Masse et centrage
Tout le monde connaît le calcul de masse et centrage d’un avion, c’est obligatoire, c’est réglementaire mais ce qui m’intéresse, c’est d’apporter des explications.
Cet article correspond à la retranscription de la vidéo ci-dessus. Cliquez sur la vidéo pour la regarder.
Calcul de masse et centrage
Tout le monde connaît le calcul de masse et centrage.
Nous avons d’un côté des données à rentrer et ensuite nous allons faire apparaître ces données sur le schéma et constater qu’on est bien à l’intérieur des traces rouges du schéma.
Je me suis intéressé à un vol avec un Cessna 172 et j’ai rempli, comme tout le monde, mon devis de masse et centrage.
Masse et centrage pour 2 passagers à bord
Nous sommes 2 à bord, nous pesons tous les deux 90 kg ce qui fait au total 180 kg sur les passagers avant. Quelle autre masse trouve-t-on dans notre avion ?
Dans la soute à bagages, il y a 5 kg (les cales de l’avion et le petit matériel).
J’ai mis 60 kg de carburant ce qui correspond à peu près à 2 heures de vol en Cessna.
Et au final, quand on applique à ces masses des moments et qu’on regarde les bras de levier, on obtient une masse au décollage de 915 kg par rapport à la masse max au décollage du Cessna 172 qui est de 1043 kg et un bras de levier de 1,09.
Est-ce que notre résultat est règlementaire ?
Oui : dans un premier temps, je suis content parce que je suis capable de faire un schéma et de voir que la croix est bien au milieu.
On n’est pas à la limite de la masse et on n’est pas non plus à une des limites latérales.
Du coup, je suis content !
Que se passe-t-il dans l’avion ?
Ce que je veux savoir, c’est ce que signifient ces chiffres par rapport à mon avion. J’ai donc dessiné un Cessna sur lequel j’ai représenté un axe longitudinal. J’ai précisé une échelle de distance puisque oui, les distances vont avoir une importance et j’ai ajouté le plan de référence : on appelle ça datum. Le plan de référence du Cessna 172, c’est tout simplement la cloison pare-feu, la cloison qui sépare le moteur de l’habitacle.
Cela revient à dessiner ce qu’il y a sur le schéma rouge. J’ai replacé sur l’avion les distances en mètres par rapport au plan de référence.
La plage de centrage de l’avion
Quand on est calé très en avant, ce qui est vraiment très difficile sur un avion, on est à 0,9. J’ai aussi dessiné 1,2 mètres. Je ne sais pas où vous en êtes de l’aéronautique mais voilà :
Première surprise, c’est que la plage de centrage de mon avion est finalement de 30 cm ce qui est vraiment très peu.
Portance et poids
Poursuivons un peu plus loin avec mon devis de masse et centrage. J’ai représenté les forces qui vont nous intéresser : la portance et le poids.
Je ne vais pas vous apprendre que portance et poids ne sont pas alignés.
La portance est légèrement en arrière, le poids légèrement en avant. C’est ce qu’on appelle le couple piqueur de l’avion.
En vol, s’il n’y avait que ces deux forces, le nez partirait vers le bas. On dit que le nez pique d’où le couple piqueur.
Il va falloir une force supplémentaire pour rétablir notre équilibre : c’est la déportante P’
Sur mon dessin, j’ai fait disparaître l’avion parce qu’on n’en a plus besoin mais j’ai repris toutes les informations importantes : le datum, le plan de référence, les distances et j’ai fait apparaître à la bonne distance la portance, la déportante et le poids. Et je leur ai attribué des valeurs.
Masse et centrage en valeur
Je connais le poids qui fait 915 kg et si on a 915 kg de masse avion, on a sûrement 915 kg de portance. Pour que l’équilibre se réalise, on va avoir une déportance avec la profondeur de l’avion. Et je me suis amusé à calculer, environ bien sûr, quelle valeur on pourrait lui attribuer. C’est à peu près 50 kg.
Passons aux moments, de façon à établir un équilibre : la somme des moments des forces aérodynamiques appliquées à l’avion doit être égale à zéro. Cela veut dire que la somme du moment de la masse avion, du moment de la portance et du moment de la déportance doit être égale à zéro. La déportance avion va apporter une stabilisation.
C’est ce qu’il faut retenir : à partir du moment où portance et poids ne sont pas alignés et créent donc un couple piqueur, on fait apparaître une déportance à l’arrière qui va venir stabiliser mon avion.
