaque à l'état 2, uniquement en sens inverse.

$$ \ frac {∆L_ {Wing}} {L_ {Wing}} < \ frac {∆L_ { Tail}} {L_ {Tail}} $$

Si les rapports de portance étaient égaux pour l'aile et la queue, l'équilibre des moments ne changerait pas entre l'état 1 et l'état 2. Mais comme la queue subit un changement de portance relative plus élevé, suivi d'un changement de moment qui va à l'encontre du changement d'angle d'attaque.

Cet effet fonctionne également pour un canard, où la portance par zone sur l'avant-plan doit être plus grande que la portance par zone sur l'aile. Pour une aile volante, la portance par zone de la partie avant de l'aile doit être plus grande que celle de la partie arrière de l'aile, et la stabilité statique est toujours possible.

Une aile avec un profil de voilure conventionnel contribue négativement à la stabilité longitudinale. Cela signifie que toute perturbation (telle qu'une rafale) qui soulève le nez produit un moment de tangage à cabrer qui a tendance à soulever davantage le nez. Avec la même perturbation, la présence d'un empennage produit un moment de piqué rétabli, qui peut contrecarrer l'instabilité naturelle de l'aile et rendre l'avion stable longitudinalement (à peu près de la même manière qu'une girouette pointe toujours dans le vent). (De la page Wikipédia sur les empennages)

L'empennage ne produit aucune portance. On pourrait dire que cela produit un «ascenseur négatif». La raison pour laquelle de nombreux premiers aviateurs ont été tués est que les avions arrière produisaient de la portance afin d'aider l'avion à voler, ce qui entraînerait un décrochage de l'empennage à cabrer irrémédiable. La plupart des avions modernes sont conçus de telle sorte que lorsque le flux d'air diminue, l'effet / l'élan produit par la surface de la queue est diminué afin d'éviter la condition mentionnée précédemment

Les ailes (qui ont une section transversale de voilure) produisent une portance (essentiellement une force qui agit à l'opposé du poids) qui agissent à une distance du centre de gravité (C.G) de sorte que la force est transférée au C.G. comme une force et un moment (dans le sens des aiguilles d'une montre) qui mènent à un mouvement de tangage

Pour équilibrer ce moment, la queue est utilisée, la portance du produit de la queue (petite par rapport à celle produite par les ailes) donc si nous la transférons à C.G. une force et un moment (puisqu'il produit moins de portance il doit être placé loin de C.G) ce moment agit dans le sens anti-horaire neutralisant ainsi le moment dû aux ailes ... Rendant ainsi l'avion stable ...

La valeur absolue de la portance générée par l'empennage varie et dépend de la phase dans laquelle se trouve votre avion à ce moment:

Décollage (volets sortis): dérive élevée
Montée (pas de volets): principalement portance (pas beaucoup)
Croisière (pas de volets): dérive
Atterrissage (volets sortis): dérive élevée

En raison de la consommation de carburant, le poids de l'avion diminue pendant le vol. Cela peut changer la position de votre centre de gravité et cela affectera à son tour la valeur absolue de votre portance / dérive. Habituellement | drift | augmente, en d'autres termes, pendant le vol, la portance de l'empennage diminue.

Quelques mots sur la stabilité: Pensez simplement à l'équilibre des moments.
Le centre de gravité est près de l'aile principale. La portance élevée de l'aile principale est très proche du c.o.g., la dérive de l'empennage en est assez éloignée. La somme de tous les moments est égale à zéro, ils équilibreront l'avion s'il y a des rafales etc.