Comment l'avion vole-t-il ?

Avion : c'est un aéronef (tout appareil volant), plus lourd que l'air, entraîné par un moteur.

Profil de l'aile, vocabulaire de base

Bord d'attaque : devant de l'aile.

Bord de fuite : arrière de l'aile.

Extrados : dessus de l'aile.

Intrados : dessous de l'aile.

Corde de profil : ligne joignant le bord d’attaque au bord de fuite.

Surface alaire : surface totale de la voilure, y compris celle qui traverse le fuselage.

Angle d'incidence : angle compris entre la corde de profil de l'aile et la trajectoire de l'appareil.

Les forces aérodynamiques

Pour qu'un avion puisse voler, il faut un profil d'aile particulier. L'aile doit être asymétrique, et non-symétrique. C'est très simple, sur une aile asymétrique l'extrados est plus bombé, donc plus long que l'intrados. On sait également que le vent relatif arrivant face à l'aile, passe par-dessus et dessous de l'aile, et arrive au même moment au bord de fuite. Cela veut dire que l'air qui est passé à l'extrados a été accéléré, car si l'extrados est plus long que l'intrados et que le vent relatif arrive au même moment au bord de fuite, cela veut dire que l'air passant par l'extrados à forcement été accéléré. Or, on sait que si un fluide comme l'air est accéléré, une dépression se créer (l'effet Venturi), et c'est cette dernière qui génère 75 % de la portance, qui est la force qui permet à l'avion de s'élever, son unité étant le Newton(n).

Ce schéma montre que la portance, la force qui lève l'avion est générée par 75 % de la dépression sur l'extrados et seulement 25% par la surpression à l'intrados.

Ainsi lorsque l'aéronef se déplace, l'air s'accumule sur, et sous les ailes et provoque une poussée des ailes vers le haut dû à la surpression à l'intrados et à la dépression à l'extrados. La force ainsi générée par l'écoulement de l'air autour du profil d'aile s'appelle la résultante aérodynamique (r). La résultante aérodynamique pousse l'aile vers le haut et vers l'arrière en même temps. On peut donc la décomposer en 2 forces :

la portance qui est la force qui permet à l'avion de se lever, son unité le Newton.

Et la trainée qui est la force qui pousse l'avion vers l'arrière, son unité est également le Newton.

ρ est la masse volumique de l'air, S la surface alaire, V la vitesse de l'aéronef, Cz et Cx des coefficients caractéristiques du profil de l’aile.

Lorsqu'un avion se déplace, quatre forces s'exercent comme le montre le schéma : la traction, le poids, la traînée et la portance. Chaque force a son opposé : l'opposée de la traction est la traînée, l'opposée de la portance est le poids. Une action provoque une réaction. Pour qu'un avion vole en pallier, c'est-à-dire en ligne droite la portance et le poids doivent être égaux.

Dans les avions de chasse, la traction est la force développée par la poussée des tuyères qui le tirent vers l'avant. La vitesse, nécessaire à la portance, est assurée par le moteur, c'est la traction.

La traînée est due aux frottements de l'air sur la surface de l'aile de l'avion et augmente avec l'incidence et le carré de la vitesse, tout comme la portance.

Le poids est la force qui résulte de la masse de l’avion soumise à la gravité terrestre. Il est exprimé par la relation P=M x g, P est le poids en Newton(N), M la masse en kg, g la gravité, sur Terre égale à 9.81kg/N.

Le décrochage

Le décrochage est la conséquence d'un manque de portance et d'une

incidence importante. La portance est la force primordiale pour qu'un avion

puisse voler. On peut apercevoir sur ce graphique que Cz ( coefficient de

pénétration dans l'air) connaît un maximum pour une incidence donnée.

Lorsque ce maximum est dépassé et que l'incidence augmente encore,

le CZ décroit : la portance chute. Elle n'arrive plus à contrer le

poids, l'avion décroche et tombe en chute libre. La

force qui lève l'avion n'existe plus.

Cette situation arrive par exemple lorsque la vitesse diminue en dessous d'une certaine limite. Le pilote doit, pour maintenir la portance constante, compenser la diminution de vitesse en augmentant l'incidence.

Lorsque l'incidence a dépassé l'incidence de portance maximale, la portance ne compense plus le poids de l'avion : c'est le décrochage.

La valeur de l'incidence étant importante juste avant le décrochage, l'écoulement est tourbillonnaire au bord de fuite des ailes. La gouverne de profondeur (partie mobile horizontale à l'arrière de l'appareil) peut se trouver dans un air turbulent et des vibrations se font alors sentir dans les commandes. Ces vibrations sont l'un des avertisseurs de l'approche du décrochage. Il existe également un indicateur sonore, obligatoire, qui indique lorsque l'avion décroche.

Les gestes qui sauvent

Pour se sortir d'un décrochage, il faut retrouver une portance qui compense efficacement le poids de l'avion. On agira sur la vitesse et l'incidence. Comme lors d'un décrochage, l'incidence est importante et la vitesse est faible, il faut faire les gestes inverses, c'est-à-dire augmenter rapidement la puissance au maximum et diminuer l'incidence, ainsi l'avion retrouvera une portance qui équilibrera le poids. Un décrochage en altitude de croisière ne provoque rien de dangereux car il y a une marge importante de manœuvre et ainsi le pilote peut agir rapidement. Le cas le plus dangereux concerne les pilotes de chasse effectuant des tours de voltige à basse altitude, mais aussi (dans des cas plus rares, à l'atterrissage ou au décollage) car ils ne disposent que d'une petite marge de manœuvre à proximité du sol.