Motivation Voler est l'un des plus vieux rêves de l'Humanité. On peut dire aujourd'hui que l'on y arrive plutôt bien. Cependant, si le temps des pionniers semble derrière nous, de grands défis restent à relever : respectueux de l'environnement, des nouvelles sources d'énergie, des machines plus petites, des voyages touristiques vers l'espace pour explorer l’univers et tout en cherchant le développement de notre technologie et l’amélioration de niveau de vie humaine ... Voilà les grandes lignes d'un nouveau siècle pour l'aviation Depuis qu'Icare s’est brûlé les ailes, les Hommes n’ont eu de cesse de conquérir les airs. C’est au XIXe siècle que l’aviation prend son envol. Toujours plus haut, toujours plus vite, records et prouesses se succèdent. Aujourd’hui, ce sont d’autres défis que doit relever l’aviation. Transporter plus en consommant moins, trouver d’autres sources d’énergie, atteindre les limites de l’atmosphère... Très intéressés par ces raisons qui nous a vivement encouragées, nous avons optée de faire une recherche dans ce domaine
1 Histoire
Attaque au sol
2 Distinction entre astronautique et aéronautique . - Domaine de l'aéronautique .
Reconnaissance
3 Activité aérienne et type d'aéronef Activités du domaine civil Transport commercial de passagers Aviation d'affaires Travail aérien Aviation légère Voltige Vol à voile ULM Deltaplane Missions du domaine des forces armées. Bombardement Chasse - Interception
Détection - Surveillance - Patrouille maritime - Ravitaillement en vol Transport de troupes et de matériels - Largage École et entraînement - Patrouille acrobatique Spécificités des avions multimissions Spécificités des avions embarqués Spécificités des hélicoptères 4 Institutions et organisations 5« Aéronautique » ou « aviation » 6 Technologie 7 Industrie 8 Personnalités 9 Notes et références
L'aéronautique inclut les sciences et les technologies ayant pour but de construire et de faire évoluer un aéronef dans l'atmosphère terrestre. Les sciences incluent en particulier l'aérodynamique, une branche de la mécanique des fluides ; les technologies sont celles qui concernent la construction des aéronefs, leur propulsionainsi que les servitudes. Les entreprises associées à ces technologies sont dans la catégorie entreprise du secteur aéronautique. Piloter un aéronef permet de le faire évoluer et de pratiquer une activité. Les activités principales sont liées à la composante aérienne des forces armées d'un pays, le transport aérien commercial ou à la pratique d'une activité de loisir ou de sport aérien. On y associe les organisations et les compagnies gérant ces activités. Un aéronef est un engin qui, pour évoluer dans l'atmosphère, l'utilise pour sa sustentation. Les principaux aéronefs sont l'avion et l'hélicoptère. Les forces armées utilisent aussi des missiles et des drones dont certains sont assimilables à des aéronefs sans pilote humain à bord, en particulier les missiles de croisière et les drones d'observation. Le cerf-volant, comme le parachute ne sont pas des aéronefs. Toutefois ce dernier est très lié à l'aéronautique de par son utilisation comme moyen de sauvetage et son évolution récente en fait un engin pilotable. Les activités aériennes sont réglementées sous l'égide d'institutions le plus souvent étatiques à l'échelle mondiale comme l'AITA pour les compagnies aériennes, à l'échelle régionale comme Eurocontrol pour la gestion du trafic aérien dans la zone européenne ou à l'échelle nationale comme la DGAC pour l'aviation civile en France. Ces institutions organisent ou règlementent la formation dans les métiers de l'aéronautique en particulier lorsque la sécurité des vols est affectée : c'est bien sûr le cas pour les pilotes et le personnel navigant commercial mais aussi pour les personnels chargés de la maintenance et les contrôleurs aérien. Ces formations sont assurées par des écoles spécialisées. La navigation, la connaissance de l'atmosphère terrestre, la météorologie sont indispensables à l'aéronautique même si les bases ne lui sont pas spécifiques. La liste des aéronefs est le point d'entrée principal où chaque aéronef est classé selon son constructeur. Enfin on trouvera dans les articles de la catégorie « Histoire de l'aéronautique » et de la catégorie « Chronologie de l'aéronautique » la relation des principaux évènements intéressant l'aéronautique. Les biographies des aviateurs et aviatrices, des concepteurs et ingénieurs se retrouvent dans la catégorie « Personnalités de l'aéronautique ». L'astronautique concerne le déplacement et la navigation hors de l'atmosphère terrestre.
Distinction entre astronautique et aéronautique - Domaine de l'aéronautique[modifier]
L'astronautique est le domaine des évolutions et de la navigation en dehors de l'atmosphère terrestre, éventuellement vers d'autres astres. Les engins utilisés traversent l'atmosphère mais doivent leur sustentation, et souvent leur pilotage, à un propulseur anaérobie. L'aéronautique est le domaine des évolutions et de la navigation au sein de l'atmosphère terrestre et utilisant cette atmosphère pour sustenter un engin. Le plus souvent, mais pas obligatoirement, ces engins utilisent l'atmosphère pour assurer aussi le pilotage (gouvernes aérodynamiques) et la propulsion (aérobie). L'aéronautique comporte deux classes d'engins : les aérostats : la sustentation est due à la poussée d'Archimède ; les aérodynes : la sustentation est due aux forces aérodynamiques exercées par le déplacement d'une surface portante, l'aile pour les avions et la pale du rotor pour les hélicoptères. Les principaux aérostats sont les ballons libres utilisés surtout pour des activités sportives ou de loisir et les dirigeables. L'avion et l'hélicoptère sont des aérodynes avec pilote à bord. Leurs utilisations civiles ou militaires sont multiples. Certains missiles, en particulier les missiles de croisière, et les drones sont des aérodynes sans pilote à bord. Ils sont soit guidés à partir du sol soit préprogrammés. Les missiles emportent une charge militaire et sont détruits en fin de mission ; les drones sont utilisés essentiellement pour le renseignement ou la surveillance et sont généralement utilisés par les forces armées, de police ou de douane. Le parachute n'est pas un aéronef : il utilise l'atmosphère pour freiner sa descente sans effet de sustentation. Toutefois une nouvelle classe de parachute est apparue à la fin du siècle comportant une voilure souple avec effet de sustentation ; ces engins se rapprochent des avions ultralégers à voilure souple tels que les deltaplanes.
« Aéronautique » ou « aviation » Article connexe : Aviation.
Les dictionnaires courants donnent des définitions quasi-équivalentes pour les deux termes : le domaine des machines permettant de naviguer dans l'atmosphère terrestre. Le terme « aviation » recouvrant plus particulièrement le domaine des avions, le terme « aéronautique » est donc plus général et doit être employé lorsque le sujet recouvre l'ensemble des aéronefs. En anglais, le terme « aviation », bien plus usité dans cette langue que « aeronautics », recouvre quant à lui l'ensemble du domaine.
Histoire
Il existe une catégorie dédiée à ce sujet : Histoire de l'aéronautique. Articles détaillés : Histoire de l'aérostation, Histoire de l'aviation et Histoire de l'hélicoptère et autres voilures tournantes.
L'être humain aspire à voler depuis toujours. Si Léonard de Vinci, vers 1500, imagine des machines volantes, ce n'est qu'en 1783 que les premiers hommes vont pouvoir réaliser le vieux rêve d'Icare avec les montgolfières des frères Montgolfier en 1783, précédant de très peu les ballons à gaz de Jacques Charles. Ces engins sont tributaires du vent, l'aéronautique ne va vraiment prendre son essor qu'avec lesballons dirigeables, de Henri Giffard en 1852.
