Quelques explication: Le principe de Bernoulli

Monsieur Bernoulli a établi une relation qui peut être résumée par :

Pour un fluide à flux constant, quand la vitesse augmente, la pression diminue. Et inversement.

Pour la masse d’air, le bilan énergétique est le suivant :

E_c + E_pp + PV = constante soit ½ mv² + m.g.z + PV = constante

à z = constante (altitude constante) ½ mv² + PV = constante

C’est à dire quand la vitesse augmente, la pression diminue, et réciproquement.

On remarque que la flèche rouge est plus longue que la verte, donc que la vitesse de l’air au dessus de l’aile sera plus grande que celle au dessous, car dans un même temps, l’air passant au dessus du profil aura parcouru une plus grande distance.

D’après la relation de Bernoulli sur l’écoulement des fluides, on aura une plus faible pression au dessus et une plus forte pression au dessous. Il y aura donc un phénomène d’aspiration.

Cette explication du chemin plus long pour expliquer la portance est classique mais fausse !!!

La première erreur vient de croire que deux particules se trouvant au bord d’attaque (BA) se retrouveront au bord de fuite (BF) en même temps. Imaginons que l’on se trouve sur un toit, en regardant un avion passer dans un nuage de fumé. On peut voir :

· Lorsque l’aile avance dans un air au repos, l’intrados défléchi l’air vers l’avant et vers le bas.

· Lorsque l’aile est passée, les particules d’air restent là où elles sont. A l’extrados, l’inertie de l’air tente à diriger le flux d’air tout droit, mais il est interdit d’avoir des zones de vide. On voit donc l’air s’écouler le long de l’extrados. On comprend alors que l’on voit au passage de l’aile un mouvement de particule (appelé circulation) venant de l’intrados, contournant le bord d’attaque et glissant sur l’extrados.

Attention, une particule au contact de l’intrados ne va pas se retrouver au bord de fuite a l’issu de son parcours. Son mouvement est très petit, mais le mouvement global créé une circulation.

Si maintenant on prend en compte Bernoulli on voit que du point de vue de l’aile, le mouvement relatif de l’air est moins rapide à l’intrados qu’à l’extrados. En effet, à l’intrados la vitesse des particules est égale a la vitesse de l’aile moins la vitesse propres des particules (vitesse de la circulation). A l’extrados la circulation s’ajoute à la vitesse de l’aile.

On se retrouve donc avec à l'intrados une surpression qui va "supporter" l'aile, et surtout a l'extrados une dépression qui va "sucer" l'aile vers le haut.

Donc globalement on constate l'existence de quelques chose qui "tire l'aile vers le haut", que l'on modélise par un force, la fameuse portance. Il est important de noter que l'extrados fournis la plus grosse partie de la portance (au moins les 3/4) : c'est pour cela que l'on pose le plus souvent les commandes d'ailerons à l'intrados, et que l'on veille particulièrement au respect de la forme et de la propreté de l'extrados !

Il existe une autre grandeur dont dépend la portance, il s'agit de l'angle avec lequel les filets d'air arrivent sur le bord d'attaque, que l'on appelle aussi incidence. Grossièrement, on peut dire que celui-ci varie dans les conditions usuelles de +10° à -5°. En dehors de cette fourchette, la plupart des planeurs ne vole plus.

Quand l'incidence est beaucoup trop grande on constate que les filets d'air ne réussissent plus à suivre le contour du l'aile. Il y a alors création de nombreuses turbulences et décrochage : c'est à dire que la surpression et la dépression disparaissent. Il y a décrochage (=chute).

A une vitesse donnée, augmenter l'incidence augmente la portance, mais attention, augmente aussi la trainée ! Mais nous y reviendrons plus tard...

Voici donc où nous en sommes : un planeur, dont l'aile possède une certaine géométrie et un certain profil, vole parce que son aile "porte". Et la portance apparait pour que le planeur avance par rapport à l'air qui l'entoure, à la bonne incidence.