Aile

Une aile est un type d' aileron qui produit une portance tout en se déplaçant dans l'air ou dans l'eau. La traînée se produit en même temps et est indésirable car elle gaspille une partie du carburant nécessaire au déplacement de l'aile. Les ailes sont définies par deux caractéristiques de forme, une section de profil aérodynamique et une forme en plan. L'efficacité de l'aile est exprimée par le rapport portance/traînée . L'aérodynamique est l'étude des performances des ailes dans l'air.

Les ailes utilisées dans l'eau comprennent divers types de foils , notamment les hydroptères . Les applications des foils sous-marins comprennent les hydravions , les voiliers et les sous-marins . L'hydrodynamique est l'étude des performances des ailes dans l'eau.

Le mot « aile » du vieux norrois vængr a longtemps fait référence aux membres antérieurs des oiseaux (en plus de l'aile architecturale). Mais au cours des derniers siècles, la signification du mot s'est étendue pour inclure les appendices porteurs des insectes , des chauves-souris , des ptérosaures , des boomerangs , de certains voiliers et avions , ou encore le profil aérodynamique inversé d'une voiture de course qui génère une force descendante pour augmenter la traction.

Dans la nature, les ailes ont évolué chez les dinosaures, les oiseaux , les mammifères, les poissons, les reptiles et les plantes comme moyens de locomotion . Diverses espèces de pingouins et d'autres oiseaux aquatiques volants ou non, tels que les pingouins , les cormorans , les guillemots , les puffins , les eiders et les macreuses et les pétrels plongeurs sont des nageurs sous-marins efficaces et utilisent leurs ailes pour se propulser dans l'eau.

• Formes d'ailes dans la nature
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  Graines d'arbres ailés qui provoquent l'autorotation en descente
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  Une mouette rieuse , présentant le contour d'une « aile de mouette ».
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  Chauve-souris en vol

La conception et l'analyse des ailes d'avion constituent l'une des principales applications de la science de l'aérodynamique , une branche de la mécanique des fluides . Les propriétés de l'écoulement de l'air autour de tout objet en mouvement peuvent être déterminées en résolvant les équations de Navier-Stokes de la dynamique des fluides . À l'exception des géométries simples, ces équations sont difficiles à résoudre. Des explications plus simples peuvent être données

Pour qu'une aile produise une « portance », elle doit être orientée selon un angle d'attaque approprié par rapport au flux d'air qui passe devant l'aile. Lorsque cela se produit, l'aile dévie le flux d'air vers le bas, « tournant » l'air lorsqu'il passe devant l'aile. Comme l'aile exerce une force sur l'air pour changer sa direction, l'air doit exercer une force sur l'aile, de taille égale mais de direction opposée. Cette force provient des différentes pressions d'air qui existent sur les surfaces supérieure et inférieure de l'aile.

Une pression d'air inférieure à la pression ambiante est générée sur la surface supérieure de l'aile, avec une pression supérieure à la pression ambiante sur la partie inférieure de l'aile. (Voir : profil aérodynamique ) Ces différences de pression d'air peuvent être mesurées à l'aide d'un appareil de mesure de pression ou calculées à partir de la vitesse de l'air] en utilisant des principes physiques , notamment le principe de Bernoulli , qui relie les changements de vitesse de l'air aux changements de pression de l'air.

La pression d'air plus faible sur le dessus de l'aile génère une force descendante plus faible sur le dessus de l'aile que la force ascendante générée par la pression d'air plus élevée sur le dessous de l'aile. Cela crée une force ascendante sur l'aile. Cette force est appelée la portance générée par l'aile.

Les différentes vitesses de l’air passant par l’aile, les différences de pression de l’air, le changement de direction du flux d’air et la portance sur l’aile sont des façons différentes de décrire la façon dont la portance est produite, de sorte qu’il est possible de calculer la portance à partir de l’une des trois autres manières. Par exemple, la portance peut être calculée à partir des différences de pression, ou à partir des différentes vitesses de l’air au-dessus et en dessous de l’aile, ou à partir du changement total de moment de l’air dévié. La dynamique des fluides offre d’autres approches pour résoudre ces problèmes, et toutes produisent les mêmes réponses si elles sont correctement appliquées. Étant donné une aile particulière et sa vitesse dans l’air, les débats sur l’approche mathématique la plus pratique à utiliser peuvent être pris à tort par ceux qui ne sont pas familiers avec l’étude de l’aérodynamique pour des divergences d’opinion sur les principes de base du vol.