Prototype de l'avion de Clément Ader
En parallèle au développement des plus légers que l'air, d'autres pionniers se tournent à la fin du XVIIIe siècle vers le plus lourd que l'air, qui deviendra l'« avion ». La paternité des premiers vols planés comme celle des premiers vols motorisés est contestée pour des raisons de définition : certains essais de vol plané (s'ils ont réellement eu lieu) sont plus proches du parachute que du planeur et certains décollages motorisés nécessitaient une assistance au sol. De plus les sentiments chauvinistes ne sont pas exempt de certaines revendications. Otto Lilienthal, en Allemagne, réussit plusieurs centaines de vols planés, et documentés, dans la dernière décennie du siècle. En 1890 et 1891Clément Ader, en France, serait parvenu à faire décoller un avion équipé d'un moteur à vapeur devant témoins mais ses tentatives restent sans lendemain. Ce sont les frères Orville et Wilbur Wright, aux États-Unis, qui, à partir de 1903, peuvent non seulement faire décoller leur appareil mais parviennent à le contrôler sur des distances de plus en plus importantes atteignant 124 km en 1908. Ces vols sont documentés et font l'objet de démonstrations y compris en France. La seconde voie explorée est celle de l'hélicoptère. À masse égale il nécessite une puissance nettement plus élevée que celle de l'avion pour assurer la sustentation. Pourtant dès 1907, Paul Cornu, en France, réussit le premier vol libre mais les progrès seront ensuite bien plus lents que ceux de l'avion. Le premier conflit mondial qui survient à peine une décennie après les premiers vols voit le développement de l'avion en tant que moyen de renseignement sur les positions ennemies. Les avions s'équipent de mitrailleuses pour pouvoir abattre l'adversaire et l'empêcher d'accomplir sa mission. La construction aéronautique entre dans l'ère de la grande série puisque certains modèles sont construits en plusieurs milliers d'exemplaires. La fin du conflit met sur le marché un grand nombre de pilotes et d'appareils. Les premières tentatives d'utilisation commerciale de l'avion apparaissent et des compagnies se forment pour transporter le courrier, puis des passagers, sur des lignes régulières. La navigation aérienne utilise les méthodes issues de la navigation maritime et nécessite donc que la visibilité soit bonne : le vol reste tributaire de la météorologie. La concurrence entre l'avion et le dirigeable pour le transport des passagers se développe au cours du premier tiers du XXe siècle et se termine tragiquement avec l'accident du dirigeable Zeppelin Hindenburg en 1937. C'est la fin de l'aérostation qui n'est plus qu'une discipline destinée au sport ou au loisir. Les forces armées ont vu l'intérêt de l'avion pour le renseignement mais aussi pour le bombardement. La course à l'armement est lancée et les nouveaux appareils sont spécialisés : bombardiers, chasseurs, attaque au sol, etc. Il est tactiquement intéressant de voler de plus en plus vite, de plus en plus haut, de plus en plus loin. La course aux records en tous genres est lancée et c'est la période des exploits : traversée des mers, puis des océans ; survol des massifs montagneux ; croisières longue distance ; etc. Le second conflit mondial est caractérisé par une utilisation massive de l'avion pour les missions de bombardement et, en corrélaire, des chasseurs et intercepteurs chargés de les protéger ou de les détruire. Sur le plan technique c'est aussi l'apogée du moteur à piston. Le développement du réacteur, vers la fin du conflit, et l'apparition du radar vont permettre, la paix revenue, l'essor du transport aérien commercial. De nouveau, à la fin du conflit, des pilotes entraînés et des avions se trouvent disponibles en grand nombre. Les progrès réalisés dans le domaine du radar permettent de suivre et de guider l'avion en vol sans visibilité. Les compagnies aériennes naissent et commencent à concurrencer les paquebots et les trains au moins pour le voyage en conditions luxueuses. La mise en service du Boeing 707 par
la PanAm en 1958 marque le passage au transport aérien commercial de masse. La concurrence est vive entre les compagnies et s'intensifie encore avec la dérégulation lancée aux États-Unis en 1978. Les paquebots transocéaniques disparaissent et le train lui même est concurrencé sur les trajets de durée supérieure à trois heures. Sur le plan militaire, la « compétition » continue entre les États-Unis et l'URSS pendant la Guerre froide. Le mur du son est atteint puis largement dépassé, les bombardiers supersoniques volent à Mach 2 et les intercepteurs à plus de Mach 3. La nature du combat change avec les performances du radar de détection et l'utilisation des missiles air-air et sol-air pour empêcher la pénétration. L'accent se porte sur des performances nouvelles comme la furtivité et la pénétration basse-altitude, sous la couverture radar. L'aéronautique est, depuis ses origines, une lutte pour l'allègement des structures et l'augmentation de la puissance. Ce n'est qu'en 1977 que le premier vol utilisant un « moteur humain » sera réalisé à bord du Gossamer Condor, un avion de moins de 32 kg. À l'opposé l'Airbus A 380 est en service commercial depuis 2007, ses quatre réacteurs développent une poussée supérieure à 1 200 kN et permettent de faire décoller plus de 400 tonnes.
Activité aérienne et type d'aéronef
Il existe une catégorie dédiée à ce sujet : Activité aérienne.
Il existe une catégorie dédiée à ce sujet : Type d'aéronef.
Activités du domaine civil[modifier] Le développement d'un aéronef se fait en fonction de sa mission (terme utilisé par les forces armées) ou de son utilisation opérationnelle (terme utilisé dans les domaines civils). Cela conduit à des aéronefs de morphologie distinctes : l'aéronef est adapté à son activité principale. Le nombre d'avions, de toutes catégories, dépasse largement le nombre d'hélicoptères en service. Le terme « aviation », de facto, recouvre l'ensemble des activités utilisant ces deux types d'aéronefs.
Transport commercial de passagers Plus de 900 compagnies aériennes proposent des vols réguliers chaque jour. La plus grande d'entre elles met en œuvre une flotte de plus de 400 appareils, les plus petites un seul. La flotte mondiale est estimée à plus de 14 000 appareils en 2008. Les types d'avions utilisés sont : les avions gros porteurs : pouvant transporter plus de 250 passagers en cabines comportant deux allées de circulation ; ils sont généralement utilisés sur les lignes long courrier à très forte densité. les avions à fuselage étroit : pouvant transporter entre 100 et 200 passagers en cabines comportant une allée de circulation ; ils sont généralement utilisés sur les lignes moyen et long courriers de densité moindre.
les avions régionaux : pouvant transporter quelques dizaines de passagers ; ils sont utilisés pour les liaisons entre les grands aéroports et les villes alentours ou pour des liaisons moyen courrier à faible densité. les avions d'apport : transportant moins de trente passagers. Ces avions sont utilisés pour alimenter les aéroports régionaux ou pour assurer les liaisons très court courrier à faible densité telle que la desserte d'une île à partir du continent.
Aviation d'affaires
Du plus rapide et luxueux ...
... au moins rapide et luxueux
Article détaillé : Aviation d'affaires.
Un avion (ou un hélicoptère) d'affaire est un appareil semblable à ceux utilisés pour le transport commercial de passagers mais n'accueillant que quelques passagers dans des conditions souvent luxueuses. Ils sont la propriété de grandes entreprises qui les mettent à disposition de leurs cadres ou bien sont utilisés par des compagnies qui proposent le transport à la demande, l'avion-taxi. C'est le cas des hélicoptères souvent utilisés pour joindre les grands aéroports à des héliports situés au centre des grandes métropoles ou vers des destinations de prestige. Les avions utilisés sont : des bimoteurs à hélices, afin de pouvoir voler par tous les temps, emportant moins d'une dizaine de passagers.
des bi- ou tri- réacteurs de morphologie semblable aux transports de passagers mais « miniaturisés ». quelques avions de lignes spécialement aménagés, souvent utilisés par les États pour transporter leurs dirigeants. des hélicoptères.
Travail aérien Une grue volante.
Les avions de lutte contre l'incendie sont équipés d'un réservoir de soute pouvant contenir une grande quantité d'eau. Ils utilisent une écope pour récupérer l'eau en survolant un plan d'eau à très basse altitude. La plupart des travaux aériens sont réalisés en utilisant des appareils existants modifiés pour pouvoir emporter les réservoirs ou les équipements nécessaires. Exemples : l'épandage aérien en agriculture extensive : une rampe d'épandage est fixée sous la voilure d'un avion léger et le réservoir de produit chimique est installé dans le fuselage. la photographie aérienne : une trappe est percée dans le plancher pour permettre l'installation d'objectifs photographiques. L'hélicoptère est particulièrement adapté à certains travaux : grue mobile (Grue volante) ; épandage : le souffle du rotor de sustentation aide à diffuser le produit
Aviation légère[modifier]
Du monomoteur léger ...
... à l'hélicoptère léger
Article détaillé : Aviation légère.
Ces avions sont le plus souvent des monomoteurs équipés d'un moteur à piston. Ils ne sont pas autorisés à pratiquer le vol sans visibilité et ne servent donc que pour les loisirs, l'apprentissage initial du pilotage, et plus généralement les activités ne nécessitant pas le respect d'un horaire. Quelques hélicoptères légers entrent dans cette catégorie, mais le coût élevé de l'heure de vol, 3 à 4 fois celui d'un avion comparable, restreint la diffusion de cette passion.
Voltige[modifier]
De l'ancien ...
... au récent
Article détaillé : Voltige aérienne.
La voltige utilise des avions monomoteurs semblables à ceux de l'aviation légère mais spécialement équipés pour cette activité : moteur puissant, alimentation en carburant permettant le vol sur le dos, etc.
Vol à voile
Du planeur ...
... au motoplaneur
Article détaillé : Vol à voile.
