Objets et interactions

Un avion en vol est en interaction avec deux objets :

• La planète Terre qui l’attire vers son centre,
• L’air dans lequel l’avion se déplace.

Forces appliquées à un avion

Vidéo pour comprendre:

Résumé :
L’avion est en interaction avec notre planète et avec l’air qui l’entoure. L’interaction avec la Terre donne naissance au poids de l’avion qui tend à le faire chuter. Pour compenser l’action du poids, il se crée au niveau de l’aile de l’avion en mouvement, une force appelée portance qui est une conséquence de l’interaction avec l’air. Mais cette force s’accompagne tout le temps d’une force qui s’oppose au mouvement : la trainée.

Si l’on s’en tenait à ces trois forces, l’aéronef perdrait en permanence de l’altitude ou de la vitesse (cas du planeur). Donc, les avions disposent d’une hélice qui permet d’obtenir une force de traction pour maintenir la vitesse de l’avion. Cette dernière force est également une force aérodynamique.

Nature des forces agissant sur les gouvernes et l’hélice

En plus de l’aile, d’autres parties de l’avion sont en mouvement dans l’air et génèrent donc de la portance.

Comment décrire les forces agissant sur les gouvernes ?

force agissant sur la gouverne de profondeur

Déjà, au niveau de l’empennage de l’avion, nous trouvons une « mini-aile » : le plan horizontal. Cette partie est essentielle dans l’équilibre de l’avion. Elle possède la particularité, sur beaucoup d’avion d’être naturellement « déporteuse », c’est-à-dire qu’elle crée une portance dirigée vers le bas ! (L’explication vous sera donnée dans la partie « stabilité du vol »).

Force agissant sur la gouverne de direction

A ce plan horizontal est adossée une partie mobile appelée la « profondeur ». Elle est sous le contrôle du pilote qui l’incline plus ou moins afin de cabrer ou de faire piquer l’avion. Ce faisant, il modifie la portance  exercée sur cette partie de l’empennage.
Toujours au même endroit, nous trouvons un plan vertical auquel est attachée une partie mobile que le pilote contrôle avec les pieds grâce au palonnier. Son but est de contrôler l’avion en le faisant pivoter comme une girouette (on parle de mouvement en lacet). Par conséquent, suivant l’action du pilote, la queue de l’avion va être soumise à une force aérodynamique qui va la déplacer vers la droite ou la gauche. Alors comment s’appelle cette force ? Et bien pour un aérodynamicien, elle continue à s’appeler « portance » même si elle n’agit pas verticalement vers le haut.
Retenez bien : La portance est à la fois perpendiculaire à l’objet et à la direction de l’air relatif.

Force agissant sur l’hélice (la vraie nature de la traction)

Sur un avion, une autre partie utilise une portance aérodynamique pour fonctionner. Il s’agit de l’hélice. Si on la regarde suivant son profil, on reconnait aisément la forme d’une aile. La force générée par le déplacement de l’hélice et que nous avons appelé « traction » est, en fait, une force tout à fait semblable à la portance. Aussi, pourrions-nous dire que la traction est la portance de l’hélice. Il en va de même pour les pâles d’un hélicoptère ou d’un autogyre.
Quoi qu’il en soit, les ingrédients sont toujours les mêmes : de l’air « aéro » et du mouvement « dynamique ».