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Intéressons-nous maintenant plus particulièrement aux avions.

Comment volent les avions ?

Icare l'a rêvé, Léonard de Vinci l'a dessiné, les frères Wright l'ont inventé...

rrrrrrrrrrAvion vient du mot latin avis qui signifie les oiseaux. Ce n 'est qu'en 1863 que Gabriel de la Landelle l'utilise pour la première fois. Ce mot est repris par Clément Ader en 1875, ce n'est que par la suite qu ' il le dépose en brevet pour son prototype baptisé Éole. Le 9 octobre 1890, Ader réussi à décoller avec son appareil et réussi ainsi un bon de 5,20 mètres. Depuis ce temps les avions ont bien changé.

Quand un avion est en l'air, tout comme les osieaux, quatre forces agissent sur lui.

Il y a les forces dites négatives :

rrrrrrrrrr- 1) le poids

rrrrrrrrrr- 2) la traînée

Et les forces positives :

rrrrrrrrrr- 3) la poussée ou action du moteur

rrrrrrrrrr- 4) la portance

Illustration extraite de www.dassault-aviation.com

 

1) Le poids est une force dirigée vers le centre de la terre, sa formule est simple :

P=mg

Avec : -P le poids en N (Newton)

-m la masse de l'objet en kg

-g la valeur de la gravité, ici sur terre elle est égale à 9.8 N

2) La traînée est le frein qui s'oppose au déplacement :

Rx= (1/2) Rho S V² Cx

Avec : - S : la surface projeté sur x pour la traînée
- V la vitesse relative à l'axe (x pour la traînée)

- Rho : masse spécifique de l'air

- Cx : Les coefficients de résistance a l'air relatifs à l'axe x et dont la valeur est lié à l'incidence, au profil et l'état de la surface.

Ci-dessous, un tableau des différents coefficients de résistance à l'air :

http://site.eole.free.fr/Aerodynamique/pointu.html

3) La poussée ou action du moteur :

rrrrrrrrrrEn fait, la poussée est le résultat de la conversion de l'énergie thermique prenant naissance dans la chambre de combustion du moteur et se transformant en énergie cinétique lors du trajet du flux de gaz tout au long de la tuyère (une tuyère est un conduit de section variable, placé à la sortie d'un propulseur et qui sert à transformer en énergie cinétique l'énergie des gaz de combustions).

Thermiquement parlant, la poussée dépend des conditions de pression et de température au foyer du moteur.

La relation donnant la valeur de la force de poussée est la suivante :

 

F = v e . q m + A 1 .( P 1 - P a )

 

Dans laquelle :

-F , poussée en newtons (N)

-v e , vitesse d'éjection des gaz en m/s

-q m , débit massique en kg/s

-A 1 , aire de la section de sortie de la tuyère en mètres carré

-P 1 , pression à la sortie de la tuyère en Pa

-P a , pression ambiante ou pression à l'extérieur en Pa

4) La portance :

Rz= (1/2) Rho S V² Cz

 

Dans cette formule on a :
- S : la surface projeté sur z pour la portance

- V la vitesse relative à l'axe (z pour la portance)

- Rho : masse spécifique de l'air

- Cz : Les coefficient de résistance à l'air(voir tableau plus haut) relatifs à l'axe z et dont la valeur est lié à l'incidence, au profil et l'état de la surface.

http://site.eole.free.fr/Aerodynamique/pointu.html

 

Nous venons de voir comment un avion pouvait voler, mais comment fait-il pour décoller ?

Lorsqu'un avion veut décoller il accélère sa course sur la piste, mais à quoi sert cette parade ?

 

rrrrrrrrrrTout d'abord il faut savoir qu'un avion décolle grâce a la portance que génèrent ses ailes. Cette portance est dût, nous l'avons vu plus haut, à la forme de ses ailes au quelle , on peut y calculer un coefficient.

Cela ne suffit pas car il suffirait de changer la vitesse pour en modifier ainsi le désavantage créé par
l'aile.