Le vol à voile est une discipline sportive où le pilote utilise les courants d'air ascendants pour prolonger la durée du vol. Les avions utilisés sont des planeurs, des avions sans moteur, dont le décollage est assisté par un avion remorqueur ou un treuil. Les motoplaneurs sont équipés d'un moteur qui leur permet de rejoindre un aérodrome en cas de nécessité; selon la puissance et le type de moteur, il permet ou non le décollage autonome1.
ULM Article détaillé : Ultra-léger motorisé.
La réglementation aéronautique est contraignante et son application entraîne des surcoûts sur le prix des appareils qui deviennent de plus en plus sophistiqués, sur l'apprentissage du pilotage et sur les infrastructures. L'avion ultra-léger motorisé répond aux besoins de ceux qui veulent pratiquer le vol pour le plaisir, voire concevoir ou construire leur propre appareil, avec un minimum de contraintes. Si les premiers ULM ressemblaient souvent aux appareils des pionniers du XIXe siècle, mais construits avec des matériaux modernes, aujourd'hui les meilleurs ULM "3 axes" ne se distinguent des avions proprement dits que par la règlementation particulière qui s'applique à leur construction, maintenance et licence de pilotage, en fonction de critères de poids et puissance du moteur notamment.
Deltaplane
Missions du domaine des forces armées Bombardement
Du bombardier de la Seconde Guerre mondiale ...
... au bombardier furtif du XXIe siècle
Article détaillé : Bombardier (avion).
La mission de bombardement nécessite l'emport de charges lourdes. Le bombardier est le plus souvent un avion multimoteur doté d'un rayon d'action important. Les bombardiers stratégiques peuvent être capables de vitesses supérieures à M2 et d'atteindre les très hautes altitudes qui les mettent hors de portée de la défense sol-air « classique ».
Chasse - Interception[modifier]
Du chasseur britannique de la Seconde Guerre mondiale ...
... au chasseur soviétique de la guerre froide, exporté dans le bloc de l'Est
Article détaillé : Avion de chasse.
Les missions de chasse et d'interception ont en commun de chercher à détruire les forces aériennes ennemies en vol. La chasse est plutôt destinée à la protection d'avions amis pendant l'exécution de leur mission, l'interception se fait à partir du sol. Dans tous les cas la mission nécessite des avions capables de performances élevées en vitesse, vitesse ascensionnelle, manœuvrabilité. Ils sont équipés d'armes air-air.
Ces deux missions peuvent être effectuées à partir de porte-avions.
Attaque au sol La mission consiste à attaquer les mobiles ennemis au sol (ou en mer), en particulier les chars. Les aéronefs utilisés doivent être particulièrement maniables à basse altitude. Ils sont équipés d'armes air-sol (ou air-mer). L'hélicoptère est particulièrement adapté à cette mission à courte distance de la ligne de front.
Reconnaissance[modifier] La mission consiste à pénétrer les défenses ennemies pour relever les cibles potentielles. Elle nécessite des avions particulièrement peu détectables capables de vol soit à très haute altitude, soit à très basse altitude.
Détection - Surveillance - Patrouille maritime - Ravitaillement en vol
Avion de détection spécifiquement développé, capable d'apponter...
... version militaire d'un avion de transport civil
Les missions de détection, de surveillance et de patrouille maritime nécessitent l'emport de moyens électroniques ou optiques et le maintien sur zone pendant une longue durée. Les avions doivent être capables d'une très longue autonomie et permettre à deux équipages de se relayer à bord. Ces missions peuvent être effectuées à partir d'un porte-avions, auquel cas elles sont assurées par des avions spécifiquement développés mais elles utilisent souvent des versions aménagées d'avions civils lorsque les appareils sont basés à terre. La mission de ravitaillement en vol est effectuée par des avions de transport civils ou militaires spécialement aménagés : réservoirs de soute et perche de transfert de carburant.
Transport de troupes et de matériels - Largage[modifier]
La mission consiste à transporter des personnels ou du matériel sur un terrain proche de la ligne des opérations. En dehors de ses capacités d'emport, l'avion doit pouvoir être chargé et déchargé dans un temps très court, capable d'atterrir et de décoller sur des terrains courts et peu aménagés et éventuellement disposer de portes permettant le largage en vol du matériel ou le parachutage des personnels. L'hélicoptère est particulièrement adapté à cette mission en terrain difficile. Il permet aussi la récupération de troupes précédemment déposées.
École et entraînement - Patrouille acrobatique[modifier] La mission d'école de pilotage peut être assurée avec le même type d'appareil que pour l'aviation civile. La transition vers les appareils monoplace du type chasseur ou intercepteur nécessite des avions biplaces avec des performances aussi approchantes que possible. On a alors recours soit à des avions spécialement développés pour cette mission, soit à des versions biplaces de l'avion « réel ». Les patrouilles acrobatiques sont des formations destinées à sensibiliser le public aux métiers et au rôle des forces armées. Elles participent aux cérémonies nationales et à des actions de promotion. Les avions utilisés sont souvent des avions d'entraînement.
Spécificités des avions multi-missions Le coût de développement des avions de haute performances étant très élevé et lorsque le nombre d'appareils à produire est relativement faible les constructeurs proposent des avions multi-missions. Ces avions sont équipés de pods et de rails d'armement interchangeables. En fonction de la mission l'avion emportera des réservoirs supplémentaires, des pods contenant des équipements électroniques ou optiques variés, des bombes ou des missiles divers.
Spécificités des avions embarqués Les avions embarqués à bord des porte-avions sont équipés d'une crosse d'appontage et d'ailes repliables.
Spécificités des hélicoptères Le domaine de vol des hélicoptères, plus restreint que celui des avions, les rend plus adaptables à l'exécution de missions multiples. Ils sont aussi capables de se poser sur des navires et donc d'assurer des missions de liaison, de détection ou d'attaque à leur profit.
Institutions et organisations
Il existe une catégorie dédiée à ce sujet : Institution ou organisation aéronautique. L'aéronautique permettant le déplacement aérien et transfrontière de biens et personnes a très vite généré des entités chargées d'organiser cette activité sur le plan international afin de promouvoir des standards et des normes aussi bien au niveau des appareils qu'au niveau des équipages. L'activité aéronautique est aussi une composante de l'économie d'un pays et de nombreuses écoles ont pour but de former les cadres desusines de construction aéronautique, de l'industrie du transport aérien ou du contrôle de la navigation aérienne. Enfin, l'intérêt du grand public pour l'aéronautique a entraîné la création de nombreux musées qui lui sont dédiés ainsi que des salons et démonstrations aériennes.
Plus récemment, bien que - comme le transport maritime - non incluse dans le protocole de Kyoto, la contribution du transport aérien aux modifications climatiques est devenue un sujet de préoccupation international, en raison des émissions significatives de ces secteurs et en raison de leur forte croissance.
Technologie
Il existe une catégorie dédiée à ce sujet : Technologie aéronautique.
L'aéronautique expérimentale est à la pointe des secteurs de recherche et de l'industrie de l'armement, ce qui justifie ses budgets
L'aérodynamique est une des applications de la mécanique des fluides. Les équations permettent de modéliser et d'expliquer pourquoi unaérodyne peut se sustenter et se déplacer dans l'atmosphère. La catégorie inclut aussi une présentation des différents éléments d'un aéronef qui permettent l'application pratique des théories de l'aérodynamique : ailes, empennage, volets, hélice et rotors, etc. Les deux aéronefs les plus couramment utilisés sont, aujourd'hui, l'avion et l'hélicoptère. La catégorie types d'aéronef présente les concepts de plus légers que l'air et de plus lourds que l'air qui ont marqué l'histoire de l'aéronautique. Tous les aéronefs d'aujourd'hui sont propulsés soit par des moteurs à pistons (aviation légère), soit par des turbopropulseurs et turbine à gaz (petits avions de transport, hélicoptères), soit par des turboréacteurs (gros avions de transport, aviation militaire). La catégorie propulsion présente ces moyens et d'autres moins courants. Le déplacement d'un aéronef dans l'atmosphère fait appel à deux familles de technologies : celle permettant le pilotage, c'est-à-dire le contrôle de l'attitude de l'aéronef et, celle permettant le déplacement par rapport au sol, c'est-à-dire la navigation. Cette dernière catégorie n'est pas spécifique à l'aéronautique, nombre de technologies sont héritées de la navigation maritime complétées par les technologies les plus récentes, telle que la navigation par satellites (GPS), sont utilisées sur tous les types de mobiles. L'ensemble des technologies permettant à un aéronef de voler est regroupé dans la catégorie avionique. L'activité aéronautique est dépendante d'autres technologies telles que la connaissance de l'atmosphère terrestre et la météorologie et son anticipation.
