Angle d'attaque

En dynamique des fluides , l'angle d'attaque ( AOA , α ou ) est l' angle entre une ligne de référence sur un corps (souvent la ligne de corde d'un profil aérodynamique ) et le vecteur représentant le mouvement relatif entre le corps et le fluide dans lequel il se déplace. L'angle d'attaque est l'angle entre la ligne de référence du corps et l'écoulement venant en sens inverse. Cet article se concentre sur l'application la plus courante, l'angle d'attaque d'une aile ou d'un profil aérodynamique se déplaçant dans l'air.

En aérodynamique , l'angle d'attaque spécifie l'angle entre la corde de l'aile d'un avion à voilure fixe et le vecteur représentant le mouvement relatif entre l'avion et l'atmosphère. Comme une aile peut avoir une torsion, une ligne de corde de l'aile entière peut ne pas être définissable, donc une ligne de référence alternative est simplement définie. Souvent, la ligne de corde de l' emplanture de l'aile est choisie comme ligne de référence. Un autre choix consiste à utiliser une ligne horizontale sur le fuselage comme ligne de référence (et également comme axe longitudinal). Certains auteurs n'utilisent pas de ligne de corde arbitraire mais utilisent l' axe de portance nulle où, par définition, un angle d'attaque nul correspond à un coefficient de portance nul .

Certains auteurs britanniques ont utilisé le terme angle d'incidence au lieu d'angle d'attaque. Cependant, cela peut entraîner une confusion avec le terme angle d'incidence des gréeurs, qui signifie l'angle entre la corde d'un profil aérodynamique et une référence fixe dans l'avion.

Le coefficient de portance d'un avion à voilure fixe varie en fonction de l'angle d'attaque. L'augmentation de l'angle d'attaque est associée à une augmentation du coefficient de portance jusqu'au coefficient de portance maximal, après quoi le coefficient de portance diminue.

À mesure que l'angle d'attaque d'un avion à voilure fixe augmente, la séparation du flux d'air de la surface supérieure de l'aile devient plus prononcée, ce qui entraîne une réduction du taux d'augmentation du coefficient de portance. La figure montre une courbe typique pour une aile droite cambrée . Les profils cambrés sont courbés de telle sorte qu'ils génèrent une certaine portance à de petits angles d'attaque négatifs. Une aile symétrique a une portance nulle à un angle d'attaque de 0 degré. La courbe de portance est également influencée par la forme de l'aile, y compris sa section de profil aérodynamique et sa forme en plan . Une aile en flèche a une courbe plus basse et plus plate avec un angle critique plus élevé.

L' angle d'attaque critique est l'angle d'attaque qui produit le coefficient de portance maximal. On l'appelle aussi « angle d'attaque de décrochage ». En dessous de l'angle d'attaque critique, lorsque l'angle d'attaque diminue, le coefficient de portance diminue. Inversement, au-dessus de l'angle d'attaque critique, lorsque l'angle d'attaque augmente, l'air commence à s'écouler moins régulièrement sur la surface supérieure du profil aérodynamique et commence à se séparer de la surface supérieure. Sur la plupart des formes de profils aérodynamiques, lorsque l'angle d'attaque augmente, le point de séparation de la surface supérieure de l'écoulement se déplace du bord de fuite vers le bord d'attaque. À l'angle d'attaque critique, l'écoulement de la surface supérieure est plus séparé et le profil aérodynamique ou l'aile produit son coefficient de portance maximal. Lorsque l'angle d'attaque augmente davantage, l'écoulement de la surface supérieure devient plus complètement séparé et le coefficient de portance diminue davantage.

Au-dessus de cet angle d'attaque critique, on dit que l'avion est en décrochage. Un avion à voilure fixe décroche par définition à un angle d'attaque critique ou au-dessus plutôt qu'à une vitesse particulière ou en dessous . La vitesse à laquelle l'avion décroche varie en fonction du poids de l'avion, du facteur de charge , du centre de gravité de l'avion et d'autres facteurs. Cependant, l'avion décroche normalement au même angle d'attaque critique, à moins que des conditions de givrage ne prévalent. L'angle d'attaque critique ou de décrochage est généralement d'environ 15° à 18° pour de nombreux profils aérodynamiques.