Les ailes à section transversale asymétrique sont la norme en vol subsonique . Les ailes à section transversale symétrique peuvent également générer une portance en utilisant un angle d'attaque positif pour dévier l'air vers le bas. Les profils symétriques ont des vitesses de décrochage plus élevées que les profils cambrés de la même surface alaire mais sont utilisés dans les avions de voltige car ils offrent les mêmes caractéristiques de vol que l'avion soit en position verticale ou inversée. Un autre exemple vient des voiliers, où la voile est une fine feuille.

Pour les vitesses de vol proches de la vitesse du son ( vol transsonique ), des sections de profils asymétriques spécifiques sont utilisées pour minimiser l'augmentation très prononcée de la traînée associée à l'écoulement de l'air proche de la vitesse du son. Ces profils, appelés profils supercritiques , sont plats sur le dessus et incurvés sur le dessous.

Les ailes des avions peuvent présenter certains des éléments suivants :

• Une section transversale de bord d'attaque arrondie
• Une section transversale de bord de fuite tranchante
• Dispositifs de pointe tels que des lattes , des fentes ou des extensions
• Dispositifs de bord de fuite tels que volets ou flaperons (combinaison de volets et d'ailerons)
• Des ailettes pour empêcher les tourbillons d'extrémité d'aile d'augmenter la traînée et de diminuer la portance
• Un dièdre , ou un angle d'aile positif par rapport à l'horizontale, augmente la stabilité en spirale autour de l'axe de roulis, tandis qu'un anèdre , ou un angle d'aile négatif par rapport à l'horizontale, diminue la stabilité en spirale.

Les ailes des avions peuvent être équipées de divers dispositifs, tels que des volets ou des becs, que le pilote utilise pour modifier la forme et la surface de l'aile afin de modifier ses caractéristiques de fonctionnement en vol.

• Ailerons (généralement près des extrémités des ailes) pour faire rouler l'avion
• Spoilers sur la surface supérieure pour augmenter la traînée en descente et réduire la portance pour plus de poids sur les roues lors du freinage
• Générateurs de vortex pour aider à prévenir la séparation du flux dans les flux transsoniques
• Clôtures d'aile pour maintenir le flux attaché à l'aile en empêchant la séparation de la couche limite de la direction du rouleau de propagation.
• Les ailes repliables permettent de stocker davantage d'avions dans l'espace confiné du pont hangar d'un porte-avions
• Ailes à flèche variable ou « ailes oscillantes » qui permettent d'avoir les ailes déployées pendant le vol à basse vitesse (par exemple, le décollage, l'atterrissage et le vol stationnaire) et les ailes en flèche vers l'arrière pour le vol à grande vitesse (y compris le vol supersonique ), comme dans le F-111 Aardvark , le F-14 Tomcat , le Panavia Tornado , le MiG-23 , le MiG-27 , le Tu-160 et le B-1B Lancer .

Outre les avions à voilure fixe , les applications des formes d'ailes comprennent :

• Deltaplanes , qui utilisent des ailes allant de entièrement flexibles ( parapentes , parachutes planeurs ), flexibles (ailes à voile encadrées) à rigides
• Cerfs-volants , qui utilisent une variété de surfaces de portance
• Modèles d'avions volants
• Hélicoptères , qui utilisent une aile rotative avec un angle de pas variable pour fournir des forces directionnelles
• Hélices , dont les pales génèrent la portance pour la propulsion.
• La navette spatiale de la NASA , qui utilise ses ailes uniquement pour planer lors de sa descente vers une piste. Ces types d'aéronefs sont appelés avions spatiaux .
• Certaines voitures de course , en particulier les voitures de Formule 1 , utilisent des ailes inversées (ou profils aérodynamiques ) pour offrir une meilleure traction à grande vitesse
• Les voiliers , qui utilisent des voiles comme des ailes verticales avec une plénitude et une direction variables pour se déplacer sur l'eau

En 1948, Francis Rogallo invente l'aile souple entièrement souple. Domina Jalbert invente l'aile épaisse à profil aérodynamique souple et sans longerons.