La boîte noire
La couleur d'une boîte noire est orange, parfois même de couleur rouge, ceci dans le but de faciliter la localisation de cette dernière dans le cas de la survenue d'un accident. Elle decrite comme noire étant donné les circonstances en général catastrophiques dans lesquelles elle est citée. La boîte noire est un dispositif placé dans les avions, il enregistre les informations relatives au déroulement des vols. Ces informations permettent de déterminer les causes des incidents survenus durant les voyages et de découvrir les circonstances exactes des crashs lorsqu'ils ont lieu. Les matériaux de la boîte noire sont indestructibles, résistants au feu, qui peut aller jusqu'à 1100°, et à la pression de l'eau, à une profondeur allant jusqu'à 5000 mètres. La balise subaquatique peut continuer à émettre durant 30 jours même en immersion. La durée minimum règlementaire des enregistrements de la boîte est de 25 heures. Deux types de boîtes noires existent: celle appelée CVR ( Cockpit Voice Recorder), qui enregistre uniquement les conversations du cockpit du personnel navigant, et la FDR (Flight Data Recorder), qui enregistre toutes les données relatives au vol durant toute la durée du voyage. Étant donné que la partie arrière des avions est toujours la mieux conservée lors d'un crash, c'est à cet endroit que sont généralement placées les FDR. Ce sont les autorités chargées de la sécurité des airs qui ont pour mission de recueillir la boîte noire après un crash, afin d'essayer de reconstituer les derniers moments du vol.
Comment survivre à un crash d'avion? Le trafic aérien augmente de 4,5 % par an et les compagnies devraient voir doubler le nombre de leurs passagers en 2020. Conséquence : le risque d'accidents n'a jamais été aussi élevé. Mais, contrairement à ce l'on pense, il est possible de survivre à un crash. C'est même ce qui arrive dans 60 % des cas. Interrogeant des survivants et des scientifiques, ce documentaire étudie les circonstances de ces accidents et livre le kit de survie qui a permis à certains passagers de s'en sortir.
Comment volent les avions Une Description Physique de la Portance © par David Anderson et Scott Eberhardt Traduction de Philippe Marbaise
Presque tout le monde aujourd'hui a déjà pris l'avion. Beaucoup posent la simple question "Qu'est-ce qui permet à l'avion de voler"? La réponse qu'ils reçoivent le plus fréquemment est déroutante quand elle n'est pas carrément erronée. Nous espérons que les réponses fournies ici corrigeront beaucoup d'idées fausses à propos de la portance et que vous adopterez notre explication quand vous devrez l'expliquer à d'autres. Nous allons vous montrer qu'il est plus facile de comprendre la portance quand on démarre avec Newton plutôt qu'avec Bernoulli. Nous allons aussi vous montrer que l'explication la plus populaire que la plupart d'entre nous ont appris, est déroutante au possible et que la portance est due au fait que l'aile dévie l'air vers le bas. Commençons par définir les trois descriptions de la portance les plus utilisées dans les livres et les manuels. La première consiste en ce que nous appellerons la Description Aérodynamique Mathématique utilisée par les ingénieurs en aéronautique. Cette description utilise des opérations complexes et/ou des simulations par ordinateur pour calculer la portance générée par une aile. Il s'agit d'outils de conception efficace lorsqu'il s'agit de calculer la portance mais qui ne permettent pas d'avoir une compréhension intuitive du vol. La seconde description, que nous appellerons la Description Populaire, s'appuie sur le principe de Bernoulli. Le premier avantage de cette description est qu'elle est facile a comprendre et qu'elle a été enseignée pendant des années. A cause de sa simplicité, elle est utilisée pour décrire la portance dans la plupart des manuels. Son principal désavantage est qu'elle repose sur le "principe des temps de transitions égaux" qui est fausse. Cette description se concentre sur la forme de l'aile et empêche la compréhension d'important phénomènes tel que le vol inversé, la puissance, l'effet de sol et la dépendance de la portance avec l'angle d'incidence de l'aile. La troisième définition que nous défendons ici, nous l'appelons la Description Physique de la portance. Cette description est basée principalement sur les lois de Newton. La description physique est utile pour comprendre le vol, et est accessible à tous ceux qui veulent en savoir plus. Un peu de mathématique est nécessaire pour effectuer une estimation des nombreux phénomènes associés au vol. Cette description apporte une compréhension claire et intuitive de phénomènes tel que la courbe de puissance, l'effet de sol, et les décrochages à haute vitesse. Cependant, contrairement à la description aérodynamique mathématique, la description physique ne donne pas des possibilités de conception ou de simulation.
La description populaire de la portance On enseigne aux étudiants en Physique et en Aérodynamique qu'un avion vole par application du principe de Bernoulli, qui dit que si la vitesse de l'air augmente la pression diminue. Donc une aile génère de la portance parce que l'air se déplace plus vite sur le dessus créant ainsi une zone de basse pression, et donc de la portance. Cette explication satisfait généralement les curieux et peu sont ceux qui osent remettre ces conclusions en question. Certains se demandent pourquoi l'air se déplace plus vite sur le dessus de l'aile et c'est à ce moment que l'explication populaire se démonte.
Afin d'expliquer pourquoi l'air se déplace plus vite sur l'extrados de l'aile, nombreux sont ceux qui s'appuient sur l'argument géométrique qui veut que la distance que l'air doit parcourir est directement liée à sa vitesse. L'argument habituel étant que quand l'air se sépare au bord d'attaque, la partie qui passe par l'extrados doit correspondre avec la partie qui parcoure l'intrados. C'est le fameux "principe des temps de transition égaux". Comme argumenté par Gail Craig (Stop Abusing Bernoulli! How Airplanes Really Fly, Regenerative Press, Anderson, Indiana, 1997), supposons que cet hypothèse soit vraie. La vitesse moyenne de l'air sur et sous l'aile peut aisément être déterminée parce que nous pouvons mesurer les distances, donc calculer les vitesses. Du théorème de Bernoulli, nous pouvons déterminer les forces de pression et donc la portance. Si nous effectuons un calcul simple, nous trouvons que pour générer la portance nécessaire pour un petit avion normal, la longueur de l'extrados devrait être 50% plus longue que la longueur de l'intrados. La Figure 1 montre à quoi ressemblerai le profil de l'aile dans ce cas. Maintenant, imaginez ce à quoi une aile de Boeing 747 devrait ressembler!
Fig. 1 Forme de l'aile tel que définie par le principe des temps de transitions égaux
Si on considère l'aile d'un petit avion standard, dont la surface supérieure n'est plus longue que de 1.5 à 2.5% par rapport à sa surface inférieure, nous découvrons qu'un Cessna 172 devrait voler à plus de 600 km/h pour générer suffisamment de portance. Il est évident que quelque chose dans cette description de la portance ne vas pas. Mais, qui a dit qu'il fallait que les deux flux d'air devait absolument se rejoindre au bord de fuite en même temps? La Figure 2 montre le flux d'air sur une aile dans une soufflerie simulée. Dans la simulation, de la fumée colorée est introduite régulièrement. On remarque que l'air passant sur l'extrados arrive bien avant celui qui passe en dessous de l'aile. En fait, une inspection minutieuse montre que l'air passant sous l'aile est ralenti du "courant libre" de l'air. C'en est trop pour le principe des temps de transition égaux.
Fig. 2 Simulation du flux d'air sur une aile en soufflerie, avec "fumée" colorée pour montrer l'accélération et la décélération de l'air.
L'explication populaire implique aussi l'impossibilité du vol inversé. Elle s'applique encore moins aux avions de voltige avec des ailes à profil symétrique (La surface supérieure et inférieure ont la même longueur), ou comment une aile réagi pendant les grands changements de charge tel qu'un piqué ou pendant un virage serré. Alors, pourquoi l'explication populaire a-t-elle prévalu pendant si longtemps? Une réponse est que le principe de Bernoulli est facile a comprendre. Il n'y a rien de faux dans le principe de Bernoulli en ce qui concerne le fait que l'air se déplace plus vite sur le dessus de l'aile. Mais, comme le suggère l'explication précédente, notre compréhension ne peut être complète avec cette explication. Le problème est qu'il nous manque un élément vital quand nous appliquons le principe de Bernoulli. Nous
pouvons calculer la pression autour de l'aile si nous connaissons la vitesse de l'air au dessus et en dessous de l'aile, mais comment déterminer la vitesse? Un autre raccourci de l'explication populaire est que la notion de travail est ignorée. La portance réclame de la puissance (qui est un certain montant de travail par unité de temps). Comme nous le verrons plus tard, la compréhension de la puissance est la clé qui permet de comprendre beaucoup des phénomènes intéressants de la portance.
