Pourquoi un avion vole-t-il ?
Définitions des termes utilisés :
Pour une meilleure compréhension, il est bon de définir quelques termes techniques ayant trait au profil de l'aile et qui sont souvent utilisés.
Ces quelques termes demeurent très généraux , c'est pourquoi il est bon de les définir. Mais introduisons maintenant les termes techniques qui définissent véritablement les caractéristiques géométriques d'un profil.
A partir de ces termes, on a créé des rapports, qui expriment les performances pour un profil donné.
C'est le fondement même de l'aéronautique. Il explique à lui seul pourquoi un avion vole.
Il suppose que l'air est un fluide incompressible.
D'une façon plus scientifique, on aura
P= pression statique
V= vitesse du fluide ( ici l'air )
= la masse volumique
1 et 2 représentant la situation des filets d'air à 2 instants différents
Tout d'abord rappelons que contrairement à une idée reçue, ce n'est pas le moteur qui fait voler un avion mais son aile, qui génère de la portance.
Résumons : le vent relatif créé par le moteur et le vent de face passe sur l'extrados de l'aile et sur son intrados. Il en résulte une dépression sur l'extrados et une surpression sur l'intrados,en vertu du principe de Bernoulli, qui montre que la vitesse du fluide (l'air) augmente lorsque la pression exercée sur le fluide diminue.
L'addition de la surpression et de la dépression donne alors une force appelée portance qui aspire l'aile et donc l'avion vers le haut.
Mais d'autres forces s'exercent sur l'aile. La plus connue est la traînée, l'aile est en effet un obstacle pour l'air et elle le freine car elle s'oppose au déplacement de l'air. Cette force est représentée par un vecteur parallèle au vent relatif et partant de l'aile.
On a donc 2 forces, la portance, perpendiculaire à l'aile donc au vent relatif, et la traînée. L'addition de ces 2 forces est appellée résultante aérodynamique. La résultante aérodynamique est donc décomposée en 2 forces, portance et traînée, et est appliquée au centre de poussée qui se déplace lorsque l'incidence varie.
Pour des raisons de notation, on nomme Rz, la portance et Rx la traînée.
R= masse volumique de l'air
S = surface de l'aile
V = vitesse de l'air
Mais une aile n'est pas toujours parallèle au vent relatif, en effet pour effectuer des changements d'altitude, l'avion pivote autour de son axe de tangage et l'aile n'est alors plus dans les mêmes conditions de portance. On parle alors d'incidence pour exprimer l'importance du piqué ou du cabré. L'incidence étant l'angle formé entre la corde de l'aile et la trajectoire du vent relatif.
Le décrochage est un phénomène assez simple à comprendre mais néanmoins très dangereux, surtout à basse altitude. C'est d'ailleurs pourquoi même les pilotes privés sont entraînés à récupérer l'avion dans une telle situation.
Le décrochage est une perte brutale de portance due le plus souvent à une incidence trop élevée ou alors une vitesse trop basse ( ce qui revient donc à la même chose ). De deux choses l'une, soit l'avion ne pique pas et continue à voler droit mais en s'enfonçant dans le plan(ce qui est vicieux car on ne le sent pas immédiatement, mais cela permet d'obtenir une trajectoire d'atterrissage agréable au passager...) mais le plus souvent l'avion décroche, les commandes n'ont plus d'efficacité et l'avion prend une assiette à piqué assez importante.
Mais plus intéressant, voyons ce qui se passe au niveau du profil lorsque l'avion décroche :
On voit
donc que les filets d'air, deviennent turbulents à partir d'un point de
décollement pour l'incidence de décrochage. Ce décollement
détruit la zone génératrice de surpression et l'absence
de portance entraîne par conséquent le décrochage. La traînée
augmente alors, ce qui aggrave encore le phénomène. Mais pour
mieux comprendre pourquoi les filets d'air se décollent, il faut aborder
la notion de couche limite.
Les
molécules d'air se déplacent le long de l'aile et sont de ce fait
freinées près de l'extrados. Cependant, plus les molécules
sont éloignées de la paroi ailaire, moins elles sont freinées
jusqu'à retrouver 100% de leur vitesse initiale. On appelle couche limite
l'épaisseur de l'air pour laquelle la vitesse est inférieure à
100%
Ce phénomène en induit un autre appelé décollement.
Bien
qu'il soit freiné, l'air a toujours une vitesse propre dans le sens initial.
Mais dans des situations particulières, ces molécules d'air peuvent à un tel point être freinées, qu'elles sont alors totalement arrêtées. Ce point particulier est alors appelé point de décollement.
Au-delà du point de décollement, le phénomène 
continue
et les filets d'air sont alors "à la recul", ils ont alors
une vitesse inverse de leurs voisins du dessus.
La conséquence principale est alors que les filets d'air changent de nature.
Il existe 3 types d'écoulements différents :
L'écoulement laminaire : c'est le plus simple des 3, les filets d'airs circulent en ligne droite le plus souvent mais peuvent également être freinés.
L'écoulement turbulent : les filets d'air sont très instables et il est difficile de définir leurs parcours. Ce phénomène apparaît après le point de décollement et rend l'aile très difficile à contrôler et aboutit ensuite, si le phénomène est prolongé, au décrochage car cet écoulement turbulent est l'ennemi de la portance
L'écoulement tourbillonnaire : c'est le pire des 3, il est totalement anarchique; on le retrouve sur les saumons d'ailes des gros porteurs.
Retour à Profil