Allongement de l'aile


Précedemment
, nous avons défini l’allongement λ de l’aile. Il est possible de donner une définition plus générale de l’allongement, alors égale au rapport du carré de l’envergure sur la surface S de l’aile (figure 17)

λ = b2 /S

 

On note que cette définition est identique à celle disponible ici pour des ailes rectangulaires. En effet : λ = b/l =b2/b.l = b2 /S

En pratique, l’allongement peut varier de 2 à 3, pour les avions supersoniques (vitesses supérieures à celle du son), à environ 20 pour les planeurs.

 

 

Figure 17 – Envergure b et surface S de l’aile pour définir son allongement

 

 

Formation de la traînée induite

 

La portance est une force de sustentation sur l’ensemble de l’avion, avec comme origine une zone de dépression sur l’extrados et une zone de surpression sur l’intrados (voir ici). De ce fait, au cours du vol, à l’extrémité de chaque aile (saumon), la surpression de l’intrados aura tendance à venir combler la dépression de l’extrados (figures 18).

 

 

Figure 18 – Mouvements de rotation de l’air entre intrados et extrados

 

Comme l’avion avance, le mouvement de rotation s’associe au déplacement de l’avion et créé ainsi des tourbillons marginaux au bout de chaque aile. Ces tourbillons sont contrarotatifs – ils tournent en des sens inverses l’un de l’autre (figure 19) - et peuvent se faire ressentir jusqu’à assez loin derrière l’avion (photo 10)

 

 

Figure 19 – Tourbillons marginaux contrarotatifs

 

 

Photo 10 – Visualisation d’un tourbillon marginal

 

Cet écoulement est tel qu’il équivaut à une traînée : la traînée induite. Cette traînée induite RXi se calcule comme dans IV, donc de la manière suivante :

 

RXi = 1/2 ρ V2 S CXi

 

Une bonne approximation de Cxi qui est le coefficient de traînée induite, est : 

 

CXi = Cz2 / π λ

 

Où λ est l’allongement défini ici, et Cz est le coefficient de portance.

On observe donc que lorsque l’allongement augmente la traînée induite diminue. Les planeurs, dont l’allongement est important (environ 20), réduisent beaucoup cette traînée induite, ce qui est intéressant sur ce type d’avion dénué de moteur. En pratique, le coefficient de traînée CX + CXi est donc celui qui prend en compte la traînée due au profil de l’aile et la traînée induite.

La logique voudrait que l’on allonge les ailes le plus possible, mais avec des limites évidentes. Un ingénieur de la NASA mit au point en 1974 un système, appelé winglet, qui permet de réduire la traînée induite sans allonger davantage les ailes. La diminution de traînée, c’est aussi une diminution de la consommation de l’avion.

 

Le winglet : une solution

Le winglet permet de réduire sensiblement la traînée induite par la portance. Ce dispositif a la capacité de récupérer une partie des tourbillons marginaux. Il engendre une augmentation de l’allongement effectif de l’aile et une diminution de la traînée au profit de la portance. Le winglet est positionné obliquement à l’extrémité des ailes et légèrement incliné vers l’avant (Photo 11).

 

 

Photo 11 - Position du winglet au bout de l’aile