Les Lois de Newton et la Portance Alors, comment une aile génère-t-elle de la portance? Pour commencer à comprendre la portance, nous devons retourner dans nos cours de physique du collège et réviser les première et troisième lois de Newton.(Nous introduirons la deuxième loi un petit peu plus tard). La première loi de Newton stipule qu'un corps au repos reste au repos, et qu'un corps en mouvement continue en suivant un mouvement rectiligne à moins qu'il soit soumis à l'application d'une force extérieure. Cela signifie que si l'on observe une déviation dans le flux de l'air, ou que si l'air à l'origine au repos est accéléré en mouvement, une force y a donc été imprimée. La troisième loi de Newton stipule que pour chaque action il existe une réaction opposée de force égale. Par exemple, un objet qui repose sur une table exerce une force sur cette table (son poids) et la table applique une force égale et opposée sur l'objet qu'elle soutient. De façon à générer de la portance, l'aile doit faire quelque chose à l'air. Ce que fait l'aile sur l'air est l'action tandis que la portance est la réaction. Comparons les deux Figures utilisée pour montrer les flux d'air (ligne de courants) autour d'une aile. Sur la Figure 3 l'air arrive en ligne droite sur l'aile, la contourne, et continue en ligne droite derrière l'aile. Nous avons tous déjà vu des images similaires, et ce même dans des manuels de vol. Mais, l'air quitte l'aile dans le même état qu'il était à l'avant de l'aile. Il n'y a donc pas d'action nette sur l'air donc il ne peut y avoir de portance! La figure 4 montre les ligne de flux comme elle devrait être dessinée. L'air passe au dessus de l'aile et est dévié vers le bas. La déviation de l'air est l'action. La réaction est la portance de l'aile.
Fig. 3 Illustration commune du flux d'air autour d'une aile. Cette aile ne porte pas.
Fig. 4 Véritable flux d'air autour d'une aile générant de la portance, montrant le flux montant et le flux descendant.
L'aile en tant que pompe Comme le suggère les lois de Newton, l'aile doit modifier quelque chose dans l'air pour obtenir de la portance. Des modifications du moment de l'air résultera des forces sur l'aile. Pour générer de la portance, l'aile doit dévié de l'air vers le bas, beaucoup d'air. La portance d'une aile est égale à la modification du moment de l'air qu'elle dévie vers le bas. Le moment est le produit de la masse par la vitesse. La portance d'une aile est donc proportionnelle à la quantité d'air dévié vers le bas multipliée par la vitesse verticale de cet air. C'est aussi simple que cela. (Ici nous avons utilisé une version dérivée de la seconde loi de Newton qui lie l'accélération d'un objet à sa masse ainsi qu'à la force qui y est appliquée, F=m.a) Pour obtenir plus de portance, l'aile peut soit dévier plus d'air (masse) ou augmenter la vitesse verticale de cet air. Cette vitesse verticale
derrière l'aile est appelée " flux descendant ". La figure 5 montre comment le flux descendant apparaît du point de vue du pilote.(ou dans une soufflerie) la figure montre aussi comment le flux descendant pourrait être visualisé par un observateur au sol qui regarde l'aile avancer. Pour le pilote, l'air quitte l'aile en suivant en gros son angle d'attaque. Pour l'observateur au sol, s'il était capable de voir l'air, l'air semblerai quitter l'aile presque verticalement. Plus l'angle d'attaque augmente, plus la vitesse verticale est élevée. De même, si pour le même angle d'attaque la vitesse de l'aile augmente, la vitesse verticale est aussi augmentée. Ainsi schématiquement, aussi bien l'augmentation de vitesse que l'augmentation de l'angle d'attaque participent à l'allongement de la flèche représentant la vitesse verticale. C'est cette vitesse verticale qui donne à l'aile sa portance.
Fig. 5 Comment le flux descendant apparaît au pilote et à l'observateur au sol.
Comme établi précédemment, un observateur au sol verrait l'air descendre derrière l'avion. Cela peut être aisément démontré en observant l'étroite colonne d'air formée derrière une hélice, un ventilateur domestique ou sous le rotor d'un hélicoptère, qui ne sont rien d'autres que des ailes en rotation. Si l'air sortait des pales avec un certain angle, l'air en mouvement aurait la forme d'un cône plutôt qu'une étroite colonne. Si l'avion venait à survoler une balance géante, la balance enregistrerait le poids de l'avion.
Effet du vent généré par un rotor.
Si nous estimons la moyenne de la composante verticale du flux descendant pour un Cessna 172 qui se déplace à 110 noeuds comme étant égale à plus ou moins 9 noeuds, alors pour générer les 1000 kg de portance nécessaire l'aile devrait pomper un paquet de 2.5 tonnes d'air à chaque seconde! En fait, comme nous en parlerons plus tard, cette estimation s'avérera trop faible selon un facteur de deux. La quantité d'air dévié vers le bas par un Boeing 747 pour générer assez de portance pour son poids au décollage de 362000 kg est réellement incroyable. Pomper ou dévier autant d'air vers le bas est un argument fort contre une portance résultant seulement d'un effet de surface comme sous-entendu par l'explication populaire. En fait, afin de pouvoir dévier 2,5 tonnes /sec, l'aile du Cessna 172 doit accélérer l'air compris au dessus de l'aile jusqu'à 2m75 de celle-ci. (L'air pèse +/- 1 kg par mètre carré au niveau de la mer) La Figure 6 illustre l'effet de la déviation de l'air vers le bas exercé par une aile. Un trou béant est embouti dans le brouillard par le flux descendant généré par l'avion qui le survole.
Fig. 6 Flux descendant et vortex de l'aile dans le brouillard (Photographe Paul Bowen, courtoisie de Cessna Aircraft Co.)
Mais comment une aile aussi fine peut-elle dévier autant d'air ? Quand l'air contourne le sommet de l'aile, il tire sur l'air se situant au dessus de lui et accélère cet air vers le bas, sinon il y aurait des vides au dessus de l'aile. L'air est tiré d'en haut pour éviter les vides. Cette traction entraîne la diminution de la pression au dessus de l'aile. C'est l'accélération de l'air au dessus de l'aile en direction du flux descendant qui génère la portance. (Pourquoi l'aile dévie l'air avec assez de force sera discuté dans la prochaine section). Comme nous avons vu sur la Figure 4, une complication dans l'image de l'aile est l'effet de " flux montant " au bord d'attaque de l'aile. Comme l'aile se déplace, l'air est non seulement dévié vers le bas à l'arrière de l'aile mais est aussi attiré vers le haut au bord d'attaque. Ce flux montant contribue à une portance négative et plus d'air doit être dévié vers le bas pour compenser. Nous aborderons ce point à nouveau lorsque nous considérerons l'effet de sol. Normalement, si on regarde l'air s'écouler sur l'aile dans le cadre de référence de l'aile. En d'autres mots comme le pilote, l'air se déplace et l'aile est fixe. Nous avons déjà établi que pour un observateur au sol l'air semble sortir de l'aile presque verticalement. Mais que fait l'air au dessus et en dessous de cette aile? La Figure 7 montre un instantané des mouvement des molécules d'air au moment ou l'aile passe. Rappelez vous que c'est l'air qui était au repos au départ et que c'est l'aile qui se déplace. En avant du bord d'attaque, l'air se déplace vers le haut (flux montant). Au bord de fuite, l'air est dévié vers le bas(flux descendant). Au dessus de l'aile, l'air est accéléré vers le bord de fuite. En dessous, l'air est à peine accéléré vers l'avant voire pas du tout.
Fig. 7 Direction des déplacement d'air autour d'une aile du point de vue d'un observateur au sol.
Dans la description aérodynamique mathématique de la portance cette rotation de l'air autour de l'aile donne naissance au modèle dit du "vortex intégré " ou de " circulation ". Les origines de ce modèle, et les opérations mathématique complexes qui y sont associées, conduisent à une compréhension immédiate des forces agissant sur une aile. Cependant, les mathématiques employées exigent des étudiants en aérodynamique un certain temps avant d'être maîtrisées.
Ce que nous observons à partir de la figure 7 est que la surface supérieure de l'aile fait beaucoup plus pour déplacer l'air que l'inférieure. La surface supérieure est donc la surface la plus critique. Ainsi, les avions peuvent transporter des charges extérieures, telles que des réservoir largable, sous les ailes mais pas au dessus car elle interféreraient avec la portance. C'est aussi pour cela que les haubans en dessous des ailes sont courantes alors que les haubans au dessus de l'aile ont été si rare dans le passé. Un hauban, ou n'importe quelle obstruction, sur le sommet de l'aile interférerait avec la portance.
L'emport de charge sous voilure interfère moins avec la portance.
