TPE Aeronautique
Comment la forme de l’aile affecte t-elle les caractéristiques aérodynamique d’un avion ?
Thème : Avancées scientifiques et réalisations techniques.
Mécanique du vol :
Lorsqu'un avion est en vol, quatre forces différentes sont appliquées sur lui. La poussé, la trainée, le poids et la portance.
Pour qu'il puisse voler, deux forces sont nécessaires : la portance et la poussée.
La portance est créée par les ailes tandis que la poussée est créée par le moteur.
Mais dans un avion il y a aussi deux autres forces qui sont plutôt négatives : la trainée qui est la résistance à l’air et qui empêche l’avion d’avancer et le poids qui attire l’avion vers le bas et l’empêche de décoller et de rester dans les airs.
La poussée : C'est une force horizontale qui est produite par les moteurs de l'avion. Elle permet de faire avancer l'avion.
La trainée : C'est une force horizontale opposée à la force de la poussée. C'est la résistance à l'air de l'avion. Plus l'appareil vole à une altitude élevée, moins cette force a de l'impact car l'air y est moins dense.
Le poids : C'est la force dans la direction inverse de la portance. Elle est créée par l’attraction terrestre et elle attire l’avion vers le sol. C'est une force gravitationnelle.
La portance : C'est une force créée par les ailes de l'avion lorsqu'une zone de basse pression est présente au dessus de l'aile alors qu'une zone de haute pression est présente en dessous de l'aile. Afin de pouvoir décoller, l’avion doit avoir une portance supérieure au poids. Puis dans les airs les deux forces doivent être égales afin que l’avion avance horizontalement. Cette portance est créée et modifiée par les ailes.
Formule de la portance :
Portance = Cz x P x S x (v²/2)
-Cz (sans unité): coefficient de portance, varie entre 0.2 et 0.7 pour avion de vol de croisière
- S en m²: la surface de l'aile
- v en m.s-1: la vitesse de l'avion
- P en KG/m3: la masse volumique du fluide traversé
-portance en N : portance avion
Exemples de Profils d'aile :
- Le profil biconvexe symétrique :
Il est particulier par la présence d’un intrados et d’un extrados convexes et symétriques. Ainsi, la ligne moyenne et la corde sont confondues. Par conséquent, la cambrure est nulle. À angle d’incidence de zéro °, ce profil n’est donc pas porteur.
- Le profil présentant un plan convexe :
Il s’agit d’un profil ayant un intrados relativement plat et un extrados courbé (convexe). Il est générateur d’une bonne portance due à la différence de forme entre l’intrados et l’extrados.
Une fois que la portance sera supérieure à la force du poids et la poussée supérieure à la traînée, alors l'avion pourra décoller et se diriger normalement.
Les flaps situés à l’arrière de l'aile permettent d'augmenter la portance de l'aile, en augmentant la surface de l'aile, dans les phases de décollage et d'atterrissage. Cela permet à l'avion de voler à la même altitude à une vitesse plus faible.
En revanche l’aile ne doit pas être orientée vers le haut (un angle d'attaque non nul) même si cela crée une meilleure portance car cela augmenterait la trainée et consommerait d’avantage de carburant. C’est pour cela que la forme de l’aile doit être idéale pour jouer entre les multiples forces.
Pour les définitions cliquez ici :