L'aérodynamisme de l'avion

L'aérodynamique est l'étude du mouvement relatif d'un solide par rapport à l'air, son écoulement autour de l'objet. On distingue trois formes d'écoulement d'air différent:

  • L'écoulement laminaire: les couches de fluides glissent les unes sur les autres sans échanges de particules entre elles. Les filets d'air suivent un mouvement rectiligne et sont parallèles.

 

Ecoulement laminaire

  •  L'écoulement turbulent: les filets d'air ne suivent plus une trajectoire rectiligne mais en forme de "vague", mais ils restent parallèles.

 

Ecoulement turbulent

  • L'écoulement tourbillonaire: les particules d'air se mélangent et ne suivent ni une trajectoire rectiligne ni parallèle.

 

Ecoulement tourbillonaire

Pour obtenir peu de résistance à l'air, il faut donc que l'écoulement soit le plus laminaire possible. Observons l'écoulement de l'air sur différents objets:

  • Ecoulement de l'air sur une surface plane: à l'approche de l'objet, l'écoulement est laminaire, lors de son arrivée sur l'objet, l'écoulement est turbulent, et derrière la plaque, il est tourbillonnaire. Il se crée donc une dépression derrière la plaque qui va l'aspirer. C'est cette dépression que l'on qualifie de résistance à l'air.

 

Ecoulement autour d'une plaque

  • Ecoulement de l'air sur une sphère: l'écoulement se fait plus facilement sur la surface de l'objet, mais il subsiste tout de même une légère dépression à l'arrière de la sphère.

 

Ecoulement autour d'une sphère

  •  Ecoulement de l'air sur un objet en forme biseautée: la résistance à l'air est encore plus faible que la sphère.

  

Ecoulement autour d'un objet en forme biseauté

On peut écrire la résistance à l'air d'un solide à l'aide de cette équation:

R = K . ρ . V2 . S

K= coefficient de la forme et de la surface du solide, sans unité.

ρ= masse volumique de l'air en Kg m-3

V= vitesse des particules d'air en m s-1

S= surface du solide en m2

 

Plusieurs possibilités sont donc étudiés afin d'optimiser l'aérodynamisme de l'avion, notamment la réduction de la traînée.

La traînée, force de frottements vue auparavant et composée de trois traînées, s'oppose au mouvement et le ralentit. Il est donc important de réduire la traînée, notamment la traînée parasitaire qui est la plus conséquente.

La traînée parasitaire est engendrée par plusieurs phénomènes comme le phénomène de couche limite. La couche limite est la couche d'air visqueuse adhérant aux parois de l'avion, elle freine l'écoulement de l'air. Il faudrait donc modifier cet écoulement afin qu'il reste le plus régulier possible pour éviter les tourbillons et ainsi réduire la traînée. Les techniques consistant à aspirer cette couche limite sont complexes, mais des appareils ont été mis au point. Ils sont disposés au bout des ailes et permettent d'améliorer l'état de leurs surfaces et le décollement de la couche limite. Pour réduire encore plus la traînée parasitaire, des recherches sont également effectuées sur les frottements turbulents. Certaines parois sont dotées de nouveaux revêtements pour optimiser l'écoulement de l'air. Mais ces nouveaux matériaux présentent tout de même des difficultés comme la durabilité et la résistance.

La traînée induite, liée à la portance, est aussi très étudiée. Pour la diminuer, deux solutions ont été proposées. La première est d'augmenter l'envergure des ailes, mais des contraintes mécaniques et aéroportuaires, limitent l'exploitation de cette solution. La deuxième est d'installer des dispositifs, appelés "winglet", au bout des ailes afin de diminuer les tourbillons:

 

Bout d'une aile sans dispositif

  

Bout d'une aile avec dispositif

Bout d'aile avec dispositif

Quant à la traînée d'onde, elle peut être réduite par une optimisation des formes. Plusieurs prototypes sont donc à l'étude, notamment la forme d'une seule aile delta.

 

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