Il est important de noter que cette page web n'est qu'un aperçu du domaine de l'hydraulique permettant surtout de clarifier et expliquer trois points :
- pourquoi en hydraulique l'écoulement peut il être totalement turbulent (et pas seulement la couche limite)?
- quelques bases de l'hydraulique (pertes de charge, dimensionnement des pompes, etc.).
- les systèmes hydrauliques principaux d'un avion.
En hydraulique le fluide est un liquide (eau, huile, essence, etc.). On ne parlera plus de compresseurs mais de pompes (qui augmentent la pression et la charge).

1. L'écoulement totalement turbulent

On sait déjà qu'un écoulement laminaire d'un fluide quelconque sur une paroi peut amener la couche limite à devenir turbulente si la paroi est suffisamment longue ou rugueuse. Il est alors assez facile à comprendre qu'en hydraulique, dans une conduite (tuyau par exemple), en considérant une coupe du tuyau suivant son axe (sur la longueur) la couche limite devenant turbulente "en bas" va rencontrer celle devenant turbulente "en haut". Ainsi l'écoulement devient totalement turbulent après une certaine longueur de tuyau.
C'est un cas qu'on ne rencontre pas en aérodynamique (sur des études d'ailes, fuselages, nacelles, etc.), où seules des structures turbulentes peuvent se propager.

2. Les bases de l'hydraulique

Je n'évoquerai pas ici l'hydraulique à surface libre (étude des canaux, ressauts, etc.).
En aérodynamique, les grandeurs importantes sont la pression, la vitesse, la densité, la viscosité. En hydraulique, les grandeurs importantes sont la pression, le débit, la charge, la viscosité. Dans un réseau hydraulique, le calcul des pertes de charge est crucial :
- il existe des pertes de charge singulières (coude, élargissement, rétrécissement, etc.);
- il existe des pertes de charge régulières (dues au frottement).

Le calcul des pertes de charge singulières se fait grâce à des tables.
Le calcul des pertes de charge régulières se fait lui par la formule ci-dessous en distinguant les cas suivants :
ΔHr = λ*L*V²/(2*g*D) avec L : longueur, V : vitesse, D : diamètre.
- conduite rugueuse (ε connu) : utilisation du diagramme de Moody pour connaître le λ.

- conduite lisse :
--> cas 1 : écoulement laminaire (Red < 2000) : λ = 64/Red
Rappel : Red est le Reynolds calculé pour le diamètre de la conduite (Red = ρ*V*D/μ)
--> cas 2 : écoulement turbulent (Red > 2000) : 1/√λ = -2*log[(2,51/(Red*√λ) + ε/(3,7*D)]
Il faut remarquer qu'ici ε tend vers 0.

Enfin la perte de charge totale d'un réseau hydraulique est la somme des pertes de charge singulières et régulières : ΔHtot = ΔHr + ΔHs.


Voyons maintenant comment dimensionner la pompe qui va alimenter ce réseau :

3. Les systèmes hydrauliques principaux d'un avion

Un avion commercial (Airbus, Boeing, etc.) comporte un système hydraulique de freinage et de direction au sol (sur les trains d'atterrissage), un système hydraulique d'alimentation en eau et un système hydraulique reliant les commandes aux équipements tels que : aux ailerons (roulis), aux gouvernes de profondeur (tangage) et direction (lacet), etc.
Voyons l'exemple du système hydraulique actionnant la gouverne de direction :

Il est clair qu'un vérin agit dans deux directions, de manière à faire pivoter la gouverne autour de son axe. Voici ci-dessous l'image du circuit hydraulique :

R : réservoir
P : pompe
D : distributeur 5 orifices
EV: ElectroVanne
Le vérin est au repos, la gouverne est immobile et au repos également.


Supposons que le pilote actionne la commande du lacet. Electroniquement, la pompe se met en marche et l'électrovanne s'ouvre de manière à envoyer le fluide vers le Distributeur. Voir ci-dessous :

Au même moment, le distributeur a sa tige qui se décale vers la gauche permettant au fluide pompé d'aller dans la chambre gauche du vérin et donc de pousser la tige vers la droite (action sur la gouverne). La tige du distributeur est actionnée elle soit par une commande pneumatique ou un servo électro-mécanique.
Il faut remarquer que le fluide déplacé de la chambre droite du vérin repart vers le réservoir (circuit retour en vert sur la figure ci-dessus), tout comme celui de la chambre gauche du distributeur. Des clapets anti-retour sont disposés sur les orifices de "retour" du distributeur.

Ce type de vérin est très utilisé sur les avions. Il est plus complexe que le vérin dit "simple", qui a lui un ressort pour son retour au repos (pas de maîtrise de la vitesse de retour en position repos de la tige) et qui est lui piloté par un distributeur 3 orifices.