LES PRINCIPES DE L'AVIATION

Classification des appareils : ornithoptères, hélicoptères, aéroplanes. — C'est la solution de cette question qui a passionné de tout temps les savants de toutes les époques. Nous verrons plus tard l'histoire des recherches tentées dans cette direction ; pour le moment disons tout de suite qu'il y a trois manières d'attaquer la question :

1** Imiter purement et simplement le mécanisme du vol « ramé » de l'oiseau à l'aide de deux ou de plusieurs ailes battantes. Les appareils basés sur ce principe sont nommés des ornilhoplères.

2** Utiliser les propriétés bien connues de l'hélice pour enlever en l'air l'aéronaute et son matériel ; puis cet aéronaute une fois enlevé, se servir d'une autre hélice ou de la première, modifiée dans son inclinaison, pour le propulser dans une direction déterminée. Les appareils construits suivant ce principe se nomment des hélicoptères.

3° Prendre à l'oiseau une partie seulement du nr canisme de son vol, celle dans laquelle, une f arrivé à la hauteur qu'il veut, il étend ses aileî

plane dans l'atmosphère, en glissant sur les couches , aérienn<js sans faire aucun mouvement de battement de ses ailes. Les appareils de cette catégorie se nomment àes aéroplanes...

La solution du principe de l'aviation par les ornithoptères est k peuprès abandonnée actuellement Quelques chercheurs persévèrent dans l'élude des hélicoptères, mais la majorité, on peut presque dire l'unanimité des navigateurs aériens, tourne ses efforts du cûté de l'aéroplane.

Loi delà résistance de l'air. — L'aéroplane, comme d'ailleurs tous les appareils d'aviation, utilise pour son fonctionnement la résistance de l'air. Nous avons déjà dit un mot de la résistance opposée par l'atmosphère au mouvement d'un solide que l'on déplace dans son sein. Celte résistance obéit à une loi simple. Supposons une surface plane que l'on cherche à mouvoir dans l'air suivant une direction perpendiculaire h son plan. La résistance de l'air est pyoporlionnelle à la surface du plan et proportionnelk également au carré de la vitesse dont il est animé; donc, si l'on veutcalculer en chiffres la valeur de cette résistance, il faut multiplier la surface du plan mobile, exprimée en mètres carrés, par la vitesse du vent, exprimée en mètres par seconde, et pnr lin coefficient numérique pratiquement constant <■[ qui est égal à 0,08. Cette loi change un peu si la Ml rfacc mobile est oblique par rapport au mouvement un lieu de lui être normale. La résistance diminue

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avec l'inclinnison de ladite suiTacc sur la direction de son deplacemeat. Mais le nombre par lequel il fuul inulliplier la surface et le carré de ta vitesse peut atteindre la valeur 0,16, c'est-à-dire le double du coefficient précèdent. On voit, par la variabilité du coefficient numérique, qu'une incertitude rÈgne sur la loi de la résistance de l'air au mouvement des corps mobiles. C'est cette incertitude qui fait que les progrès de l'aviation se font presque autant par les tUtounemenls expérimentaux que par des calculs auxquels les données font souvent défaut.

Le parachute. — C'est la résistance de l'air qui rend possible cl sûr le maniement de l'inslrumenl appelé parachute. Un parachute n'est autre chose qu'un vaste parapluie en toile résistante, aux baleines duquel serait accroclié uue corde de sustentation supportant une petite nacelle. Un homme se place dans celte nacelle et s'abandonne dans l'air en se laissant tomber. La résistance de l'air sur le parachute ralentit tellement sa chute qu'il arrivera h terre avec une vitesse assez faible pour que lu descente et l'atterrissage soient inolFeneifa.

Avec un parachute de 100 mètres cari-és de surface pesant 30 kilogrammes et contenant une personne qui en pèse 70, ce qui fait en tout 100 kilogrammes, c'est-à-dire un peu plus de 1 kilog par mètre carré de surface du parachute, la vitesse en arrivant au sol est d'environ 1"',iO par seconde. On peut dire que, dans ces conditions, c'est une descente Iran-

quille et non une chute que fait Taéronaute. Les soubresauts que ces appareils éprouvaient à leur début, soubresauts qui rendaient la descente pénible et même dangereuse, sont évités par la présence d'un trou rond, disposé au milieu de l'enveloppe en forme de parapluie, et qui facilite l'écoulement de l'air qu'elle comprime pendant sa descente. Le parachute se trouve ainsi être pour le ballon une véritable « chaloupe de sauvetage » et il permet au voyageuraérien d'envisager sans effroi l'éventualité d'une fuite dans l'enveloppe de son ballpn. L'aéronaute français Gapazza a même perfectionné le parachute en en faisant une partie intégrante du ballon. A cet effet il remplace le filet de celui-ci par une chemise hémisphérique, recouvrant l'hémisphère supérieure du ballon. Par suite d'un accident quelconque le ballon vient-il a crever ? aussitôt l'appareil tombe vers la terre, mais la chemise supérieure constitue un parachute qui continue à supporter la nacelle et qui lui fait effectuer une descente tranquille.