Certains avions sont équipés d'un ordinateur de vol intégré qui empêche automatiquement l'avion d'augmenter davantage l'angle d'attaque lorsqu'un angle d'attaque maximal est atteint, quelle que soit l'intervention du pilote. C'est ce qu'on appelle le « limiteur d'angle d'attaque » ou « limiteur alpha ». Les avions de ligne modernes dotés de la technologie fly-by-wire évitent l'angle d'attaque critique au moyen d'un logiciel dans les systèmes informatiques qui contrôlent les surfaces de contrôle de vol.

Lors des opérations de décollage et d'atterrissage sur des pistes courtes ( STOL ), telles que les opérations sur porte-avions navals et les vols en arrière-pays STOL , les avions peuvent être équipés d' indicateurs d'angle d'attaque ou de réserve de portance . Ces indicateurs mesurent directement l'angle d'attaque (AOA) ou le potentiel de portance de l'aile (POWL, ou réserve de portance) et aident le pilote à voler près du point de décrochage avec une plus grande précision. Les opérations STOL nécessitent que l'avion soit capable de fonctionner près de l'angle d'attaque critique pendant les atterrissages et au meilleur angle de montée pendant les décollages. Les indicateurs d'angle d'attaque sont utilisés par les pilotes pour des performances maximales pendant ces manœuvres, car les informations sur la vitesse ne sont qu'indirectement liées au comportement de décrochage.

Certains avions militaires sont capables de voler sous contrôle à des angles d'attaque très élevés, mais au prix d' une traînée induite massive . Cela confère à l'avion une grande agilité. Un exemple célèbre est le Cobra de Pougatchev . Bien que l'avion subisse des angles d'attaque élevés tout au long de la manœuvre, il n'est pas capable de contrôler sa direction aérodynamique ou de maintenir un vol en palier jusqu'à la fin de la manœuvre. Le Cobra est un exemple de supermanœuvre car les ailes de l'avion sont bien au-delà de l'angle d'attaque critique pendant la majeure partie de la manœuvre.

Des surfaces aérodynamiques supplémentaires appelées « dispositifs à portance élevée », notamment des extensions de bord d'attaque de l'emplanture d'aile, permettent aux avions de chasse de voler avec un alpha « vrai » beaucoup plus élevé, jusqu'à plus de 45°, contre environ 20° pour les avions sans ces dispositifs. Cela peut être utile à haute altitude où même une légère manœuvre peut nécessiter des angles d'attaque élevés en raison de la faible densité de l'air dans la haute atmosphère, ainsi qu'à basse vitesse à basse altitude où la marge entre l'angle d'attaque de vol en palier et l'angle d'attaque de décrochage est réduite. La capacité d'angle d'attaque élevée de l'avion fournit un tampon au pilote qui rend le décrochage de l'avion (qui se produit lorsque l'angle d'attaque critique est dépassé) plus difficile. Cependant, les avions militaires n'obtiennent généralement pas un alpha aussi élevé en combat, car il prive l'avion de vitesse très rapidement en raison de la traînée induite et, dans les cas extrêmes, de l'augmentation de la surface frontale et de la traînée parasite. Non seulement de telles manœuvres ralentissent l'avion, mais elles provoquent des contraintes structurelles importantes à grande vitesse. Les systèmes de contrôle de vol modernes ont tendance à limiter l'angle d'attaque d'un chasseur bien en dessous de sa limite aérodynamique maximale.

En voile , les principes physiques impliqués sont les mêmes que pour les avions : une voile est un profil aérodynamique. L'angle d'attaque d'une voile est l'angle entre la corde de la voile et la direction du vent relatif.