L'aérodynamisme au niveau des ailes (physique)

Après avoir expliquer comment un planeur vole, nous allons voir ce qui se passe plus près, notamment au niveau des ailes.

L'aile du planeur est donc comparable avec la feuille de papier de l'expérience, elle a une surface convexe sur le dessus qui s'appelle l'extrados et une surface à peu près plane sur le dessous qui s'appelle l'intrados.

En regardant le profil de l'aile, on peut tracer une droite reliant le bord d'attaque et le bord de fuite de l'aile qui s'appelle la corde de référence, et fait avec le vent relatif, un angle variable appelé l'angle d'incidence : le profil de l'aile correctement orienté dans le vent relatif et formant un angle avec celui-ci présente donc l'avantage de créer la résultante aérodynamique.

• Donc pour voler au mieux, il faut que les ailes du planeur aies une surface de forme étudiée (convexe et plane), un angle d'incidence avec le vent relatif et une vitesse suffisante par rapport à l'air (pour faire apparaître la résultante aérodynamique).

La traînée, composante de la résultante aérodynamique, est toujours présente bien qu'elle soit de faible intensité : pour l'équilibrer et maintenir le planeur sur une trajectoire horizontale, il faut en permanence une force de traction; chez les avions il y a le moteur mais les planeurs n'en possèdent pas c'est pour cela que cette traction s'applique par l'intermédiaire d'un câble de remorquage qui le relie à l'avion.

Le poids est équilibré par la portance et la traînée par la traction du câble de remorquage. Sur un planeur en cours de remorquage, s'exercent 3 forces qui s'équilibrent et qui permettent au planeur de voler horizontalement : la résultante aérodynamique, son poids et la traction.

Lors de la traction du planeur, l'angle entre l'axe du vent relatif et la résultante aérodynamique est toujours supérieur à 90° et a pour valeur 90°+d ; d est lié à l'intensité de la traînée.

Mais lorsque le pilote du planeur décroche le câble qui le relie à l'avion, la force crée par la traction disparaît et tout l'équilibre est rompu : reste seulement la résultante aérodynamique et le poids du planeur. Si le pilote essaye de maintenir sa machine en vol horizontal, aucune force n'est là pour maintenir la traînée donc la vitesse du planeur diminue, sa portance décroit et le planeur descend. Sans force de traction, le vol horizontal est impossible.

Il faut donc faire apparaître une force de traction, qui ne peut qu'être pour le planeur : la vitesse. Pour cela, le pilote va mettre son planeur vers une trajectoire descendante pour augmenter sa vitesse. La nouvelle trajectoire du planeur fera un angle d avec l'horizontal (celle lors de la traction), la résultante aérodynamique pivote puisque qu'elle est liée au vent relatif et devient verticale afin de s'opposer à nouveau au poids du planeur : le poids et la résultante aérodynamique sont alors équilibrés et cela constitue le principe du vol plané.

• En résumé : résultante aérodynamique égale et opposée au poids + trajectoire descendante par rapport à l'air = vol plané.

De nombreux types de profil d'aile ont été étudiés afin d'assurer au planeur une portance suffisante en diminuant au maximum la traînée.

La traînée est la force de résistance de l'air qui s'oppose à un objet en mouvement par rapport à l'air. Cette force est très facilement reconnaissable : quand on sort sa main par la fenêtre de sa voiture en mouvement par exemple, plus la vitesse de la voiture est élévée plus on a de mal à "lutter" avec l'air et donc la force exercée sur la main est grande. On observe aussi que selon que l'on place différemment sa main face au vent, il y a une résistance différente donc la traînée varie en fonction de la forme de l'objet.

De même que, les ingénieurs ont découvert que la résultante aérodynamique est proportionnelle à la surface de l'objet soumis à un vent relatif; donc si on a une plus grande surface soumis à un vent relatif la résultante aérodynamique sera plus forte. La surface totale de la voilure d'un planeur s'appelle la surface alaire.