L'air a une viscosité La question évidente est " comment l'aile dévie l'air vers le bas ? ". Quand un fluide en mouvement, tel que l'air ou l'eau, entre en contact avec une surface courbe il aura tendance à suivre cette surface. Pour démontrer cet effet, tenons un verre d'eau horizontalement en dessous d'un robinet de telle façon qu'un mince filet d'eau touche juste le côté du verre. Au lieu de continuer de couler vers le bas, la présence du verre conduit l'eau à s'enrouler autour du verre comme illustré par la figure 8. Cette tendance des fluides à suivre une surface courbe est connu comme étant l'effet Coanda. De la première loi de Newton nous savons que pour que le fluide s'enroule il doit y avoir une force qui agit dessus. De la troisième loi de Newton, nous savons que le fluide doit exercer une force égale et opposée sur l'objet qui cause la déviation du fluide.
Fig. 8 L'effet Coanda
Pourquoi un fluide devrait-il suivre une surface courbe ? La réponse est la viscosité : la résistance à l'avancement qui donne à l'air une sorte d' " adhérence ". La viscosité de l'air est très faible mais est suffisante pour que les molécules d'air se collent à la surface. La vitesse relative entre la surface et les molécules d'air les plus proche est absolument nulle.( C'est pour cette raison que la poussière reste sur les voitures et pourquoi il y a de la poussière sur l'arrière des pales d'un ventilateurs dans une soufflerie.) Un peu au dessus de la surface, le fluide a un peu de vitesse. Plus on s'éloigne de la surface, plus la vitesse du fluide s'élève jusqu'à atteindre la vitesse du flux extérieur.
La portance comme fonction de l'angle d'attaque Il y a beaucoup de type d'aile : conventionnelle, symétrique, conventionnelle en vol inversé, les ailes des premiers biplans qui ressemblent à des plaques tordues, et même la très connue "porte de grange". Dans tous les cas, l'aile dévie l'air vers le bas ou plus exactement tire l'air du dessus vers le bas. Ce que toutes les ailes ont en commun est leur angle d'attaque par rapport à l'air qu'elles traversent. C'est cet angle d'attaque qui est le premier paramètre déterminant de la portance. La portance d'une aile inversée peut être expliquée grâce à son angle d'attaque, et ce malgré l'apparente
contradiction avec l'explication populaire s'appuyant sur le principe de Bernoulli. Le pilote ajuste l'angle d'attaque pour ajuster la portance à la vitesse et à la charge. L'explication populaire de la portance qui se concentre sur la forme de l'aile ne donne au pilote que la possibilité d'adapter la vitesse. Pour mieux comprendre le rôle de l'angle d'attaque il est utile d'introduire un " véritable " angle d'attaque, définit de telle façon que l'angle de l'aile par rapport à l'axe du vent donnant une portance nulle soit définit comme étant zéro degrés. Si on change l'angle d'attaque aussi bien vers le haut ou vers le bas, on remarque que la portance est proportionnelle à cet angle. La Figure 9 montre le coefficient de portance (portance normalisée à la taille de l'aile) pour une aile standard en fonction de l'angle d'attaque effectif. Une relation similaire entre portance et angle d'attaque peut être trouvée pour toute les ailes, indépendamment de leur conception. C'est aussi vrai pour une aile de 747 que pour une porte de grange. Le rôle de l'angle d'attaque est plus important que les détails de la forme du profil dans la compréhension de la portance.
Généralement, la portance commence à décroître à partir d'un angle d'attaque de 15 degrés. Les forces nécessaires pour dévier l'air à un angle aussi grand sont plus grandes que ce que la viscosité de l'air peut supporter, et l'air commence à se séparer de l'aile . Cette séparation du flux d'air du dessus de l'aile est un décrochage.
L'aile comme une " écope " à air Nous voudrions introduire une nouvelle image mentale de l'aile. Nous sommes habitués à imaginer l'aile comme une fine lame qui découpe l'air et développe de la portance comme par magie. La nouvelle image que nous voudrions vous faire adopter est celle d'une aile comme une écope déviant une certaine quantité d'aile de l'horizontale à plus ou moins l'angle d'attaque , comme montrer à la figure 10. Cette écope peut être décrite comme une structure invisible montée sur l'aile à la fabrication. La longueur de cette écope est égale à la longueur de l'aile et sa hauteur plus ou moins égale à la corde de l'aile (distance du bord d'attaque au bord de fuite de l'aile). La quantité d'air interceptée par cette écope est proportionnelle à la vitesse de l'avion et à la densité de l'air, et rien d'autre.
Fig. 10 L'aile en tant qu'écope.
Comme établi précédemment, la portance d'une aile est proportionnelle à la quantité d'air déviée vers le bas multiplié par la vitesse verticale de cet air. Si l'avion augmente sa vitesse, l'écope dévie plus d'air. Tant que la charge sur l'aile, c'est-à-dire le poids de l'avion, n'augmente pas la vitesse verticale de l'air dévié doit être diminuée proportionnellement. Ainsi, l'angle d'attaque est diminué pour maintenir une portance constante. Quand l'avion prend de l'altitude, l'air devient moins dense et l'écope dévie moins d'air pour une vitesse identique. Donc pour compenser l'angle d'attaque doit être augmenter. Les principes de cette section vont être utilisés pour comprendre la portance d'une manière non réalisable avec l'explication populaire.
La portance à besoin de puissance Quand un avion passe au travers d'un air précédemment calme il se retrouve avec une vitesse verticale négative. Ainsi, l'air se trouve en mouvement après le passage de l'avion. L'air a donc reçu de l'énergie. La puissance est de l'énergie, ou travail par unité de temps. Donc la portance doit avoir
besoin de puissance. Cette puissance est fournie par le moteur de l'avion ( ou par la gravité et les thermiques pour un planeur ). Combien de puissance avons-nous besoin pour voler ? La puissance nécessaire pour la portance est le travail ( énergie ) par unité de temps et est proportionnel à la quantité d'air dévié vers le bas multipliée par la vitesse de cet air dévié au carré. Nous avons déjà établi que la portance d'une aile est proportionnelle à la quantité d'air dévié vers le bas multiplié par la vitesse verticale de cet air. Ainsi, la puissance nécessaire pour porter l'avion est proportionnelle à la charge (ou poids ) multipliée par la vitesse verticale de l'air. Si la vitesse de l'avion est doublée, la quantité d'air déviée vers le bas double. L'angle d'attaque doit alors être diminué pour obtenir une vitesse verticale équivalent à la moitié de l'angle original pour obtenir la même portance. La puissance nécessaire pour la portance a été divisée par deux. Cela montre que la puissance nécessaire à la portance diminue quand la vitesse de l'avion augmente. En fait, nous avons montré que la puissance nécessaire pour créer la portance est proportionnelle à un divisé par la vitesse de l'avion. Cependant, nous savons tous que pour aller plus vite (en vitesse) nous devons appliquer plus de puissance. Donc il doit y avoir plus à alimenter que la puissance nécessaire à la portance. La puissance associée à la portance, comme décrit précédemment, est souvent appelé la puissance " induite ". La puissance est aussi nécessaire pour contrecarré ce que nous appelons la traînée " parasite ", qui est la traînée associée au déplacement des roues, haubans, antennes, etc... dans l'air. L'énergie que l'avion transmet à une molécule d'air à l'impact est proportionnelle à la vitesse au carré. Le nombre de molécules atteinte en une fois est proportionnelle à la vitesse. Ainsi la puissance parasite nécessaire pour vaincre la traînée parasite augmente avec la vitesse au cube. La Figure 11 montre la courbe de puissance induite, de puissance parasite et le total de puissance qui est la somme de la puissance induite avec la puissance parasite. De nouveau, la puissance induite est égale à un sur la vitesse et la puissance parasite est égale à un sur la vitesse au cube. A basse vitesse, les besoins en énergie nécessaire au vol sont dominés par la puissance induite. Plus lent est le vol, plus faible est la quantité d'air dévié et donc plus l'angle d'attaque doit être augmenté pour maintenir la portance. Les pilotes pratique le vol sur " l'arrière de la courbe de puissance ", de fait, ils reconnaissent que l'angle d'attaque et la puissance nécessaire pour rester en l'air à basse vitesse est considérable.
Fig. 11 Besoin en puissance par rapport à la vitesse.
En vitesse de croisière, les besoins en puissance sont dominés par la puissance parasite. Comme cela évolue à la vitesse au cube une augmentation de la taille du moteur permettra un taux de montée plus rapide mais n'améliorera que peu la vitesse de croisière de l'avion. Depuis que nous savons comment les besoins en puissance varie avec la vitesse, nous pouvons comprendre la traînée, qui est une force. La traînée est simplement de la puissance divisée par la vitesse. La Figure 12 montre la puissance induite, parasite et totale en fonction de la vitesse. Ici la traînée induite varie selon un sur la vitesse au carré et la traînée parasite comme la vitesse au carré. En regardant ces courbes, on peut déduire certaines choses à propos de comment les avions sont conçus. Les aéroplanes plus lent, comme les planeurs, sont conçus pour diminuer la
traînée induite (ou puissance induite), qui domine à basse vitesse. Les aéroplanes plus rapides sont plus concernés par la traînée parasite (ou puissance parasite).
