avion

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Présentation

avion, appareil de navigation aérienne plus lourd que l’air, propulsé par un moteur, et dont l’état d’équilibre (appelé sustentation) est assuré par des ailes (voir aérodynamique). Les autres types d’appareils plus lourds que l’air comprennent les planeurs, qui ne possèdent pas de moteur et les appareils à voilure tournante, tels que les hélicoptères. Voir aussi dirigeable ; ballon.

Tous les avions opèrent à partir d’une base terrestre, sauf l’avion embarqué, l’hydravion et l’avion amphibie. L’avion embarqué est conçu pour décoller ou atterrir sur un porte-avions ; sa queue est dotée d’un crochet qui s’accroche à un câble tendu en travers du pont lors de l’atterrissage. L’hydravion est muni de flotteurs qui remplacent les roues d’un avion classique ; le fuselage des gros hydravions s’assimile à la coque d’un bateau, leur permettant ainsi de flotter. L’avion amphibie possède un train d’atterrissage et un train d’amerrissage, pour qu’il puisse opérer aussi bien sur le sol que sur l’eau.

Parmi toutes les catégories d’avions, on peut mentionner les appareils ADAV (Avion à décollage et atterrissage verticaux) et les appareils ADAC (Avion à décollage et atterrissage courts). L’avion ADAV peut décoller et atterrir à la verticale, grâce à la poussée verticale d’un moteur à réaction. L’appareil ADAC peut prendre son envol et se poser sur une piste de très faible longueur et atterrir suivant une pente très prononcée, se contentant de pistes courtes.

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Principes du vol

Lorsqu’un avion évolue dans l’atmosphère, il provoque une circulation d’air autour du plan de sustentation (ailes de l’avion). Il s’ensuit une différence de pression de l’air de part et d’autre de l’aile, la pression étant plus faible au-dessus du plan de sustentation (extrados) qu’en dessous (intrados) (voir principe de Bernoulli). Cette différence de pression est à l’origine de la portance, force perpendiculaire à la vitesse de l’avion, et dirigée vers le haut. Cette force dépend de la forme du plan de sustentation de l’appareil.

2.1

Portance

La portance, qui assure la sustentation de l’avion, est proportionnelle à la densité locale de l’air, à l’aire de la voilure (surface portante de l’avion), au carré de la vitesse de l’avion, et à un coefficient de portance. Ce coefficient, qui est la caractéristique principale d’un profil d’aile, est lui-même proportionnel à l’angle d’incidence, qui correspond à l’angle sous lequel le flux d’air rencontre le plan de sustentation. Ce dernier facteur de proportionnalité ne se vérifie que pour des incidences inférieures à une incidence limite, appelée incidence de décrochage. Au-delà, le flux d’air décolle, provoquant un écoulement tourbillonnaire sur l’extrados et par conséquent un abaissement progressif ou brutal de la portance. Voir mécanique des fluides.

Lorsqu’un avion vole à altitude et à vitesse constantes, son poids est équilibré par la portance. Si l’angle d’incidence augmente, tout en restant inférieur à l’incidence de décrochage, l’avion s’élèvera. Si l’angle d’incidence diminue, c’est-à-dire si l’aile s’incline vers le bas, l’avion perdra de la portance et commencera à descendre. De même, un avion prendra de l’altitude si on augmente sa vitesse et en perdra dans le cas inverse.

Lors d’un vol, le pilote est amené à modifier fréquemment la vitesse et l’angle d’incidence de son appareil. Ces deux paramètres doivent être sans cesse contrebalancés. Ainsi, si le pilote souhaite augmenter la vitesse de l’avion tout en gardant la même altitude, il devra réduire l’incidence afin de compenser le supplément de portance dû à l’accroissement de la vitesse de l’appareil.

Lorsque le pilote se prépare à atterrir, il fait perdre de l’altitude à son appareil et réduit sa vitesse. Cette diminution de la vitesse provoque une chute importante de portance, que le pilote compense en augmentant la surface de l’aile et son angle d’incidence. Pour cela, il déploie les volets de l’avion, qui sont des dispositifs hypersustentateurs escamotables, situés à l’arrière des ailes (bord de fuite), et qui augmentent le coefficient de portance à incidence constante. Ces volets sont normalement repliés pendant le vol en vitesse de croisière. Il existe également des dispositifs semblables à l’avant des ailes (bord d’attaque) : il s’agit des becs, que le pilote peut ouvrir lorsqu’il souhaite augmenter l’incidence de décrochage.

2.2

Traînée

La traînée représente la force engendrée par la résistance de l’air, qui tend à freiner le mouvement de l’avion dans l’atmosphère. Elle doit être équilibrée par la poussée du moteur et peut être réduite en profilant l’appareil. Définie de la même façon que la portance, elle est proportionnelle au coefficient de traînée qui dépend en grande partie de la forme géométrique de l’aile. Les concepteurs d’avions tentent de concevoir des appareils avec une finesse (rapport portance / traînée), aussi élevée que possible, mais se trouvent limités par des facteurs tels que la vitesse ou le poids de l’avion. De plus, lorsqu’un avion vole à vitesse supersonique, une traînée supplémentaire apparaît, due à une modification radicale de l’écoulement de l’air autour de l’aile, ce qui diminue considérablement la finesse.