avion

2.3

Mur du son

Le phénomène du mur du son se manifeste lorsqu’un avion atteint la vitesse du son (environ 1 220 km/h au niveau de la mer), appelée Mach 1. On dit alors que cet avion vole à vitesse supersonique (voir nombre de Mach). Au-delà de la vitesse du son, l’avion va plus vite que les ondes de pression créées par son propre mouvement. La distorsion de l’écoulement de l’air qui en résulte provoque la formation d’une onde de choc, qui modifie l’écoulement autour de l’aile et augmente la traînée de l’avion tout en diminuant sa portance. Cette onde de choc s’accompagne d’un « bang » sonore très important, qui atteint le sol avec une grande puissance, même si l’appareil vole à très haute altitude. En outre, le bruit du moteur des avions supersoniques est plus fort et plus aigu que celui des avions subsoniques. Les constructeurs de ce type d’appareils mènent des études pour tenter de réduire ces nuisances sonores. Le passage du mur du son s’accompagne également d’effets thermiques : le frottement intense de l’air sur les parois élève considérablement la température (100 °C à Mach 2,2), ce qui oblige les constructeurs à utiliser des matériaux résistant aux hautes températures.

3

Structure des avions

La structure d’un avion classique se compose de quatre éléments : le fuselage, les ailes, l’empennage et le train d’atterrissage.

3.1

Fuselage

Le fuselage constitue l’habitacle de l’avion. Il subit de très fortes interactions avec les ailes : au sol, c’est lui qui supporte tout le poids de la voilure, tandis qu’en vol, il est au contraire porté par celle-ci. Il a en général la forme d’un fuseau monocoque, nécessaire dans le cas des avions à cabine pressurisée, pour les vols à haute altitude. On peut aussi adopter un fuselage composé de cadres en forme d’anneaux, fixés aux panneaux de revêtement.

3.2

Ailes

Même si l’avion doté d’une seule voilure (ou plan de sustentation), le monoplan, fut très répandu dans les premières années du vol motorisé, il fut rapidement supplanté par les biplans, voire par des appareils munis de trois ou quatre plans de sustentation. Les avions multiplans présentent l’avantage d’avoir une portance supérieure et sont relativement plus solides, tandis que le monoplan offre une traînée plus faible. La plupart des avions actuels sont équipés d’ailes monoplanes de type cantilever, c’est-à-dire sans haubans.

Une aile type se compose d’un cadre sur lequel s’étendent deux ou trois longerons qui vont du fuselage à l’extrémité de l’aile. Entre ces longerons sont disposées des nervures servant à consolider la structure de l’aile. On construit les ailes d’avion, tout comme la majeure partie de la structure de l’appareil, avec des matériaux offrant une grande légèreté et une résistance importante. On utilise notamment des alliages à base d’aluminium et de magnésium, mais aussi à base de titane lorsque la structure doit subir des températures élevées. En outre, les matériaux composites sont de plus en plus employés pour leur légèreté. Les constructeurs d’avions entreprennent de nombreuses recherches sur la forme des ailes, afin que celles-ci présentent des propriétés aérodynamiques optimales. Par exemple, on équipe les avions supersoniques d’ailes très minces, car une telle forme minimise le choc de compression qui survient lorsque ce type d’appareils approche la vitesse du son, et limite par conséquent le surcroît de traînée engendrée.

Les ailes supportent les dispositifs hypersustentateurs (becs, volets), hyposustentateurs (spoilers, aérofreins), et les gouvernes de gauchissement (ailerons) qui permettent de contrôler l’avion en roulis.

3.3

Empennages

Les empennages d’un avion représentent les structures stabilisatrices situées derrière les ailes. Ils se composent de parties mobiles contribuant au contrôle de l’avion et de parties fixes qui assurent la stabilité de l’appareil. Généralement, un avion possède un empennage horizontal et un empennage vertical. La partie avant de l’empennage horizontal est appelée stabilisateur horizontal, et la partie arrière, mobile, gouverne de profondeur. L’empennage horizontal stabilise le tangage de l’avion. La partie fixe de l’empennage vertical est appelée dérive, et la partie mobile, gouverne de direction. L’empennage vertical assure l’équilibre de l’appareil en lacet.