Le centrage avant
Dans mon exemple, on a l’impression que le centrage est à peu près central mais en fait ce n’est pas vrai. On est vraiment centré avant, on n’est que 2 et on est lourd.
Quand l’avion est centré avant, on obtient un avion stable mais qui n’est pas maniable.
Masse et centrage pour 4 passagers à bord
Allons voir plus loin.
J’ai réalisé un autre devis de masse et centrage pour un autre vol.
Il s’agit d’un vol de 4 adultes avec 2 garçons à l’avant donc 2 x 90 kg et 2 filles à l’arrière, chacune de 60 kg. Je vais mettre un petit peu plus de bagages dans la soute à bagages, 10 kg et j’ai gardé la même quantité de carburant, soit 60kg de carburant.
Est-ce que notre calcul est règlementaire ?
Là, surprise ! Nous arrivons à la masse max. Nous sommes à 1040 kg et le centrage a reculé jusqu’à sa limite de 1,2 mètres. Voyons les explications chiffrées.
Que se passe-t-il dans l’avion ?
Le poids a reculé et il est maintenant pratiquement aligné avec la portance.
Ça veut dire qu’il n’y a presque plus de couple piqueur ce qui signifie qu’on a besoin d’une très petite déportance.
Tout à l’heure, elle était à 50 kg maintenant elle est à 5 kg.
Le centrage arrière
Avec cette configuration, nous nous trouvons dans le cas où l’avion va être centré arrière. Là, il est tellement centré arrière qu’il est carrément sur la ligne rouge.
Et on dit que quand l’avion est centré arrière, il est peu stable, très maniable. Forcément, la déportance est pratiquement nulle : la stabilisation a presque disparue !
Il y a donc un problème
Il y a un problème et ce problème, je le constate dès que je réalise le devis de masse et centrage. En effet, pour l’instant, j’ai parlé de centrage, on a vu que le centrage est très reculé, mais je n’ai rien dit sur la masse.
Là, nous avons un avion qui pèse 1040 kg, c’est-à-dire qu’il est lourd, il est à la masse maximum. Je rappelle que pour le Cessna 172, la masse max est de 1043 kg.
Nous sommes donc à la masse max et on est au centrage arrière. Nous nous retrouvons donc avec un avion qui est lourd donc qui va voler avec de l’incidence. Et comme en plus, nous avons un centrage reculé, ça veut dire moins de stabilité…
L’exemple d’un jeune pilote PPL
Prenons l’exemple d’un jeune pilote PPL (je dis jeune par l’expérience, je ne dis pas jeune par l’âge). Plaçons nous dans le même type de vol. Imaginez que ce pilote vient d’avoir son PPL et qu’il a toujours volé avec son instructeur en double commande dans un Cessna 172 donc centré plutôt avant dans un avion stable et avec une masse moyenne environ 900 kg (il s’agit de notre première configuration). Le pilote connaît donc bien les réactions de son avion au manche, avec son instructeur à bord . Il a obtenu son PPL et souhaite voler avec ses amis.
Le vol dans notre deuxième configuration
4 personnes dans l’avion, il est à la masse max, donc il a de l’incidence et le centrage est très reculé. L’avion est maniable.
Évidemment, au moment du décollage, ce jeune pilote qui manque encore un petit peu d’expérience, va être déstabilisé par la façon dont ce Cessna va voler parce que le centrage est différent de d’habitude.
Mais il y a un problème plus important : si ce jeune pilote n’est pas à l’aise avec l’avion, s’il est stressé (et il risque de l’être par les réactions très maniables de cet avion), peut-être qu’à un moment il va se retrouver dans une situation, par exemple en premier virage, où il a un avion avec de l’incidence (parce qu’il est lourd, parce qu’il est en montée, parce qu’il n’est pas rapide..) et lors du premier virage, il va vouloir encore augmenter l’incidence pour que l’avion continue à monter. Il va peut-être mettre du manche sans mettre beaucoup de pied et obtenir un avion en vol dissymétrique.
Il n’est donc pas très loin du départ en vrille à basse altitude. Et évidemment, c’est ce qu’il faut à tout prix éviter !
Nous pouvons donc faire parler notre devis de masse et centrage bien au-delà du constat de la position de la croix entre la masse et le centrage à l’intérieur du schéma.
J’espère que vous voyez un peu plus clairement la façon dont on doit se servir de ce devis de masse et centrage qui reste évidemment réglementaire !
Vos commentaires sont les bienvenus !