Fig.12 La traînée en fonction de la vitesse.
L'efficacité de l'aile. En vol de croisière, une quantité non négligeable de la traînée d'une aile moderne est de la traînée induite. La traînée parasite d'une aile de Boeing 747, qui domine en vol de croisière, est seulement égale à celle d'un câble de 1 cm de diamètre de la même longueur. Nous pouvons nous demander ce qui affecte l'efficacité d'une aile. Si la longueur de l'aile venait à être doublée, la taille de notre écope doublerais aussi, déviant deux fois plus d'air. Donc, pour la même portance, la vitesse verticale (et donc l'angle d'attaque) devrait être réduit de moitié. Donc l'efficacité de la portance est proportionnelle à un sur la longueur de l'aile. Plus l'aile est longue, moins nous avons besoin de puissance induite pour produire la même portance, malgré que cela soit obtenu avec une augmentation de la traînée parasite. Les aéroplanes lents sont plus affectés par la traînée induite que les aéroplanes rapides et donc dispose de plus longue ailes. C'est pourquoi les planeurs, qui évoluent à basse vitesse, ont de si longues ailes. Les chasseurs supersoniques, d'un autre côté, subissent les effets de la traînée parasite plus que nos avions d'entraînements lents. De ce fait, les aéroplanes rapides ont des ailes plus courtes pour diminuer la traînée parasite. Une fausse croyance soutenues par certains dit que la portance n'a pas besoin de puissance. Cela vient de l'aéronautique dans les études sur la théorie des tronçons d'ailes idéaux (profils). Quand on parle d'un profil, c'est dans le cas d'une aile avec une envergure infinie. Comme nous avons vu que la puissance nécessaire à la portance est proportionnelle à un sur la longueur de l'aile, une aile de longueur infinie n'a pas besoin de puissance pour porté. Si la portance n'avait pas besoin d'énergie, les avions auraient la même portée à plein comme à vide. De plus, les hélices (qui ne sont que des ailes rotatives) n'auraient besoin d'aucune énergie pour fournir la traction. Malheureusement, nous vivons dans le monde réel où aussi bien la portance que la propulsion demande de la puissance.
Puissance et charge alaire. Considérons maintenant la relation entre charge alaire et puissance. Avons nous besoin de plus de puissance pour transporter plus de passager et de cargo? Et, est-ce que la charge affecte la vitesse de décrochage ? A vitesse constante, si la charge alaire augmente, la vitesse verticale doit être augmentée pour compenser. Cela est fait par l'augmentation de l'angle d'attaque. Si le poids totale l'avion était doublé (disons dans un virage sous 2-g) la vitesse verticale de l'air est doublée pour compenser l'augmentation de la charge alaire. La puissance induite est proportionnelle à la charge multipliée par la vitesse verticale de l'air dévié, qui ont tous deux doublés. Ainsi, la puissance induite nécessaire à été augmentée par un facteur de quatre ! La même chose serait vraie si le poids de l'avion était doublé par l'ajout de carburant, etc... Une façon de mesurer la puissance totale est de regarder le taux de consommation de carburant. La Figure 13 montre la consommation en carburant par rapport au poids total pour un gros avion de transport se déplaçant à vitesse constante( obtenue à partir de donnée récente). Comme la vitesse est constante, la modification de la consommation est due à la modification de la puissance induite.
Les données sont affecté d'une constante (puissance parasite) et par un terme qui évolue en suivant le carré de la charge. Ce second terme est juste ce que nous avons prédit dans notre discussion Newtonienne à propos de l'effet de la charge sur la puissance induite.
Fig. 13 Consommation de carburant par rapport à la charge pour un gros avion de transport évoluant à vitesse constante.
L'augmentation de l'angle d'attaque lorsqu'il y a augmentation de la charge à une conséquence autre que juste le besoin de plus de puissance. Comme illustré par la Figure 9, une aile pourra décrocher quand l'air ne pourra plus suivre la surface supérieure, c'est-à-dire, lorsque l'angle d'attaque critique sera atteint. La figure 14 montre l'angle d'attaque auquel une aile décroche en fonction de la vitesse pour une charge fixe lors d'un virage à 2-g. L'angle d'attaque auquel l'avion décroche est constant et ne dépend pas de la charge de l'aile. La vitesse de décrochage augmente comme la racine carrée de la charge. Ainsi augmenter la charge dans un virage à 2-g augmente la vitesse à laquelle l'avion décrochera de presque 40%. Une augmentation d'altitude augmentera encore plus l'angle d'attaque lors d'un virage à 2-g. C'est pourquoi les pilotes s'entraînent au " décrochage accéléré " qui démontre qu'un avion peu décrocher à n'importe quelle vitesse. Quelque soit la vitesse il y a une charge qui pourra conduire à un décrochage.
Fig. 14 Angle d'attaque par rapport à la vitesse pour un niveau de vol constant dans un virage à 2-g.
Les vortex d'ailes Certains peuvent se demander à quoi peut bien ressemble le flux descendant d'une aile. Le flux descendant " sort " de l'aile comme une feuille et sa forme est liée à la distribution de la charge sur l'aile. la Figure 15 illustre, via la condensation, la distribution de portance d'un avion pendant une manoeuvre à haut facteur de charge. De l'illustration, nous pouvons voir que la distribution de portance évolue de l'emplanture de l'aile jusqu'au saumon. Ainsi, la quantité d'air dans le flux descendant doit aussi évoluer le long de l'aile. La portion d'aile située près de l'emplanture " écope " plus d'air que celle située à l'extrémité. Comme l'emplanture dévie autant d'air, l'effet évident est que la feuille de flux descendant va commencer à s'enrouler vers l'extérieur autour d'elle même, tout comme l'air s'enroule autour du sommet de l'aile à cause du changement de vitesse de l'air . C'est le vortex de l'aile. L'étroitesse de l'enroulement du vortex de l'aile est proportionnel au taux de modification de la portance le long de l'aile. A l'extrémité de l'aile la portance devient rapidement nulle causant l'enroulement le plus étroit. C'est le vortex d'extrémité d'aile qui est juste une petite partie (la plupart
du temps visible) du vortex de l'aile. Revenons à la Figure 6, nous pouvons remarquer clairement le développement des vortex d'ailes ainsi que les vortex d'extrémités.
Fig.15 Condensation montrant la distribution de portance le long d'une aile. Les vortex d'aile sont aussi visible. (extrait de Patterns in de Sky, J .F. Campbell et J.R. Chanbers, NASA SP-514.)
Les Winglets (ces petites extension verticales à l'extrémité de certaines ailes) sont utilisés pour améliorer l'efficacité d'une aile en augmentant la longueur effective de l'aile . La portance sur une aile normale doit atteindre zéro à l'extrémité parce que le dessous et le dessus se rejoignent autour du bout. Les winglets empêchent cette communication de telle façon que la portance peut s'étendre plus loin sur l'aile. Comme l'efficacité d'une aile augmente avec sa longueur, cela contribue à augmenter l'efficacité. Le piège est que la conception de winglets est difficile et qu'il peuvent faire plus de mal que de bien lorsqu'ils ne sont pas bien conçus.
L'effet de sol. Un autre phénomène commun mal compris est l'effet de sol. Il s'agit de l'augmentation de l'efficacité d'une aile quand elle vole à une altitude inférieure à la longueur de sa corde par rapport au sol. Un avion à aile basse va subir une diminution de traînée de 50% juste avant de toucher le sol. Il y a un certain nombre de confusion à propos de l'effet de sol. Beaucoup de pilotes ( et l'Exam-O-Gram n°47 de la FAA VFR) croient à tort que l'effet de sol résulte de la compression de l'air entre l'aile et le sol. Pour comprendre l'effet de sol il est nécessaire d'avoir bien compris ce qu'est le flux montant. Pour les pressions concernées par le vol à basse vitesse, l'air est considéré comme incompressible. Quand l'air est accéléré au dessus de l'aile et dévié vers le bas, il doit être remplacé. Donc une certaine quantité d'air doit se déplacer autour de l'aile (en dessous et vers l'avant puis vers le haut) pour compenser, de la même façon que l'eau autour d'une pagaïe de canoe quand on rame. C'est ce qui est la cause du flux montant. Comme établi précédemment, le flux montant accélère l'air dans le mauvais sens pour la portance. Donc une plus grande quantité de flux descendant est nécessaire pour compenser le flux montant en même temps qu'il produit la portance nécessaire. Ainsi plus de travail est fait et donc plus d'énergie est nécessaire. Près du sol, le flux montant est réduit car le sol atténue la circulation de l'air autour de l'aile. Donc moins de flux descendant est nécessaire pour fournir la portance. L'angle d'attaque est réduit et donc la puissance induite, rendant l'aile plus efficace. Précédemment, nous avions estimé qu'un Cessna volant à 200 km/h noeuds doit dévié à peu près 2.5 tonnes d'air par seconde pour obtenir sa portance. Dans nos calculs, nous avions négligé le flux montant. De l'importance de l'effet de sol, il est clair que la quantité d'air est probablement plus proche de 5 tonnes d'air dévié par seconde.
