Comment l`avion vole-t

Comment l’avion vole-t-il ?
Introduction
Les éléments de base d’un avion
L’aile : C’est l’element de base de tout avion. L’aile a un profil et une forme particuliere qui permettent à l’avion de
voler.
Le fuselage : Le fuselage comprend trois parties : le poste de pilotage, les cabines pour les passagers et la soute à
bagages. C’est sur ce fuselage que les autres parties de l’avion viennent se fixer.
L’empennage : C’est une partie située à l’arriere de l’appareil qui se compose de deux sous-ensembles : l’empennage
vertical,appelé dérive, et l’empennage horizontal appelé stabilisateur. Ces différentes parties servent à stabiliser
l’appareil. Les gouvernes de direction et de profondeur y sont rattachées.
L’aile
La structure
la structure de l’aile d’un avion permet de créer un volume de forme particulière avec un minimum de matière. Ce
qui permet à l’aile d’avoir une masse relativement faible par rapport à son volume, celui-ci étant principalement
constitué d’air. Néanmoins la structure est étudiée pour garantir une solidité à toute épreuve. L’aile est constitué
d’élements qui ont tous un rôle bien précis :
-la nervure qui est le composant dont la forme très spécifique donne le profil de l’aile. Sa solidité dépend des
contraintes mécaniques auxquelles elle sera soumise. La fixation de l’aile au fuselage se fait au niveau de la nervure
d’emplature.( l’emplature est l’endroit où se raccordent les deux demie-ailes).
-le longeron est un élément de structure courant sur toute l’envergure de l’aile et qui confère à cette
dernière un résistance à la flexion. Les nervures sont assemblées à un ou plusieurs longerons. Cet élement est
considéré comme la pièce maitresse de l’aile.
L’aile est ensuite recouverte d’aluminium ou bien de diverses matières composites.
La forme d’une aile
Les ailes d’un avion peuvent avoir différentes formes, possédant chacune des propriétés spécifiques à un type
d’appareil bien précis. On en dénombre deux :
-droite : ces ailes courtes et droites permettent, à vitesse moyenne, une bonne portance et une faible
traînée. La propulsion pour le type d’avion possédant ce genre d’aile se fait par une hélice ou par un réacteur.
-en flèche : les ailes obliques ( ou en flèche) réduisent la traînée à grande vitesse. La portance s’en trouve
aussi réduite ce qui demande donc une vitesse de décollage et d’atterisage plus élevées.
Les capacités d’une aile dépendent aussi de son profil. Il exise trois types de profils :
-le profil plat a une forte courbure à l’extrados et un intrados quasiment plat. Ce type de profil est utilisésur
des appareils stables et au vol lent.
-le profil biconvexe présente deux courbures : l’une à l’extrados et l’une à l’intrados. Cette caractéristique
permet à l’avion une bonne qualité de vol dur le dos. Le profil biconvexe peut être symétirque ou asymétrique, c'est-
à-dire que les deux courbures peuvent être plus ou moins prononcées. Asymétrique lorsque la courbure à l’intrados
est moins prononcée que celle de l’extrados et symétrique lorsque les deux courbures sont semblables.
- le profil creux présente un légère concavitéà l’arrière de l’intrados. Il est généralement utilisésur les gros
planeurs car il génère beaucoup de portance et peu de traînée. Ce profil permet d’accroître la finesse de l’appareil.(
la finesse détermine l’aptitude à planer d’un appareil).
D’une manière générale, les profils les plus fins sont utilisés pour les planeurs car ils ont une finesse élevée ( ils
génèrent beaucoup de portance et peu de traînée). Les profils plus épais caractérisent les gros avions, avions qui
peuvent se passer d’une partie de la portance du fait de leur motorisation.
Les critères de vol
Nous avons monté précédemment l’influence de la forme des ailes sur le vol d’un appareil. Néanmoins d’autres
critères primordiales entrent aussi en jeux :
Allongement
A partir d’une même envergure ( distance correspondant à la longueur entre les deux extrémités d’une aile) un aile
peut se présenter différemment. Un élement déterminant sur le vol d’un avion est le rapport entre l’envergure au
carré sur la surface d’une aile.
