La limite de tremblement est le deuxième paramètre de performance aérodynamique le plus important dans la conception aérodynamique d’un avion, juste après le rapport portance/trainée (L/D).

Le tremblement de l’aile est une réponse à une excitation aléatoire de la structure de l’aile due aux fluctuations de pression causées par le décollement de l’écoulement. Lorsqu’un avion vole à basse vitesse et à forte incidence, après que le décollement de l’écoulement sur les surfaces de portance a atteint un certain niveau, un tremblement apparaît ; ce type de tremblement est appelé tremblement de type portance.

La courbe de variation du coefficient de portance en fonction du nombre de Mach, correspondant à l’angle d’attaque de début de tremblement, est appelée limite de tremblement. Plus la limite de tremblement est élevée, plus la vitesse minimale de vol en palier de l’avion est basse, et meilleures sont la maniabilité et la sécurité en vol.

Le paramètre de limite de tremblement (M²CL) est le produit du carré du nombre de Mach (M) par le coefficient de portance maximale utilisable. Lorsque la valeur de la limite de tremblement est dépassée, le sillage (turbulence) de l’écoulement séparé sur l’aile agit généralement sur l’empennage, provoquant des vibrations de la cellule inacceptables.

La limite de tremblement correspond généralement à l’apparition d’une “certaine surface” de décollement de l’écoulement sur l’aile. Étant donné que le coefficient de portance de croisière maximale des avions de ligne est limité par le début du tremblement atteignant une charge de 1,3 g (lorsque le pilote effectue une virage à environ 40 degrés ou rencontre des rafales violentes), elle est presque aussi importante que la traînée pour déterminer les données de performance originales de l’avion.

Le pic de la limite de tremblement détermine l’altitude maximale à laquelle l’avion peut voler pour une charge alaire donnée. Si la limite de tremblement est basse, pour maintenir une marge de charge de 0,3 g entre le coefficient de portance de croisière et la limite de tremblement, il faut réduire le coefficient de portance de croisière souhaité, ce qui entraîne une baisse de l’altitude de croisière. Comme la consommation spécifique des moteurs à réaction augmente avec la baisse de l’altitude de vol, l’efficacité énergétique diminue également. De plus, cela peut empêcher d’utiliser pleinement la plage d’altitudes de croisière assignée par le contrôle de la circulation aérienne, entraînant une perte potentielle de performances de croisière.

Les avions de ligne modernes sont conçus de sorte que lorsque la vitesse aérienne tombe à 107 % de la vitesse de décrochage, la cellule tremble en guise d’avertissement. La vitesse de décrochage augmente avec le poids et l’altitude de la cellule. Autrement dit, à la même vitesse, un avion plus lourd ou volant plus haut aura une vitesse de décrochage plus élevée.

L’indicateur de vitesse de décrochage fait référence à la vitesse de l’avion en condition de vol en palier, mais lorsque l’avion est incliné, comme lors d’un virage, la vitesse de décrochage augmente avec l’augmentation du facteur de charge (G).

Par conséquent, si l’on vole à une vitesse proche de la vitesse d’apparition du tremblement, et que l’avion s’incline sous l’effet de l’écoulement, il y a de fortes chances que l’avion décroche.

Le facteur de charge G peut être calculé selon 1/COSθ (θ étant l’angle d’inclinaison). Par exemple, à 60 degrés, c’est 2G, et à 40 degrés, c’est 1,3G.

La limite de tremblement à 1,3G correspond à la vitesse à laquelle un tremblement se produira lors d’un vol avec une inclinaison de 40 degrés. Par conséquent, lors d’un vol à la vitesse de la limite de tremblement à 1,3G, même si une inclinaison de 40 degrés se produit, le tremblement n’aura pas lieu.

En général, les avions de ligne volent à des vitesses supérieures à la limite de tremblement à 1,3G, et leurs virages n’excèdent pas 30 degrés d’inclinaison, donc la marge de sécurité est garantie. Cependant, en cas de turbulence, les règles sont différentes : pour une turbulence légère, une marge de 1,3G est demandée, mais pour une turbulence modérée à forte, une marge de 1,5G est demandée.

Examinons un cas tiré du blog d’un pilote de Boeing 747-400 d’All Nippon Airways.

Un jour, alors qu’il volait au niveau de vol 370 (FL370), il a entendu un autre avion devant lui signaler qu’il avait rencontré une turbulence modérée au FL410, et que d’autres avions à proximité commençaient à demander à monter au FL430. Mais après vérification du FMS-CDU, il s’est avéré que l’altitude maximale possible n’était que de FL433. En montant au FL430, la limite de tremblement à 1,3G se situait entre 238 et 254 nœuds. Si une charge de 1,3G survenait à cette vitesse, il y avait de fortes chances qu’un tremblement se produise. Par conséquent, la solution qu’il a adoptée n’était pas de monter, mais de demander un détour vers le sud pour éviter cette zone turbulente.

http://www.dsti.net/Information/ViewPoint/41437 http://www2.plala.or.jp/sin/plalaboard/message/13391.html http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1355634013 http://fdc.blog.so-net.ne.jp/2008-06-27