Le kérosène : le carburant de l'aviation
Produit du raffinage, on l'obtient par soutirage pendant la distillation et cette coupe a un point initial (PI) de distillation de 150°C (ou de 180°C) et un point final (PF) de distillation de 225 à 250°C. Il doit être exempt de soufre. Son usage en aviation est principalement dû à son fort pouvoir énergétique, qui autorise une plus grande autonomie à masse embarquée égale, ou, en d'autres termes, qui permet d'alléger la masse totale à emporter à autonomie constante. Mais il est surtout utilisé aussi dans l'aviation à cause de son point de congélation très bas, inférieur à -50°C, car, en haute altitude, il serait fâcheux que le carburant soit congelé. À 11 000 mètres d'altitude, on trouve souvent des températures extérieures à -65°C.
Forces aériennes royales (Maroc) Histoire Fondée le 14 mai 1956, et disposant à l'origine d'hélicoptères et d'avions de transport d'origine française et américaine, les Forces royales air marocaines obtinrent leurs premiers avions à réaction de l'Union soviétique et la France en février 1961. Il s'agissait de douze MiG-17F deux MiG-15 UTI et 4 Il-28 Beagle, accompagnés par un premier groupe de cent instructeurs de l'Armée rouge et 24 CM-170R (Ex-AdA et Luftwaffe). Mais durant la guerre des sables de 1963, l'Union soviétique soutint l'Algérie : cela conduisit à une rupture des relations avec Moscou. Depuis cette date, Paris et Washington sont les principaux fournisseurs du Royaume. En 1973, les forces royales de l'air ont été engagées dans la guerre du Kippour avec leurs Northrop F-5 Freedom Fighter. En 1978, les Forces aériennes royales ont participé à l'opération de libération des otages de Kolwezi, au Zaïre (aujourd'hui République démocratique du Congo), de Mobutu. Leurs escadrons parachutiste ont contribué à la reprise de la ville, qui était aux mains de la rébellion katangaise. En 1991, lors de l'opération tempête du désert en Irak, le Maroc a envoyé une unité symbolique pour renforcer la sécurité du roi Fahd d'Arabie saoudite. Aujourd'hui elles possèdent 16 000 hommes (élite, commandos de l'air,pilotes, mécaniciens, surveillance, etc.) et sont suffisamment équipées et entrainées pour faire face à n'importe quelle menace d'agression contre le Maroc ou ses intérêts. Outre la surveillance du territoire marocain, les FAR sont tenues de réagir contre une agression au mur de défense au Sahara occidental, participent à la lutte anti-
drogue, à la lutte contre l'immigration clandestine, à la lutte anti-acridien et incendie, aux opérations de maintien de la paix en Côte d'Ivoire, en Casamance, au Tchad, au Niger, et à la République démocratique du Congo.Histoire[modifier]
Fondée le 14 mai 1956, et disposant à l'origine d'hélicoptères et d'avions de transport d'origine française et américaine, les Forces royales air marocaines obtinrent leurs premiers avions à réaction de l'Union soviétique et la France en février 1961. Il s'agissait de douze MiG-17F deux MiG-15 UTI et 4 Il-28 Beagle, accompagnés par un premier groupe de cent instructeurs de l'Armée rouge et 24 CM-170R (Ex-AdA et Luftwaffe). Mais durant la guerre des sables de 1963, l'Union soviétique soutint l'Algérie : cela conduisit à une rupture des relations avec Moscou. Depuis cette date, Paris et Washington sont les principaux fournisseurs du Royaume. En 1973, les forces royales de l'air ont été engagées dans la guerre du Kippour avec leurs Northrop F-5 Freedom Fighter. En 1978, les Forces aériennes royales ont participé à l'opération de libération des otages de Kolwezi, au Zaïre (aujourd'hui République démocratique du Congo), de Mobutu. Leurs escadrons parachutiste ont contribué à la reprise de la ville, qui était aux mains de la rébellion katangaise. En 1991, lors de l'opération tempête du désert en Irak, le Maroc a envoyé une unité symbolique pour renforcer la sécurité du roi Fahd d'Arabie saoudite. Aujourd'hui elles possèdent 16 000 hommes (élite, commandos de l'air,pilotes, mécaniciens, surveillance, etc.) et sont suffisamment équipées et entrainées pour faire face à n'importe quelle menace d'agression contre le Maroc ou ses intérêts. Outre la surveillance du territoire marocain, les FAR sont tenues de réagir contre une agression au mur de défense au Sahara occidental, participent à la lutte anti-drogue, à la lutte contre l'immigration clandestine, à la lutte anti-acridien et incendie, aux opérations de maintien de la paix en Côte d'Ivoire, en Casamance, au Tchad, au Niger, et à la République démocratique du Congo. Fondée le 14 mai 1956, et disposant à l'origine d'hélicoptères et d'avions de transport d'origine française et américaine, les Forces royales air marocaines obtinrent leurs premiers avions à réaction de l'Union soviétique et la France en février 1961. Il s'agissait de douze MiG-17F deux MiG-15 UTI et 4 Il-28 Beagle,
accompagnés par un premier groupe de cent instructeurs de l'Armée rouge et 24 CM-170R (Ex-AdA et Luftwaffe). Mais durant la guerre des sables de 1963, l'Union soviétique soutint l'Algérie : cela conduisit à une rupture des relations avecMoscou. Depuis cette date, Paris et Washington sont les principaux fournisseurs du Royaume. En 1973, les forces royales de l'air ont été engagées dans la guerre du Kippour avec leurs Northrop F-5 Freedom Fighter. En 1978, les Forces aériennes royales ont participé à l'opération de libération des otages de Kolwezi, au Zaïre (aujourd'huiRépublique démocratique du Congo), de Mobutu. Leurs escadrons parachutiste ont contribué à la reprise de la ville, qui était aux mains de la rébellion katangaise. En 1991, lors de l'opération tempête du désert en Irak, le Maroc a envoyé une unité symbolique pour renforcer la sécurité du roi Fahd d'Arabie saoudite. Aujourd'hui elles possèdent 16 000 hommes (élite, commandos de l'air,pilotes, mécaniciens, surveillance, etc.) et sont suffisamment équipées et entrainées pour faire face à n'importe quelle menace d'agression contre le Maroc ou ses intérêts. Outre la surveillance du territoire marocain, les FAR sont tenues de réagir contre une agression au mur de défense au Sahara occidental, participent à la lutte anti-drogue, à la lutte contre l'immigration clandestine, à la lutte anti-acridien et incendie, aux opérations de maintien de la paix en Côte d'Ivoire, en Casamance, au Tchad, au Niger, et à laRépublique démocratique du Congo.
Conclusions. Révisons ce que nous avons appris et faisons nous une idée de comment la description physique nous a donné une plus grande capacité à comprendre le vol. D'abord, ce que nous avons appris : La quantité d'air dévié par l'aile est proportionnelle à la vitesse et à la densité de l'air. La vitesse verticale de l'air dévié est proportionnelle à la vitesse de l'aile et à l'angle d'attaque. La portance est proportionnelle à la quantité d'air dévié multiplié par la vitesse verticale de cet air. La puissance nécessaire pour la portance est proportionnelle à la portance multipliée par la vitesse verticale de l'air. Examinons maintenant certaines situations du point de vue physique et du contexte de l'explication populaire. La vitesse de l'avion est réduite. La vue physique dit que la quantité d'air dévié est diminuée donc l'angle d'attaque doit être augmenter pour compenser. La puissance nécessaire à la portance a aussi augmenté. L'explication populaire ne peut justifier cela. La charge de l'avion est augmentée. La vue physique dit que la quantité d'air déviée est la même mais l'angle d'attaque doit être augmenter pour obtenir la portance supplémentaire. La puissance nécessaire pour la portance a aussi augmenté. De nouveau, l'explication populaire ne peut le justifier.
Un avion vole sur le dos. L'explication physique n'a pas de problème avec cela. l'avion ajuste son angle d'attaque pour obtenir la portance nécessaire. L'explication populaire implique que le vol inversé est impossible. Comme nous pouvons le voir, l'explication populaire, qui se concentre sur la forme de l'aile, peut contenter certains mais ne fournit pas les outils pour réellement comprendre le vol. La description physique de la portance est simple à comprendre et est beaucoup plus efficace.