ALLONGEMENT=ENVERGURE²/SURFACE DE L’AILE
Plus l’allongement est élevé plus l’aile sera performante en matière de plané, par contre l’aile sera moins
manoeuvrable. Augmenter l’aalongement permet aussi de réduire les tourbillons( rencontre entre l’air en supression
et l’air en dépression) qui pertubent la portance au niveau des saumons. La valeur de l’allongement varie entre 3 et 8
pour un avion et entre 8 et 30 pour un planeur.
Effilement
C’est le rapport entre la corde au saumon ( distance entre le bord d’attaque et le bord de fuite au niveau du saumon)
et la corde à l’emplature. Par exemple une aile rectangulaire a un effilement de 1. L’effilement conditionne la
stabilité d’un appareil sur son axe de roulis.
L’aile fait voler l’avion
Les différentes forces
L’avion en vol est soumis à différentes forces. On en caractérise quatre :
-la traction qui est la force exercée par la motorisation d’un appareil. Cette force permet à l’avion d’acquérir
une vitesse suffisante pour le décollage et la prise d’attitude.
-la portance qui est la
force perpendiculaire à la
direction de la vitesse résultant
du mouvement de l’appareil
dans l’air. La sustentation ( le
phénomène qui permet à l’avion
de se maintenir dans l’air ) est
assurée par la la portance qui
engendre le mouvement de l’air autour des ailes.
-le poid est la force qui s’exerce sur un corps (l’avion dans notre cas) soumit à la gravitation terrestre. Pour
trouver cette force on multiplie la masse en Kg par 9,81 N/m. c’est la force qui s’oppose à la portance.
-la trainée est la force résultant des frottements de l’air sur l’appareil. Elle s’oppose à la force de traction
qu’exerce le moteur sur l’avion.
Lorsqu’un avion est à l’arrêt au sol ou bien dans les airs à sa vitesse de croisière les forces exercées sur l’avion se
compensent mutuellement. Et ce d’après la loi de Newton. Au contraire lors du décollage et de la prise d’altitude la
traction est plus importante que la trainée. C’est ce qui permet à l’avion de décoller ou de s’élever.
La loi de bernoulli
Pour comprendre comment l’avion vole il est nécessaire d’évoquer la loi de Bernoulli. Cette loi peu de façon
simplifiée s’exprimée en des termes extrèment compréhensible :
Plus l’air est accéléré plus sa pression statique diminue. Ce qui qui crée donc un phénomène de dépression.
Une expérience très simple permet de d’illustrer la loi bernoulli. Il suffit en effet d’utiliser deux feuilles de papier. En
soufflant entre ces deux feuilles on va accélérer l’air entre les deux feuilles et faire donc diminuer la pression
statique. En conséquence la pression
amosphérique de l’exterieur va pousser les feuilles
l’une vers l’autre. Cet effet de dépression est
connu sous le nom d’effet Venturi.
Pour ce qui concerne l’aile de l’avion le
phénomène est le même. En effet l’air arrive
contre le bord d’attaque et se sépare en deux
courant. L’un suit l’intrados ( surface inférieur) et
l’autre suit l’extrados (surface supérieur). Sur
l’extrados le flux d’air est étranglé et circule donc
beaucoup plus vite que sur l’intrados, il se crée
donc une dépression qui aspire l’aile. Cette force
est 4 à 5 fois plus importante que la force exercée sous l’aile.
sous l’aile résulte de la suppresion créée par le vent qui exerce une poussée sur l’intrados.
Cette force exercée
La résultante de ces force est appelée résultante aérodynamique. Elle peut se décomposer en une force parallèle au
vent relatif ( ou à la trajectoire) et une force perpendiculaire au vent relatif. On retrouve bien la traînée et la
portance évoquées plus haut.
Le problème des turbulences
Pour que le système qui fait « voler les ailes » fonctionne correctement il faut s’assurer que le courant d’air épouse
bien la forme de l’aile. On cherche donc à maintenir un écoulement laminaire, dans lequel les lignes de courant ne se
mélangent pas. Toutefois lorsque l’air de l’intrados et de l’extrados se rejoignent des turbulences se créent et
peuvent retarder le décollage des avion suivants. On n’attend en effet que l’air se calme avant de lancer un nouvel
avion sur la piste.
Sources
- « pourquoi les avions volent-ils » par J-B TOUCHARD, édition Le Pommier
- peuravion.com =ongle « vaincre sa peur »
- « peur de la descente et de l’atterissage par ERIC ADAMS » par auféminin sur YouTube
- marcel.dejeu.free.fr
- Le Grand Larousse 2014