L'Aile & ses Principes

      I.            L’aile et ses principes


L'aile ....?

 

"Tout d’abord, les ailes permettent à l’avion de voler : ce sont elles qui « portent » l’avion. Comme tout objet, celui-ci est « attiré » vers le sol par une force que l’on appelle poids. Donc l’avion, de façon naturelle, aurait tendance à tombé. C’est pourquoi, pour contrebalancer cette « attirance », il faut créer une surface importante qui « flottera » sur l’aile, comme le fait un parachute. C’est ce rôle que jouent les ailes. De part leur importante surface, elles sont en contacts avec une masse d’air large, qui sert donc de « coussin » à l’avion."

L'aile permet à l'avion d'être en position d'équilibre parce qu’elle crée une force appelée portance.

 


A.    Caractéristiques


Il est important tout d’abord de caractériser géométriquement  une aile (ou voilure) en définissant un certain nombre de termes.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§  Extrados: surface supérieure de l’aile. 

§  Intrados : Surface inférieure de l’aile. 

§  Bord d’attaque : bord antérieur de l’aile. 

§  Bord de fuite : bord postérieur de l’aile. 

§  Corde : droite joignant le bord d'attaque au bord de fuite. La profondeur est la longueur de cette corde 

§  Corde moyenne : ligne passant par tous les points équidistants de l’extrados et de l’intrados. 

§  Epaisseur : distance maximum entre l'intrados et l'extrados mesurée perpendiculairement à la corde. L'épaisseur, pour les profils classiques, se situe généralement à une distance maximum d'environ 30 % de la profondeur, à partir du bord d'attaque. 

§  Envergure : l’envergure de l’aile est la distance entre les deux extrémités de l’aile.

 

 

 

 

B.    Les profils d’aile


Un profil d’aile est défini par plusieurs mesures. Les principales sont présentées sur le schéma ci-dessus.

L’air rentre en contact avec l’aile par le bord d’attaque et la quitte par le bord de fuite. Le segment qui rejoint ces deux bords s’appelle la corde et la droite qui est de même dirigée est nommé ligne de référence.

La partie inférieure du profil est appelée intrados, alors que la partie supérieure se nomme extradosL’épaisseur de l’aile se mesure entre l’intrados et l’extrados (c’est la distance maximale qui les sépare).

La corde moyenne désigne la ligne reliant le bord d’attaque au bord de fuite et située à égale distance de l’intrados et de l’extrados.

On appelle flèche du profil, la distance maximale entre la corde et la corde moyenne. Le rapport entre la flèche et la corde est quand à lui nommé courbure ou cambrure relative. Cela permet de déterminer si le profil d’aile est plus ou moins creux.

 

·        Exemple de profils :

 

Ø  Plan convexe : il permet d’obtenir une portance assez élevée même à faible incidence mais à pour inconvénient d’être légèrement instable. Il génère une traînée moyenne. Utilisé en aviation  générale.

Ø  Biconvexe symétrique : ne portant pas aux faibles incidences, il est utilisé pour la voltige.

Ø  Biconvexe dissymétrique : il donne aussi une portance assez élevée même à incidence nulle tout en étant très stable. Utilisé pour l’aviation de loisir.

Ø  Profil cambré (ou creux) : profil assez instable, permettant une portance très élevée. Lorsque l’incidence augmente il cherche à se cabrer. Ce profil crée une forte traînée due à sa cambrure.

Ø  Double cambrure (ou auto stable) : Il permet d’avoir une grande stabilité, au dépend d’une traînée assez forte et d’une portance moyenne.

 

 

 

  Le profil de l’aile est modélisé afin d’obtenir une portance la plus élevée possible et une trainée minimale.

  Les diverses caractéristiques  d’une aile d’avion permettent modifier au mieux la portance et la trainée, selon le but recherché ; vitesse ou portance. On retiendra notamment le facteur de courbure d’une aile.

  Ainsi si on se réfère à la mécanique du vol, on s'aperçoit que plus la courbure est importante, plus la portance est importante mais l'épaisseur augmente aussi ce qui fait également augmenter la trainée. En fait, une aile à forte cambrure décrochera à un angle d'incidence plus fort, elle aura donc un meilleur coefficient de portance. Une aile à faible cambrure conviendra mieux aux faibles incidences et donc aux vitesses élevées. D'autre part les profils très minces induisent un décrochage brutal, pouvant se révéler dangereux.

 

  • Les différentes ailes

  

Ø  Lents

 

 

 Ø  Rapides

 

 

Ø  Supersoniques

 

 

 

De façon générale, les avions lents auront une épaisseur plus grande que les avions de ligne, ou les avions supersoniques (avions de chasse) : les profils épais ont une grande portance, mais aussi une grande traînée. Pour un avion très rapide, un coefficient de portance moyen peut être compensé par une grande vitesse, mais une traînée trop forte serait trop coûteuse en énergie.

Les avions de ligne, compte tenu de leur masse (300 tonnes pour un Boeing 747) devront donc atteindre une forte vitesse au décollage, ce qui se fait sur une longue distance (environ 3 km). Pour les avions de chasse, leur masse est beaucoup plus faible (16 tonnes pour un mirage F1) et leur puissance de propulsion élevée ; le décollage se fera sur une distance plus courte (500 m en moyenne). Les avions de type Cessna ont une bonne portance, un poids faible (une tonne environ), et une petite vitesse ; ils décolleront donc sur une distance courte (environ 300 m).

 

 

Si on exprime le rapport de l’épaisseur sur la corde e/l, on a :

1.       e/l < 6 % : profil mince de l’avion de chasse 

2.       6 % < e/l < 12 % : profil semi-épais de l’avion de ligne 

3.       e/l ≥ 12 % : avion de tourisme à basse vitesse

 

---------->  Les ailes d’avions lents ont plutôt un profil asymétrique, avec l’extrados bombé et l’intrados plutôt plat, pour assurer une portance suffisante, mais au prix d’une traînée assez forte. Les avions plus rapides peuvent utiliser des ailes symétriques.

Il faut noter qu’un profil d’aile est conçu pour la vitesse de croisière de l’avion, en vol palier. A forte vitesse, le coefficient de portance peut être « bas ». Mais il faut pouvoir aussi maintenir l’avion en vol dans les phases de décollage et d’atterrissage, qui se font à plus basse vitesse. C’est pourquoi, en pratique, dans la plupart des avions et même les avions de tourisme, il existe des systèmes appelés hypersustentateurs. Ce sont des volets mobiles placés au bord de fuite, ou des becs placés au bord d’attaque. Ils sont actionnés par le pilote et permettent de jouer sur le profil de l’aile et sa surface, et ainsi sur la portance et la traînée.

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