Le parachute-lest. — Gapazza a fait du parachute une autre application très intéressante, qu'il appelle \q parachute-lesl et qui permet à l'aérostat de s'élever dans l'air d'une cerlaine quantité sans perdre complètement le lest qu'il serait obligé de jeter pour cela. A cet effet la plus grande partie du lest est logée dans la nacelle d'un petit parachute et ce parachute est relié au ballon par une corde de 300 ou 400 mètres ngueur. L'aéronaute veut-il monter? il jette, eq

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déroulant ceUe corde, le parachute et le lest par-dessus le bord, l.e lest Lomlie, le parachute s'ouvre par la résistance de l'air et le ballon subitement diSksté monte de la longueur de la corde qui le relie au parachute. En Tcrtu de sa vitesse acquise il dépasse

il GagiiLntlc.

même un peu celte longueur en entraînant le parachute avec lui. Il peut ainsi chercher dos courants d'air plus avantageux pour la direction dans iaqucllc il veut aller. Arrivé îl celte nouvelle hauteur il a dépassé sa zone d'équilibre. Mais l'aéronaute peut rentrer le parachute h borà en tirant sac ia corde. Il peut ainsi ramener le lest à bord sans résistance, car, en raison même de sa construction en forme de parapluie, le parachute qui s'est ouvert à la descente se referme tout seul quand on le remonte.

Le parachute-lest permet donc au navigateur aérien d'exécuter une série « d'oscillations en hauteur » sans lâcher son gaz et sans perdre son lest. On voit combien peut être précieuse dans certains cas l'adjonction de cet ingénieux organe.

Une application très importante de la loi de la résistance de l'air s'est montrée récemment d'une façon désastreuse, lors de la perte du dirigeable militaire Patrie, Le souvenir de l'accident est encore présent h toutes les mémoires. Par suite d'une petite avarie arrivée à son moteur, le ballon dut atterrir en pleine campagne. Le vent s'étant élevé, on fit venir une compagnie d'infanterie dont les hommes avaient pour mission de retenir les cordes de manœuvre. Le vent vint à fraîchir et sur l'énorme surface présentée par le travers du ballon, l'effort du vent fut tel qu'il eut raison de la force musculaire des 120 hommes qui le retenaient et que l'aérostat partit à la dérive, emporté par la tempête. Il offrait, en prise au vent, une surface dont la projection était, au minimum, de 3o0 mètres carrés. La vitesse du vent était au moins de 20 mètres à la seconde : c'était donc un effort de près de 12.000 kilogrammes que le vent exerçait sur l'enveloppe de l'aérostat, effort que les efforts réunis de 120 hommes se trouvèrent, naturellement, impuissants à maîtriser.

Le cerf-volant. — La première application que nous ferons de la résistance de l'air sera pour expliquer le fonctionnement d'un appareil qui.

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d'abord jouet d'enfant, est en train de devenir l'organe fondamental de la conquête de l'air par l'honime. Je veux parler du cerf-volant.

Tout le monde saii ce que c'est qu'un cerf-volant : c'est une surface de toile légère ou de papier fort, tendue sur un cadre de bois léger, lestée par une

plane de Suntos-Dumont.

a queue » et retenue au sol par une longue ficelle... Le vent agit sur la surface du cerf-yolant et exerce sur lui une pression proportionnelle à cette surface et proportionnelle au carré de sa vitesse. Grâce îi la ficelle qui le retient et à la queue qui le leste, le cerfvolant se présente obliquement h. l'action du vent, qui tend à la fois Ji l'enlever avec lui el à le faire monter. A cause de son obliquité, le ccrf-volanl se trouve soumis îi l'action de trois forces : celle du vent, qui tend à la fois à l'élever et îi l'entraîner, l'action de la pesanteur, qui tend à le faire tomber, et enfin la Tésislance de la ficelle, qui tend à le retenir. De ces trois forces, deux sont constantes. Ce

sont le poids de l'instrument et la résistance de la corde que nous supposerons toujours suffisamment forte pour ne point se rompre. 11 y a donc une force variable, c'est la pression due à la vitesse du vent. Si celle-ci prend une valeur suffisante, le système pourra se tenir en équilibre et même s'élever dans l'air. C'est ce que montre l'expérience journalière.

