LA SUSTENTATION

       1) Le principe de la sustentation

            La sustentation est le fait de maintenir en équilibre, de soutenir un mobile au dessus du sol. En aéronautique, c’est le fait, pour un appareil, de se soutenir en l'air grâce à la portance de la voilure, à la poussée verticale de réacteurs.

            Pour l’aéroglisseur, la sustentation est assurée par le coussin d’air. Ce terme est utilisé pour désigner une zone d'air en surpression, généralement établie sous un véhicule ou un objet à déplacer, et communiquant avec l'environnement. L'air doit être constamment renouvelé, soit par une turbine, avec par exemple l’aéroglisseur soit par le mouvement du véhicule avec par exemple les bolides à effet de sol.

Bolide à effet de sol

Aéroglisseur

Pour assurer la sustentation, une pression d'air, de l'ordre de 500 Pa pour les petits véhicules, à 3 000 Pa pour les plus gros, est nécessaire.

Il existe deux schémas principaux de fonctionnement. Le plus simple est appelé à « chambre pleine », où «cloche». Le dessous du véhicule forme une sorte de cloche, l'air y est insufflé et s'échappe à la périphérie entre le bord inférieur du véhicule et le sol.

L'autre schéma est celui de la « fente périphérique ». L'air est insufflé tout autour de la plate-forme par une fente. Un courant d’air est ainsi formé qui contribue à maintenir sous la plate-forme le matelas d'air en surpression.

Pour assurer le renouvellement de l’air sous la coque, plusieurs solutions peuvent être retenues :

La première consiste à n'utiliser une seule turbine pour assurer la sustentation et la propulsion. Dans ce cas, le flux d'air est partagé pour assurer les deux fonctions.

Dans la seconde solution, une turbine assure la sustentation alors qu'une deuxième turbine assure la propulsion.

       2) La jupe

Par contre, ce genre de mobile à coussin d’air ont de nombreux inconvénients non négligeable : un mobile en sustentation par ce moyen ne peut pas franchir d’obstacles, à moins de fournir une énorme puissance, pour s’élever suffisamment. Pour résoudre ce problème important, les ingénieurs ont eu l’idée d’intercaler entre la base (la partie solide de l’aéroglisseur) et le sol une partie assez flexible, qui permettrai ainsi d’élever la base de l’aéroglisseur. Ainsi fut inventée la jupe de l’aéroglisseur.

La jupe permet donc une élévation importante sous la base de l'engin en se gonflant sous la pression de l’air, alors que l'élévation sous la jupe reste minime, c'est-à-dire que la hauteur entre la jupe et le sol est peu importante. La quantité d'air (et d'énergie) nécessaire est bien moindre. Ainsi pour franchir un obstacle la jupe se déforme et l’aéroglisseur reste en sustentation. Par contre, l’obstacle à franchir ne pourra pas dépasser la hauteur qui sépare la base de l’aéroglisseur et le bas de la jupe.

            Comportement d’un aéroglisseur à jupe face à un obstacle

Il y a ainsi pour la jupe trois schémas principaux :

            Comme l’expérience nous le montrera, l’utilisation d’une jupe unique rend l’aéroglisseur instable. Pour remédier à cela, le moyen utilisé est l’association de plusieurs jupes pour un même aéroglisseur ainsi lorsque l'une des jupes rencontre un obstacle, sa fonction de sustentation est reportée vers les jupes voisines qui assurent la stabilité de la machine. Quand on voit un aéroglisseur on ne voit pas plusieurs jupes : cela est dû au fait que lorsque l’on opte pour cette solution de plusieurs jupes, elles sont en générale entourées d’une autre jupe périphérique qui augmente la surface du coussin, limite au mieux son périmètre de fuite (et augmente donc le rendement de sustentation), améliore la forme hydrodynamique de l'ensemble et facilite en particulier le déjaugeage, offre une sécurité supplémentaire en cas de déchirure d'une jupe interne, en limitant la fuite produite.

Aéroglisseur sans sa jupe périphérique. On peut voir plusieurs jupes (en noir)

Le paramètre de similitude qui intervient, d’une manière simple, au moins pour les machines circulaires, est la hauteur relative

h : hauteur libre entre le bord de la plate-forme et le sol (en m)

d : diamètre de la plateforme. (en m)

D’autre part, un critère simple d’efficacité de la portance P obtenue consiste à comparer celle-ci à la poussée f qu’aurait produit en jet libre le même débit et avec la même pression génératrice que l’air utilisé. L’effet de sol, dans sa zone libre, se caractérise alors aisément par le coefficient d’amplification :

P en N

F en N

Ce coefficient peut aussi s’interpréter d’ailleurs comme une finesse.

L’allure des courbes du coefficient Ø en fonction de la hauteur relative h / d est donnée sur le graphe ci-dessous pour une machine à fente périphérique. On peut dire que, seules, les très petites valeurs de h / d sont intéressantes ; ainsi, l’on voit que pour h / d = 0,001, Ø atteint 30, mais que pour h / d = 0,05, Ø n’est plus que de 7 à 8.

Cet examen rapide donne tout de suite une idée générale des propriétés des aéroglisseurs purs :

·        ils représentent un moyen de sustentation économique s’ils sont grands par rapport à leur distance de garde au sol,

·        leur aptitude au passage d’obstacles est faible s’ils sont économiques,

·        s’ils sont économiques, ils disposent d’une faible manœuvrabilité (ou aptitude en côte) ; en l’absence de point d’appui, celle-ci est tout au plus caractérisée par l’inverse de la finesse, soit 1 / Ø ; ainsi, pour h / d = 0,001, la finesse est de 30 ; il en résulte que la pente franchissable (ou l’accélération transversale) maximale sera de 3 %.

Bien entendu, il ne s’agit là que des propriétés du schéma simple de base.