La forme de l'aile, bombée vers l'avant et filée à l'arrière, provoque une dépression au dessus de l'aile se qui attire l'aile vers le haut.

Pourquoi ce forme-t-il une dépression à cette endroit ?

rrrrrrrrrrLe bord d'attaque, le côté qui fend l'air, sépare l'air en deux. Une partie est envoyé au-dessous de l'aile et l'autre partie au-dessus. Cette dernière doit parcourir plus de chemin que la partie envoyée au-dessous de l'aile ou intrados, car l'aile est bombée au-dessus ou extrados. L'aire parcourant plus de chemin et arrivant théoriquement au même moment de l'autre côté de l'aile ou également appelé bord de fuite, l'air a donc accéléré sur l'extrados. Cette accélération de l'air aspire l'aille vers le haut.

Anatomie de l'aile :

 L'aile constitue la voilure de l'avion. Communément les ailes sont appelés plans ou profils, on parle généralement d'avions biplans ou monoplans. Dans les monoplans on distingue :

rrrrrrrrrr-l'avion à ailes basses, dont les ailes sont situé au niveau du plancher.

rrrrrrrrrr-l'avion à ailes hautes, dont les ailes sont situé au-dessus de l'habitacle.

 

Une aile est constituée d'un longeron(sur une voilure d'avion, c'est une poutre qui part de l'emplanture de l'aile et qui va jusqu'à son extrémité transmettant au fuselage les charges aérodynamiques qui s'appliquent sur la voilure) et de nervures en bois ou en métal.

Les réservoirs d'essence sont logés dans les ailes.
La jonction de l'aile avec le fuselage est appelé emplanture.

La partie avant d'une aile est appelé bord d'attaque, la partie arrière le bord de fuite. Sur le bord de fuite sont articulées des surfaces mobiles orientables :

rrrrrrrrrr-les ailerons, aux extrémité de l'aile.

rrrrrrrrrr-les volets hypersustentateurs ou flaps, près de l'emplanture.

Les volets hypersustentateurs modifient la cambrure du profil et permettent de garder une portance constante malgré une baisse de vitesse au décollage comme à l'atterrissage.

Il arrive parfois que l'air se décolle de l'extrados on appèle cette situation le décrochage. Ce décrochage provoque une perte de portance. Le danger est que l'avion s'enfonce, il plonge du nez et cela entraîne une baisse d'altitude et lors de l'atterrissage cela peut être fatal.

Plusieurs indices permettent de détecter l'approche du décrochage :

rrrrrrrrrr-les commandes deviennent molles et elles sont moins efficaces.

rrrrrrrrrr-l'avion vibre.

 

Profil d'une aile extrait de www.volez.net/volume1/

Pour maintenir un avion en l'air, les ailes seules ne suffisent pas. La queue de l'avion ou l'empennage sert à maintenir l'avion et à l'empêcher de pivoter sur son centre de gravité. Il existe deux types d'empennage :

rrrrrrrrrr-l'empennage en T

rrrrrrrrrr-l'empennage en V

 

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Illustrations d'empennages en T (à gauche) et en V (à droite) extraites de http://www.volez.net/volume1/chapitre1/1.1.html

 

rrrrrrrrrrAvec un empennage en V , le plan incliné assure les fonctions de gouvernes de profondeur et de direction. C'est à dire toutes les fonctions qui permettent au pilote de se diriger sans à avoir besoin de forcer sur les commandes de l'appareil.

Avec un empennage en T , le pilote doit exercé une pression assez forte pour contrôler son appareil.

La partie verticale de l'empennage comporte :

rrrrrrrrrr-un plan fixe appelé dérive.

rrrrrrrrrr-un plan mobile, derrière la dérive, appelé gouvernail de direction.

La partie horizontale comporte :

rrrrrrrrrr-un plan fixe appelé stabilisateur.

rrrrrrrrrr-un plan mobile articulé à l'arrière du stabilisateur, le gouvernail de profondeur.