Paramètres influençant la portance de l’avion

Lorsque l’avion va plus vite, lorsque l’incidence change, la portance est modifiée. D’autres paramètres interviennent comme la masse volumique de l’air, la forme du profil, … Voici le modèle le plus couramment utilisé …

Ecriture de la loi

Des études en soufflerie ont permis de mettre en évidence l’expression de la portance Rz. et de la trainée Rx qui ont beaucoup de similitudes.

La portance

\dpi{120} \fn_cm \large Rz=\frac{1}{2}\rho Sv^{2}Cz

La trainée

\dpi{120} \fn_cm \large Rx=\frac{1}{2}\rho Sv^{2}Cx

Effets de la masse volumique

ρ est la masse volumique de l’air exprimée en kg/m3. C’est une donnée qui peut varier de façon importante.

Quand la température augmente, ρ diminue. De ce fait l’air « porte moins » quand il fait chaud. On explique comme cela qu’un avion, en été va toujours avaler un peu plus de piste pour décoller.

La masse volumique de l’air diminue de façon importante avec l’altitude. Par exemple, elle est, pour l’atmosphère standard  de \inline \dpi{100} \fn_phv 1,225 kg.m^{-3} au niveau de la mer contre \inline \dpi{100} \fn_phv 0,340 kg.m^{-3} à 12 000 m d’altitude.  Aussi, il devient difficile d’obtenir une portance suffisante au dessus de cette altitude. Cela nécessite d’aller très vite. Par contre, si l’on regarde l’expression de la traînée, on remarque que la diminution de masse volumique induit une diminution de traînée dans les mêmes proportions. Le vol devient plus économique. C’est pour cette raison que les avions de ligne volent en croisière aux environs de 10 000 m d’altitude. 

Les effets de la surface

S est une surface de référence sur l’aile.

Premier vol en circuit fermé

D’après la loi, si on augmente la surface de l’aile, on augmente sa portance dans les mêmes proportions. On peut par exemple expliquer que les frères Wright aient opté pour une formule biplan car pour voler à faible vitesse (En 1903, le Flyer 1 atteint péniblement les 40 km/h ) ils avaient besoin d’une bonne la surface alaire (47 m2 ).

1909 première traversée de la Manche (Blériot)

Quelques années plus tard, ds moteurs plus puissants et de meilleures performances aérodynamiques permettent le retour au monoplan. Ainsi Le Blériot 11 (1909) disposant d’une aile de de 14 m2 de surface traversera la Manche à 60 km/h environ.

Les effets de la vitesse

v est la vitesse de l’avion dans l’air (vitesse conventionnelle) exprimée en m/s. La portance varie, d’après notre loi, proportionnellement au carré de la vitesse. Si l’on multiplie par 2 la vitesse par exemple, on  multiplie par 4 la portance. Là encore, l’effet sur la traînée est similaire.

Que met-on dans le coefficient de portance ?

Cz est le coefficient de portance de l’aile. C’est un nombre un peu compliqué qui dépend de très nombreux paramètres comme l’incidence de vol, la forme de l’aile (profil et allongement), la viscosité de l’air (l’air adhère à la surface de l’aile), ou encore de l’état de la surface de l’aile …

L’étude de variation des Cz et Cx par rapport à l’incidence de vol sont déterminants dans la conception d’un aéronef. Cela fera l’objet d’un chapitre (voir polaire Eiffel).

On se sert également de ces deux coefficients pour donner ce que nous appellerons la finesse de l’aile (voir finesse de l’aile). On peut retenir d’ores et déjà que Cz augmente avec l’incidence jusqu’à une certaine limite appelée « incidence de décrochage ». Au-delà,  le Cz chute.

La forme de l’aile impacte aussi le Cz. Là aussi, quelques développements seront nécessaires (voir Profils, et dimensions de l’aile) Les profils présentant des courbures importantes ont de bons Cz.

Distribution de la portance

La portance se crée sur chaque partie de l’aile. On dit que cette force est répartie. Cependant, elle n’est pas uniformément répartie.

Pour simplifier on la  représente en un point unique.  Ce point d’application de la portance globale s’appelle le centre de poussée (CP). Il se situe généralement dans le premier tiers de l’aile à partir du bord d’attaque.

C’est avec le centre de gravité, un point de repère important pour la manœuvrabilité de l’avion.

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