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revue du numéro précédent : vulgarisation scientifique : combien de types de profils aérodynamiques existe-t-il dans les ailes d'avion (1)

la vitesse de décollage, d'atterrissage et la maniabilité de l'aile à flèche variable, de l'aile delta et de l'aile trapézoïdale ne sont pas aussi bonnes que celles de l'aile droite. cependant, la résistance au vol à grande vitesse de l'aile droite est trop grande, donc. des moyens mécaniques peuvent être utilisés pour réaliser l'aile arrière de l'aile. l'angle rasant peut être modifié selon les besoins pendant le vol, ne serait-ce pas le meilleur des deux mondes ? c'est l'origine de l'aile à flèche variable.

le concept d'ailes à flèche variable semble simple, mais sa mise en œuvre pose de nombreux problèmes. il y a d’abord la question de la stabilité du vol. à mesure que l'angle de balayage de l'aile augmente, le centre de portance recule progressivement, et il y aura bientôt un problème car le centre de portance est éloigné du centre de gravité. même si la queue horizontale super énorme peut le supprimer, cela entraînera une énorme traînée. , et le gain ne vaudra pas la perte. afin de réduire le mouvement du centre de levage, l'aile à flèche variable ne peut être divisée qu'en deux sections. la charnière est placée à l'extérieur de la section intérieure fixe, tandis que la section extérieure mobile est réduite, sacrifiant l'effet de l'aile à flèche variable pour simplifier la conception technique.

afin de minimiser les problèmes de stabilité de vol, la section mobile du su-17 ne représente que la moitié de l'envergure ; la section mobile du f-14 représente une plus grande proportion, mais elle a toujours une grande section fixe. les problèmes spécifiques à l'aile à flèche variable présentent de nombreux problèmes : il n'est pas facile de trouver un emplacement pour que le train d'atterrissage sous l'aile puisse s'enraciner, le réservoir de carburant situé dans l'aile ne peut pas être conçu dans la partie mobile, ce qui réduit considérablement la taille totale de l'aile. l'espace du réservoir de carburant et les pylônes d'armes sous l'aile doivent tourner de manière synchrone avec la section mobile pour maintenir le train d'atterrissage. les armes transportées sont pointées vers l'avant, et couplées aux problèmes mécaniques inhérents à l'aile à balayage variable, le balayage variable. l'aile finira par devenir très lourde, ce qui compense grandement les avantages aérodynamiques de l'aile à flèche variable.

après une apparition éphémère dans les années 1960 et 1970, les ailes à flèche variable sont désormais rarement utilisées. le tu-160, qui a volé pour la première fois en 1981, était le dernier avion à ailes à flèche variable nouvellement produit.

pour les ailes à flèche vers l'avant, les grandes ailes à flèche et les ailes delta, la traînée est réduite grâce à l'angle de flèche, mais l'air ne s'intéresse en réalité qu'à l'angle de flèche oblique et ne se soucie pas de savoir si l'aile est balayée vers l'arrière ou vers l'avant. alors, quels sont les avantages des ailes en flèche vers l’avant ? le flux d'air dans le sens de l'envergure sur une aile en flèche vers l'avant est vers l'intérieur, et le corps finira par bloquer naturellement le flux d'air dans le sens de l'envergure, améliorant ainsi l'efficacité de l'aile à générer de la portance.

plus important encore, les ailes en flèche vers l'avant retardent considérablement le problème du décrochage en bout d'aile. l'air est visqueux et cette viscosité forme une couche limite (également appelée couche limite) sur la surface de l'aile. dans la couche limite, le flux d'air est lent et l'effet de génération de portance est perdu. lors d'un vol à un angle d'attaque élevé, le flux d'air s'écoule le long de l'envergure de l'aile en flèche, provoquant l'accumulation de la couche limite vers le bout de l'aile, provoquant le décrochage du bout de l'aile en premier, provoquant le déplacement du centre de portance vers l'emplanture de l'aile, provoquant une élévation supplémentaire du nez de l'avion et, finalement, un décrochage de l'aile entière de l'avion.

