3° Le profil de l'aile

 

Le profil de l'aile




Une aile se désigne par son profil, de ce profil découle la portance ( Cz ) et la traînée ( Cx ), mais également par sa finesse, le rapport entre les coefficients de portance et traînée.

On remarque le profil d'une aile est spécifique à l'application de l'avion ( de tourisme, de chasse, de ligne ou de transport ).

Les différents types de profils sont classés par familles suivants la forme générale qu'ils ont. On peut distinguer 6 familles.


  • Biconvexe symétrique: la ligne moyenne est rectiligne ( confondue avec la corde )

 

  • Biconvexe dissymétrique: la ligne moyenne est un simple courbure ( intrados et extrados convexes )

     

  • Plan convexe: la ligne moyenne est un simple courbure ( intrados plat et extrados convexe)

 

  • Creux: la ligne moyenne est une courbure ( intrados concave et extrados convexe )

 

  • Double courbure: la ligne moyenne est a double courbure

 

  • Supercritique:

 

prévue pour les vols à vitesse élevée ( - extrados relativement plat , intrados convexe, épaisseur relative variable )


Chaque type d'avion est spécialisé par l'épaisseur de son aile

Le profil d'un élément aérodynamique est le contour de cet élément dans un fluide en mouvement relatif. Dans le cas d'une aile d'avion,d'une pale d'hélice ou de rotor, le profil est le contour de la coupe transversale ou « section » qui est constante ou variable d'un bout à l'autre de l'élément.

De plus, les profils d'ailes destinés à produire une portance à des vitesses subsoniques ont généralement un bord d'attaque arrondi, une épaisseur maximale placée au tiers avant, et un bord de fuite fin sur l'arrière. La distance du bord d'attaque au bord de fuite s'appelle la corde.

Les Différents types d'écoulement:

Selon le profil et l'angle d'incidence d'une aile, on observera plusieurs types d'écoulement.

par exemple dans cette vidéo selon l'épaisseur de l'aile on peut voir différents types d'écoulements:

 

Par Exemple on peut observer sur cette exemple, des écoulements tourbillonaire après le décrochage de l'avion:

 

Les Problèmes liés au profil


Résistance et matériaux:


Selon le profil choisi, il correspondra des performances données en conséquences.

Or ces performances conditionnent la nature de l'aile : le profil du Concorde n'est pas fait pour être recouvert de toile comme sur un avion de tourisme. On l' a vu certains profils ont une forme en couteau pour les avions rapides, il devient évident, que ces profils seront recouvert de tôle. En effet la vitesse est la contrainte majeur des profils, la chaleur et la pression augmentant avec la vitesse. Mais ces problèmes de constructions sont liés à l'épaisseur relative ( épaisseur / corde ) , qui en plus elle est élevée, en plus l'aile est résistante surtout pour les calculs au niveau du longeron.

Mais le profil conditionne surtout un autre problème, celui du chargement embarqué, appelé centrage.

 

 

 

Le centrage:

Le centrage est un terme complexe désignant une notion assez simple, celle du chargement utilitaire d'un avion. En effet, le pilote ne peut pas emporter dans son appareil plus d'une charge dite maximale, au delà les performances de l'avion l'empêcherait de décoller...

Mais il ne suffit pas d'additionner les charges embarquées pour avoir la charge totale. Il faut utiliser un théorème de physique appelé théorème des moments. Il s'exprime de la façon suivante :

 

M= F x d

 

 

Avec F en Kg et d en m

Il faut donc connaître la valeur de d, pour cela le constructeur donne un point appelé foyer.

Le foyer est dans la théorie le point d'application des variations de portance. Et le calcul de centrage a pour but de donner la position du centre de gravité de l'avion qui doit au maximum et au minimum se trouver à des positions données du foyer sous peine d'instabilité dangereuse.

Or on obtient une valeur que l'on doit comparer avec ces limites. Or justement, ces limites sont directement en liaison avec les profils : elles sont fixées en pourcentage de la corde...



Le tourbillon de Prandtl:

 

 

Explication: Nous l'avons vu, il y a une différence de vitesse entre l'écoulement de l'air à l'extrados et l'écoulement à l'intrados. Or, les 2 écoulements se rejoignent au niveau des saumons d'ailes, ce qui entraîne alors un tourbillon marginal au niveau de l'aile. Mais ce tourbillon se mue plus loin en un vortex, car le rayon du tourbillon à augmenté. Ce tourbillon ne représente pas un danger pour l'avion qui le créé mais pour celui qui décolle ou suit immédiatement après. En effet, pour peu que l'avion soit plus léger, il pourra être pris dans le tourbillon et il passera en vol dos à quelques mètres du sol...

Cependant, ce n'est pas tant la dangerosité du phénomène qui a poussé les ingénieurs à trouver une solution, mais plutôt le fait que ce phénomène génère de la traînée et fait donc consommer plus de carburant tant en vol qu'à l'atterrissage.

Autre exemple dans cette vidéo, avec la formation de tourbillon à la fuite de l'objet:

Solution(s) :

Plusieurs solutions furent envisagées mais seulement une fut retenue et appliquée massivement à presque tous les avions de ligne.

Si vous avez dejà pris l'avion, vous avez sûrement remarqué en bout d'aile une petite protubérance verticale, surtout sur les avions de la famille airbus.

 

Ces petites protubérances sont la réponse des ingénieurs aux turbulences de sillage. Elles sont appelées winglets et bien que simple en apparence, elles se révèlent assez complexes. En effet, chaque winglet est fabriqué à partir d'un profil créé en soufflerie. Et ainsi certains avions ont des winglets à l'extrados et à l'intrados mais les profils de ces 2 winglets sont alors différents.

Ils ont pour effet de redresser les filets d'air tourbillonnaires et de limiter alors la turbulence, mais leur efficacité est discutée car elle est variable d'un avion à l'autre.

 

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