Catégorie: Comment fonctionne le vol
Pourquoi un avion vole-t-il ? Portance des ailes et décrochage
En bref
Un avion vole parce que ses ailes dévient vers le bas l’air qu’elles traversent. Pousser l’air vers le bas crée une poussée égale vers le haut, appelée portance. Le même écoulement laisse une pression plus basse au-dessus de l’aile et plus haute en dessous.
La portance : un seul écoulement, deux descriptions
La portance est la force qui maintient un avion en l’air face à son poids. Une aile la produit en déviant l’air qui passe autour d’elle, et ses deux faces contribuent à infléchir l’écoulement vers le bas. Pousser l’air vers le bas pousse l’aile vers le haut : c’est l’action et la réaction, comme dans la troisième loi de Newton.
Le même écoulement présente une pression plus basse au-dessus de l’aile et plus haute en dessous, ce que le principe de Bernoulli relie à la vitesse de l’air. Ce ne sont pas des théories rivales. La NASA juge les deux descriptions correctes, et la FAA indique que les deux sont à l’œuvre chaque fois qu’une aile produit de la portance.
Essayez vous-même
Déplacez le curseur d’incidence et regardez la portance augmenter le long de la courbe jusqu’à l’incidence critique, où l’écoulement se décolle et la portance chute.
Deux idées reçues sur la portance
L’idée des temps de parcours égaux veut que l’air qui passe sur le dessus de l’aile, plus long, accélère pour rejoindre au bord arrière l’air passé en dessous. C’est faux : l’air du dessus va encore plus vite et atteint le bord arrière en premier. Cette idée n’explique pas non plus les ailes plates des avions en papier ni le vol sur le dos.
Une autre idée reçue prétend que la science ne sait pas expliquer le vol. Les détails sont complexes, et les explications courtes les simplifient souvent à l’excès, mais les équations de l’écoulement de l’air décrivent la portance, et les ingénieurs s’en servent pour calculer la force qui s’exerce sur une aile.
L’incidence et le décrochage
L’incidence (ou angle d’attaque) est l’angle entre l’aile et l’air qui arrive sur elle. C’est le principal moyen dont dispose le pilote pour faire varier la portance, avec le volant ou le manche. Plus d’incidence donne plus de portance, jusqu’à l’incidence critique, d’environ 16° à 20° selon la conception. Au-delà, l’air se décolle du dessus de l’aile et la portance chute brutalement : c’est le décrochage. L’aile produit encore un peu de portance, mais pas assez pour soutenir l’avion.
Pourquoi la vitesse et le poids comptent
La portance augmente aussi très vite avec la vitesse : à vitesse air doublée, la même aile sous la même incidence produit quatre fois plus de portance. Un avion lent a donc besoin d’une incidence plus grande pour rester en palier, et un avion rapide d’une incidence plus faible. Le poids compte aussi, car la portance doit l’équilibrer.
Erreurs courantes et idées reçues
- Croire que Newton et Bernoulli sont des explications rivales. Les deux décrivent le même écoulement.
- Croire qu’une aile décrochée ne produit aucune portance. Elle en produit encore un peu, simplement pas assez.
- Croire que seul le dessus bombé de l’aile compte. Son angle par rapport à l’air compte tout autant.
Questions fréquentes
Comment un avion peut-il voler sur le dos ?
La portance n’exige pas un dessus bombé. Des ailes symétriques, et même les ailes plates des avions en papier, produisent de la portance parce qu’elles rencontrent l’air avec un angle. Sur le dos, le pilote tient l’aile sous un angle qui dévie encore l’air vers le sol, si bien que la poussée reste dirigée vers le haut.
Pourquoi un avion plus lourd a-t-il besoin de plus de vitesse ?
Un avion plus lourd a besoin de plus de portance. Le pilote peut augmenter l’incidence, mais seulement jusqu’à l’incidence critique, qui ne change pas avec le poids. Au-delà, seule une vitesse plus élevée donne plus de portance : un avion plus lourd décroche donc à une vitesse plus élevée.
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Commencer cette leçon: Vol lent
Une autre leçon sur ce sujet: Commandes et compensateur
Explications associées
Sources
Les sources liées sont en anglais.
- Qu’est-ce que la portance ? (NASA Glenn Research Center, Guide d’initiation à l’aéronautique)
- Bernoulli et Newton (NASA Glenn Research Center, Guide d’initiation à l’aéronautique)
- La théorie du temps de parcours égal (une théorie erronée de la portance) (NASA Glenn Research Center, Guide d’initiation à l’aéronautique)
- Effets de l’inclinaison sur la portance (NASA Glenn Research Center, Guide d’initiation à l’aéronautique)
- Manuel du pilote sur les connaissances aéronautiques (FAA-H-8083-25C), chapitres 4 et 5 (FAA)
- Manuel de pilotage des avions (FAA-H-8083-3C), chapitre 5 : vol lent et décrochages (FAA)
À propos de ces explications
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