les ailes en flèche vers l'avant sont différentes. les extrémités des ailes sont dans un flux d'air « propre », l'accumulation de couche limite se produit au niveau des racines des ailes, la perte de portance est faible et les ailerons maintiennent un contrôle efficace du roulis. les ailes en flèche vers l'avant n'ont pas de problème de décrochage en bout d'aile jusqu'à ce que presque toute l'aile ait décroché, ce qui est beaucoup plus tard qu'une aile en flèche. cela est bénéfique pour améliorer la maniabilité.

l'air ne s'intéresse qu'au "balayage" de l'aile. peu importe qu'elle soit balayée vers l'avant ou vers l'arrière, l'aile peut donc également être balayée vers l'avant. l'image ci-dessous devrait être celle du x-29 américain, qui en est une autre. avion de recherche à ailes en flèche vers l'avant.

cependant, les ailes en flèche vers l'avant présentent également un défaut essentiel : la divergence aéroélastique. les ailes ne sont pas rigides, mais possèdent une certaine flexibilité.

le flux d'air sur la surface de l'aile génère de la portance, et la portance agit sur l'aile, de sorte que le bout de l'aile a tendance à se tordre vers le haut avec l'emplanture de l'aile comme point d'appui. étant donné que le point d'appui de l'aile en flèche vers l'avant se trouve derrière le bout de l'aile, le bout de l'aile en flèche vers l'avant a une tendance naturelle à se tordre vers l'arrière et vers le haut. le mouvement vers le haut provoque une augmentation de l'angle d'attaque local de l'aile, générant ainsi une plus grande portance. aggravant la torsion vers l'arrière et vers le haut.

si rien n’est fait, les structures peuvent rapidement être endommagées en raison d’une torsion excessive. le point d'appui de l'aile en flèche se trouve devant le bout de l'aile, et le bout de l'aile a une tendance naturelle à se tordre vers l'avant et vers le haut sous l'action de la portance. ce problème ne se produit pas lorsque l'angle d'attaque local est réduit. au début, en raison de limitations matérielles, les ailes en flèche vers l'avant ne pouvaient pas résoudre le problème de divergence aéroélastique, et les ailes en flèche vers l'arrière devenaient la seule option. après l'émergence des matériaux composites, ce qu'on appelle « l'adaptation aéroélastique » peut être utilisée, c'est-à-dire que grâce à la disposition intelligente des directions des fibres, la rigidité structurelle est plus élevée dans la direction normale que dans la direction de la portée, et les problèmes causés par la divergence aéroélastique peut être intelligemment surmontée.

à propos de l'aile oblique

les ailes en flèche et les ailes en flèche vers l'avant sont symétriques, soit les deux côtés sont balayés ensemble, soit les deux côtés sont balayés vers l'avant ensemble. mais du point de vue de la réduction de la traînée, il n’y a aucune raison pour qu’un côté ne puisse pas être balayé vers l’avant et l’autre vers l’arrière pour former une aile oblique asymétrique.

puisque peu importe que vous balayiez vers l'avant ou vers l'arrière, il est également possible de balayer vers l'avant et vers l'arrière. il s'agit d'une aile oblique. il s'agit de l'avion de recherche américain ad-1.

(lors du décollage et de l'atterrissage, il est plat, tout comme un avion à aile droite ordinaire. après le décollage, il devient une aile oblique lors d'un vol à grande vitesse, avec une extrémité balayée vers l'avant et l'autre extrémité vers l'arrière.)

par rapport aux ailes en flèche et aux ailes en flèche vers l'avant, la répartition transversale totale des ailes obliques le long de l'axe du fuselage est relativement uniforme, ce qui est bénéfique pour satisfaire la loi de l'aire transsonique et réduire la traînée transsonique.

les ailes obliques fixes présentent des avantages, mais les ailes obliques à flèche variable sont là où elles brillent.

les ailes traditionnelles à flèche variable sont gênées par la position des charnières, mais les charnières des ailes obliques à flèche variable n'ont qu'une seule position idéale : au milieu, et les autres positions sont superflues. étant donné que le poids des deux côtés est équilibré, la conception mécanique de l'aile oblique en flèche est un peu plus simple, ce qui est comme la différence entre étendre les mains vers l'extérieur pour porter directement un seau ou porter une charge sur l'épaule. sur le plan aérodynamique, les changements d'angle d'inclinaison maintiennent également le mouvement du centre de portance à peu près inchangé, simplifiant ainsi la conception de la stabilité de vol.

