Effet de la forme en plan de l'aile
Il est important de comprendre les effets des différentes formes de plan des ailes pour en savoir plus sur les performances des ailes et les caractéristiques de vol des avions. Une forme en plan est la forme de l'aile vue directement du dessus et traite du flux d'air en trois dimensions. Le rapport d'aspect, le rapport de conicité et le balayage sont des facteurs dans la conception de la forme en plan qui sont très importants pour la caractéristique aérodynamique globale d'une aile.
L'allongement est le rapport entre l'envergure de l'aile et la corde de l'aile. Le rapport de conicité peut être en forme de plan ou en épaisseur, ou les deux. Dans ses termes les plus simples, il s'agit d'une diminution de la racine de l'aile au bout de l'aile de la corde de l'aile ou de l'épaisseur de l'aile. Le balayage est l'inclinaison vers l'arrière d'une aile, d'une queue horizontale ou d'une autre surface de profil aérodynamique.
Il existe deux moyens généraux par lesquels le concepteur peut modifier la forme en plan d'une aile et les deux affecteront les caractéristiques aérodynamiques de l'aile. La première consiste à effectuer un changement dans le rapport d'aspect. Le rapport hauteur / largeur est le principal facteur déterminant les caractéristiques tridimensionnelles de l'aile ordinaire et son rapport portance / traînée. Une augmentation du rapport d'aspect avec une vitesse constante diminuera la traînée, en particulier à des angles d'attaque élevés, améliorant les performances de l'aile en montée.
Une diminution du rapport d'aspect donnera une augmentation correspondante de la traînée. Il convient de noter, cependant, qu'avec une augmentation du rapport d'aspect, il y a une augmentation de la longueur de l'envergure, avec une augmentation correspondante du poids de la structure de l'aile, ce qui signifie que l'aile doit être plus lourde pour supporter la même charge. Pour cette raison, une partie du gain (dû à une diminution de la traînée) est perdue en raison de l'augmentation du poids, et un compromis de conception est nécessaire pour obtenir les meilleurs résultats de ces deux conditions contradictoires.
Le deuxième moyen de changer la forme en plan est de se rétrécir (diminuer la longueur de la corde de la racine à la pointe de l'aile). En général, la conicité entraîne une diminution de la traînée (plus efficace à haute vitesse) et une augmentation de la portance. Il y a aussi un avantage structurel dû à un gain de poids de l'aile.
La plupart des avions d'entraînement et d'aviation générale sont exploités à des coefficients de portance élevés et nécessitent donc des rapports d'aspect relativement élevés. Les avions qui sont développés pour fonctionner à des vitesses très élevées exigent une plus grande propreté aérodynamique et une plus grande résistance, ce qui nécessite des rapports d'aspect faibles. Des rapports d'aspect très faibles entraînent des charges alaires élevées et des vitesses de décrochage élevées. Lorsque le balayage est combiné à un faible rapport d'aspect, il en résulte des qualités de vol très différentes d'une configuration d'avion à rapport d'aspect élevé plus conventionnelle. Ces avions nécessitent des techniques de vol très précises et professionnelles, en particulier à basse vitesse, tandis que les avions avec un rapport d'aspect élevé sont généralement plus tolérants aux techniques de pilotage inappropriées.
L'aile elliptique est la forme en plan subsonique idéale car elle fournit un minimum de traînée induite pour un rapport d'aspect donné, bien que, comme nous le verrons, ses caractéristiques de décrochage soient à certains égards inférieures à l'aile rectangulaire. Il est également relativement difficile à construire. Le profil aérodynamique conique est souhaitable du point de vue du poids et de la rigidité, mais encore une fois, il n'est pas aussi efficace sur le plan aérodynamique que l'aile elliptique. Afin de préserver l'efficacité aérodynamique de l'aile elliptique, les ailes rectangulaires et coniques sont parfois adaptées en utilisant la torsion de l'aile et la variation des sections de profil aérodynamique jusqu'à ce qu'elles fournissent aussi près que possible la distribution de portance de l'aile elliptique. S'il est vrai que l'aile elliptique offre les meilleurs coefficients de portance avant d'atteindre un début de décrochage,
En comparaison, l'aile rectangulaire a tendance à décrocher d'abord à l'emplanture de l'aile et fournit un avertissement de décrochage adéquat, une efficacité d'aileron adéquate et est généralement assez stable. Il est donc privilégié dans la conception d'avions à faible coût et à faible vitesse.
