1) Définition d'un profil d'aile et des termes associés qui le compose
a. Une aile
Une aile est une partie d’un avion. C’est l’essentiel de la surface portante d’un avion.
Une aile est constituée de trois parties principales :
- le longeron : C'est la pièce maîtresse de l’aile, c’est un élément de structure placé sur toute l’aile qui permet la fixation des nervures au niveau de l'emplanture. Le longeron permet une résistance à la flexion. Les lisses sont semblables aux longerons mais n'ont qu'un rôle de renfort.
- les nervures : Ce sont les parties qui se fixent à 90 degrés sur le longeron, on y fixe ensuite la toile de l'aile. C’est la forme des nervures qui donne le profil d’aile.
- le saumon : C'est un terme désignant l’extrémité de l’aile.
La surface nécessaire des ailes dépend de la puissance du moteur. Au début de l’aviation, une grande surface était donc nécessaire, d’où les avions biplans. Depuis la seconde guerre mondiale, la puissance est suffisante pour permettre des avions monoplans avec les ailes des deux côtés du fuselage.
La structure d'une aile
b. Le Profil d'aile
Une aile se désigne par son profil. Le profil d'aile correspond à la forme de l'aile lorsqu'on observe l'avion de profil. Un profil d'aile est spécifique de l'utilisation de l'avion.
Un profil d’aile est constitué de différentes parties :
- Bord d’attaque et bord de fuite : le bord d'attaque est la partie bombée correspondant à la partie avant de l’aile. Le bord de fuite correspond à la partie arrière de l’aile.
- l’extrados et l’intrados : l'extrados est la partie supérieure de l’aile, l'intrados la partie inférieure.
Les différentes parties d'un profil d'aile
2) Expérience du sèche-cheveux permettant de faire un classement des profils d'ailes volant le mieux et d'établir les caractéristiques communes indispensables aux profils d'ailes pour un bon vol.
Les avions volent avec des profils d'ailes différents. Par exemple, prenons les cas extrêmes, un planeur n'aura pas les mêmes profils d'ailes qu'un avion de chasse. Cela est dû aux caractéristiques demandées qui dont différentes. Ainsi, la vitesse et la maniabilité seront recherchées pour un avion de chasse Alors qu'il est important pour un planeur de ne pas décrocher à faible vitesse.
Ces différents profils d'ailes doivent tout de même présenter certains points communs afin de permettre à l'avion de voler dans de bonnes conditions.
-> Quels sont les points communs nécessaires aux profils d'ailes pour permettre à l'avion de voler dans de bonnes conditions ?
-> Qu'engendrent les différences au niveau de la forme des profils d'ailes pour l'avion ?
Nous avons choisi de tester des profils d'ailes de formes différents en observant comment ils volent. Nous voulons simuler les conditions réelles de vol : il nous faut donc remplacer le mouvement de l'aile sur l'air par le mouvement de l'air sur l'aile.
C'est ainsi que nous avons eu l'idée de fixer les profils d'ailes sur un support, et de propulser de l'air avec un sèche cheveux. Le support est composé de quatre fils en nylon fins tenus par le carton de haut en bas qui tiennent les profils d'ailes. Plus l'aile montera haut sur le support, plus elle aura une forme appropriée pour voler et un grand nombre des caractéristiques à avoir pour un bon vol.
Schéma du montage
Nous avons choisi de tester quatre profils d'ailes caractéristiques de formes différentes.
- Le profil d’aile n°1 est un des profils utilisé couramment par les avions de ligne. On l’appelle profil d’aile Clark Y. Sa forme, étudiée pour les meilleures conditions de vol, est particulière.
- Le profil d’aile n°2 est le profil Clark Y monté à l’envers.
- Le profil d’aile n°3 est un profil de forme rectangulaire, le bord d'attaque aussi grand que le bord de fuite.
- Le profil d’aile n°4 est un profil de forme triangulaire, le bord d'attaque est plus grand que le bord de fuite.
Les différents profils d'ailes testés
La différence majeure entre le profil n°1 et 4, et le profil d'aile n°2 est la longueur du bord d'attaque par rapport au bord de fuite. La différence majeure entre le profil n°1 et 4 est la courbure ou non de l'extrados et de l'intrados.
Par le classement des profils d'ailes, nous saurons les caractéristiques à posséder pour un meilleur vol.
Pour réaliser l'expérience, nous ne ferons varier qu'un facteur extérieur : la forme des profils d'ailes testés. Le temps de propulsion de l'air, l'intensité de propulsion de l'air, la pièce de réalisation de l'expérience (donc la pression de l'air, la gravité, le vent extérieur au sèche cheveux) sera la même.
Constats :
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Résultats de l'expérience :
1- Le profil d'aile Clark Y est monté le plus haut, de 33 cm.
2- Le profil d'aile Clark Y inversé est monté de 15 cm.
3- Le profil d'aile rectangulaire est monté de 11 cm.
4- Le profil d'aile triangulaire est monté le moins haut, de 04 cm.
Le classement des profils d'ailes montés le plus haut par ordre décroissant est le profil n°1, le profil n°4, le profil n°3, et le profil n°2. Ce classement devrait être confirmé par l'expérience n°2.
Déductions :
1- Le profil d'aile n°1 vole plus haut que les profils d'ailes n°2 et n°3. Ainsi, le plus important dans la forme d'un profil d'aile est que le côté le plus grand soit du côté où l'aile arrive.
2- Le profil d'aile n°1 vole mieux que le profil d'aile n°4. Ainsi, la forme courbée permet aux profils d'ailes de mieux voler.
Interprétation :
La longueur supérieure du bord d'attaque par rapport au bord de fuite permet à l'air de se plaquer à l'aile, et exerce donc une force de bas en haut, ce qui fait décoller l'avion.
Conclusion :
Pour qu'un avion vole dans de bonnes conditions, il faut que le bord d'attaque de son profil d'aile soit plus grand que le bord de fuite, et un extrados et un intrados courbés qui permettent un meilleur vol. C'est le cas du profil Clark Y qui possède toutes ces caractéristiques.
-> Quelles sont les trajectoires associées à ces différents profils d'ailes ?
-> Quelles sont les forces appliquées à ces profils d'ailes lors du décollage ?