l'aile oblique résout de manière inattendue le problème du changement de l'aile en flèche, mais l'endroit où l'aile oblique peut mieux démontrer sa supériorité est l'aile volante.

les ailes et le fuselage des avions traditionnels sont séparés, les ailes générant de la portance et le fuselage transportant des personnes et des marchandises. cependant, le fuselage ne génère pas de portance et constitue un « poids mort ». ce problème provoque des contraintes élevées sur les emplantures des ailes et est structurellement inefficace. la meilleure façon est de placer toute la charge à l’intérieur de l’aile, là où les exigences de résistance structurelle sont minimes. théoriquement, si la portance et la gravité en chaque point de l'aile sont exactement compensées, un avion peut être fabriqué en papier, minimisant ainsi le poids structurel. bien entendu, cela est impossible en réalité. avant d’atteindre le ciel, le poids a déjà traversé la peau du papier. cependant, cela montre que la direction générale de l'aile volante, qui n'a pas de fuselage mais uniquement des ailes, est correcte.

l'aile volante utilise la structure de l'aile pour supporter la charge, ce qui maximise l'efficacité aérodynamique de la structure et élimine les problèmes de contrainte à l'emplanture de l'aile. il s'agit du b-2 américain.

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aile elliptique

si la poussée n'est pas générée, toute l'énergie transférée par l'avion dans l'air formera une traînée, et les tourbillons au bout des ailes constituent une partie très importante de la résistance au vol. concevoir correctement la répartition de la portance de manière à ce que moins de portance soit générée près des extrémités des ailes et que la résistance générée par le flux autour des extrémités des ailes soit naturellement réduite. c'est l'idée d'une aile elliptique. la célèbre forme elliptique du chasseur britannique spitfire. avion à réaction pendant la seconde guerre mondiale c'est ainsi qu'est née l'aile profilée.

la célèbre aile elliptique du chasseur britannique spitfire est conçue pour réduire le flux au bout de l'aile et optimiser la répartition de la portance, comme le montre l'image ci-dessus.

une extension naturelle de l’aile elliptique est l’aile ronde. l'aile circulaire concentre non seulement les parties génératrices de portance vers l'emplanture de l'aile, mais se conforme également davantage à la loi de surface, notamment dans le cas d'une aile volante circulaire sans fuselage. ce type de disque volant convient non seulement à toutes les plages de vitesse, du vol stationnaire à la vitesse supersonique en théorie, mais c'est également un favori des amateurs de science-fiction. cependant, il s'agit d'une conception idéale qui est difficile à abandonner. le problème du contrôle de vol est plus difficile à résoudre. non seulement le bras de commande est très difficile, mais la conception du moteur, de la tuyère et de la gouverne doit être reconsidérée.

la plus extrême est bien sûr la soucoupe volante. il s'agit de l'avrocar canadien. elle a été conçue pour l'us air force, elle est donc peinte dans l'us air force, comme le montre la photo ci-dessus.

ailettes

une autre façon de résoudre le problème de l'écoulement du bout des ailes consiste à utiliser des winglets, qui sont des ailettes verticales qui se trouvent sur les extrémités des ailes et empêchent directement l'écoulement du bout des ailes. sur le plan aérodynamique, les ailettes étendent l'envergure effective et augmentent la portance. si elles sont conçues correctement, les winglets peuvent atteindre une envergure efficace qui dépasse "l'envergure" réelle, mais les winglets augmentent également la traînée et le poids, et apportent également une traînée d'interférence aérodynamique au niveau de la transition de la surface de l'aile.

sans ailes elliptiques ni soucoupes volantes, les winglets peuvent réduire efficacement l'impact de l'écoulement autour des extrémités des ailes.

les ailerons peuvent être étendus de haut en bas en même temps, ou ils peuvent être étendus uniquement vers le haut. le choix entre les deux est naturellement un compromis entre augmenter la portance et réduire le poids et la traînée. les winglets constituent une approche très efficace pour exploiter le potentiel d’anciennes conceptions ou lorsque l’envergure est limitée par les conditions de l’aéroport. mais lors de la conception d’une aile à partir de zéro, augmenter l’envergure est souvent plus simple et plus efficace.

un bref historique du développement des winglets

les winglets non seulement se retournent vers le haut, mais peuvent également s'abaisser vers le bas. il s'agit du winglet de l'a320.