Le cerf-volant simple, on peut même dire classique, se compose de deux petits bâtons en croix dont les extrémités sont reliées par des fils bien tendus. Ces fils dessinent un quadrilatère dont les bâtons forment les diagonales. Le bâton le plus long n'est pas coupé en son milieu par le plus court, mais à peu près au tiers de sa longueur. Sur le cadre ainsi préparé on colle du papier; à la partie inférieure du bâton le plus long on accroche une « queue » formée d'une ficelle portant plusieurs nœuds d'étoffe ou de papier. Enfin trois cordelettes disposées en « patte d'oie » partent des trois sommets supérieurs et vont se réunir en un point où s'attache la ficelle qui retient l'appareil. Tel est le cerf-volant qui nous a servi de jouet dans notre enfance et qui est d une construction et d'un maniement simple.

On peut rendre cet instrument plus puissant en multipliant le nombre des surfaces planes sur lesquelles le vent peut agir. On peut par exemple attacher plusieurs cerfs-volants l'un à la suite de l'autre, en tandem. On a utilisé ce dispositif à Paris oîi des cerfs-volants servaient à soutenir dans l'air une longue oriflamme portant une réclame en carac-

LES PIIINCIL'ES DU l. AVIATION 207

lères iSuormes. On peut aussi remplacer le cerfvolanl uriiqiii! pnr deux ccrfs-volanls rapproche's l'un de l'aulre et réunis par une paroi, consUtiiant

une sorte de boite. Ce «ont les cerfs-valantH prismatiques ou cellulaires qui, perfection nés par l'Angolais Jlargrave, peuvent enlevei' dans l'air jusqu'il 4.000 mètres et même davantage des instruments météorologiques enregistreurs et servir ainsi à l'é-

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tude de la haute atmosphère. Ce système a été encore perfectionné par un savant ingénieur français, M. Lecornu, qui a multiplié le nombre des surfaces agissantes en construisant un cerf- volant multi-cellulaire dont la valeur pratique a été démontrée par de nombreuses applications.

Fonctionnement du cerf>volant. — C'est une expérience journalière que le cerf-volant s'élève d'autant mieux que le vent est plus fort. 11 semble donc qu'il soit impossible de faire monter un de ces appareils quand il n'y a pas de vent. Mais il ne faut pas oublier que le vent est une chose relative et non pas une chose absolue. Le vent, c'est le déplacement des molécules d'air par rapport aux objets terrestres^ et l'impression que Ton reçoit en sera la même si c'est l'objet terrestre qui se déplace par rapport aux molécules d'air. On peut donc (et lés .enfants le savent bien) enlever un cerf-volant même quand il n'y a pas de vent, h condition d'en produire soimême. Et pour en produire les enfants font une chose bien simple : ils courent à toute vitesse en tirant derrière eux la ficelle attachée au cerf-volant. Si leur course est assez rapide et si le cerf-volant est assez léger, celui-ci s'élève immédiatement. 11 tombe à terre dès que les petits coureurs s'arrêtent.

Principe de l'aéroplane. — Tel est le principe admirablement simple sur lequel repose tout le fonctionnement de l'aéroplane.

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L'aéroplane est un cerf-volanl que l'on fait partir

en l'absence de vent, soit à l'aide d'un véhicule {une

rapide automobile ou un bateau à grande vitesse)

qui le traîne rapidement en le forçant h, s'(5lever au

bout d'une corde, soit, surtout, en le munissant d'un moteur et d'un propulseur qui le poussent en avant sans avoir à faire intervenir une traction qui relie l'appareil h la terre.

Le moteur actionne une hélii;e el tend it pousser l'appareil en avant. La surface plane inclinée glis-

sera sur les couches atmosphériques, et dès que la vitesse du système sera suffisante, si la surface du plan sustentateur est assez grande pour opposer à Tair une résistance assez considérable et si Tensemble de l'appareil et de son moteur est assez léger, l'appareil s'élèvera en Tair et s'y maintiendra. Si la vitesse vient h augmenter, l'appareil avancera plus vite et s'élèvera ; si la vitesse diminue, il avancera moins vite et tombera vers la terre.

Entre ces deux cas extrêmes, on conçoit qu'il soit possible de trouver un régime de vitesse telle que l'appareil avance sans monter ni descendre, en restant toujours à la môme hauteur au-dessus du sol, dans des conditions telles qu'à chaque instant il y ait équilibre entre les trois forces fondamentales qui sont : le poids de l'appareil, qui tend à le faire tomber, la résistance de l'air, qui tend à le faire monter, et l'action de son propulseur, qui tend à le faire avancer. Si l'une de ces trois forces vient à faire défaut, l'équilibre est rompu. Par conséquent, si le mouvement du propulseur vient à s'arrêter, en un mot si le moteur a a une panne », l'appareil tombe immédiatement.