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.