TPE Aeronautique
Comment la forme de l’aile affecte t-elle les caractéristiques aérodynamique d’un avion ?
Thème : Avancées scientifiques et réalisations techniques.
Differents types d'ailes sont à la disposition des fabricants d'avions. En fonction de l'utilisation qu'aura le client de l'avion, le fabricant modifie le profil de l'aile pour varier les forces qui s'exercent sur les ailes.
Pour le profil biconvexe symétrique (intrados et extrados convexes), on observe une ligne moyenne rectiligne. En revanche, les profils biconvexes dissymétriques (extrados convexe mais intrados concave), on observe une ligne moyenne courbée seulement d'un coté.
Le profil autostable, quant à lui, possède deux courbures.
En fonction de l'usage que l'on a de l'avion, le profil d'aile est différent car c'est le profil qui fait varier les paramètres de traînée ainsi que ceux de portance. Les avions de tourisme, les planeurs, les pales d'hélicoptères, ainsi que les empennages arrières de tous les types d'avions ont de préférence des profils biconvexes (symétriques et dissymétriques). Les avions légers ainsi que les hélices de moteur optent plutôt pour des plan-convexes alors que les planeurs lents utilisent des profils creux avec une grande portance. Les ailes volantes possèdent un profil autostable.
Mirage 2000 avec aile de forme delta
Différents modèles de flaps
Il existe différentes formes d'ailes conçues en fonctions de l'usage.
- L'aile rectangulaire est la plus facile à fabriquer et donc la moins coûteuse. Elle permet de construire des avions faciles à piloter. En revanche, cette aile ne permet pas d'atteindre de grandes vitesses ce qui explique pourquoi son utilisation est réservée aux avions de tourismes.
- L'aile trapézoidale permet une finesse accrue en augmentant son allongement par rapport aux autres ailes. Cette aile réduit la trainée grace à un écoulement de l'air autour de l'aile.
- L'aile delta, qui porte son nom de la lettre majuscule grecque Δ, est utilisée sur des avions volant à des vitesses de croisières supersoniques. Ceci explique son utilisation pricipalement sur les avions de chasses militaires.
- L'aile elliptique est un modèle qui permet de diminuer la trainée aérodynamique. Cette forme d'aile est très couteuse donc peu utilisée. Cette aile avec sa force de poussée uniforme augmente le risque de décrochage à faible vitesse.
L'aile est conçue pour la partie du vol ou l'avion est en croisière. Son profil est donc adapté à la vitesse à laquelle l'avion volera pendant la plus longue partie du vol. Au cours de cette phase de vol, l'avion ne nécessite pas une grande portance car il serait nécessaire pour celui ci de posséder une aile plus grande, ce qui augmenterait la trainée et donc la consommation de carburant. En revanche, l'avion doit conserver une grande portance au cours des phases de décollage et d'atterissage du fait de la faible vitesse de l'avion pendant ces phases. De ce fait, la grande majorité des avions possèdent ce que l'on appelle des "hypersustentateurs" ou "Flaps". Ce sont, soit des volets mobiles qui se situent au niveau des bords de fuites, soit des becs qui se situent au niveau des bords d'attaque.
Ces installations permettent à l'avion de conserver son altitude tout en réduisant sa vitesse pour l'approche finale ou pour pouvoir décoller plus rapidement sur des pistes plus courtes.
Le fonctionnement des flaps est un sujet très intéressant qui ne sera malheureusement pas plus étudié dans ce TPE.
Flaps double slotted de bord de fuite sur un Boeing 747-400