On obtient l'équilibre longitudinal lorsque la somme des moments par rapport au centre de gravité est nulle. Si après cet équilibre obtenu, un passager avant se déplace sur le siège arrière, le centre de gravité recule : il y a déséquilibre. Pour rétablir l'équilibre, le pilote agit sur la gouverne de profondeur (à piquer) pour faire coïncider l'axe des forces massiques et celui des forces de portance.
Le foyer
Le foyer est le point où s'exercent les variations de portance dues aux variations d'incidence. Ce foyer :
- est fixe
- dépend de la forme de l'avion
- est toujours situé à l'arrière du centre de gravité
Stabilité longitudinale
Lorsqu'un avion en équilibre subit une rafale, on constate une augmentation de l'incidence (l'avion se cabre). Si aucun élément d'origine aérodynamique ne vient contrer cet effet, l'avion devient instable. L'augmentation de portance s'exerce au foyer et fait pivoter l'avion à piquer autour du centre de gravité (situé en avant du foyer) pour la même valeur.
L'avion revient donc à sa position d'origine : on dit qu'il est stable.
Qualité de l'équilibre longitudinal
La qualité de l'équilibre longitudinal dépend de la longueur de la marge statique (segment séparant le centre de gravité du foyer).
Cas d'une marge statique faible :
- Le centrage est arrière
- La manoeuvrabilité est importante
- Le décollage est délicat (éventuellement limite basse du second régime)
- Une limite arrière du centre de gravité permet d'éviter tout risque de rupture de la cellule.
- La trainée diminue
- La consommation-distance diminue
Cas d'une marge statique importante :
- Le centrage est avant
- La manoeuvrabilité est médiocre
- La profondeur est proche de la butée arrière
- L'atterrissage devient dangereux (arrondi impossible)
- Une limite avant du centre de gravité est nécessaire pour sécuriser l'atterrissage
- La trainée augmente
- La consommation-distance augmente