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Une aile appelée aussi voilure est l'ensemble des surfaces d'un avion assurant la portance en vol. Laile peut aussi servir de point dattache pour les moteurs, pour le train d'atterrissage et pour lemport de charges sur les avions militaires. Elle contient généralement des caissons servant de réservoirs de carburant.
Au début de laviation les moteurs disponibles ét'aient lourds et peu puissants, la vitesse faible, il fallait donc une grande surface portante. Avec l'augmentation de la puissance des moteurs, lapparition de nouveaux matériaux, la construction d'avions à ailes métalliques plus épaisses à permis de réduire la traînée et de gagner en vitesse.
Il existe plusieurs configurations daile :
Nombres d ailes par rapport à la structure
- monoplan est un aéronef n'ayant qu'une seule paire dailes comme plan de sustentation.
- biplan est un aéronef pourvu de 2 ailes portantes superposées.
- triplan est un aéronef pourvu de 3 paires dailes placées les unes au-dessus des autres.
- quadriplan est un aéronef pourvu de 4 paires dailes placées les unes au-dessus des autres.
- sesquiplan est un aéronef dont laile inférieure est d'une surface équivalant à la moitié de celle de laile supérieure.
- multiplan est un avion pourvu de plusieurs paires dailes placées les unes au-dessus des autres.
Position des ailes
- aile basse est implantée en bas du fuselage de l'avion. Cela permet de dégager le champ de vision du pilote et de concevoir un train d'atterrissage plus court et donc plus léger.
- aile haute est placée sur la partie supérieure du fuselage. Cette configuration gène la visibilité de léquipage vers le haut mais laméliore pour lobservation.
- aile médiane est implanté au milieu du fuselage, dans une position intermédiaire entre laile haute et laile basse.
- aile jointe ou fermée présente une aile non plane, fermée en vue de face, de forme rectangul'aire, annul'aire ou encore circul'aire.
- ailes en tandem les deux plans sustentateurs sont placés l'un derrière l'autre, la surface arrière qui est stabilisante, sert dempennage horizontal.
- aile parasol est fixée non pas directement au fuselage mais au dessus, sur des haubans, eux-mêmes reliés au fuselage.
- aile en mouette au lieu d'être droite, laile présente une brisure.
- aile en mouette inversée est implantée dans le fuselage, descend fortement puis se redresse après la brisure.
- aile volante englobe le fuselage, l'avion et laile ne font qu'un.
- aile droite forme un parfait angle droit avec la ligne centrale du fuselage.
- aile en flèche forme un angle inférieur à 90° avec la ligne centrale du fuselage.
- aile en flèche inversé se caractérise par une flèche dont les saumons par vers lavant de l'appareil.
- aile delta forme quasiment un triangle isocèle dont le sommet se trouve à lavant de l'avion et la base correspond au bord de fuite de laile.
- aile elliptique se caractérise par des bords de fuite et dattaque en forme d ellipse pour se rejoindre directement en bout daile.
- aile gothique ou en ogive présente une forme en vague du bord dattaque, celui-ci ayant un angle de plus en plus prononcé en partant de la racine de laile.
- aile brisée offre quasiment les mêmes conditions de vols que laile gothique. Mais son aspect est moins esthétique, car laile delta est brisée en deux sections offrant une flèche d'un angle différent.
- aile à géométrie variable peut replier ses ailes vers l'arrière grâce à un point de pivot et également avancer ses ailes pour profiter d'une portance et une maniabilité maximale à vitesse subsonique.
- aile trapézoïdale reprend le même principe que laile elliptique mais avec une forme géométrique au lignes plus radicales.
- aile canard présente une petite aile portante placé en avant de la voilure principale.
- aile à dièdre est l'angle formé par le plan de chaque aile avec le plan horizontal. Le dièdre peut être positif (ailes vers le haut) ou négatif (ailes vers le bas) il peut également naffecter que lextrémité de laile.
En observant la structure d'une voilure on saperçoit quelle est composée :
- d'un bord avant appelé bord dattaque et le bord arrière bord de fuite.
- d'une jonction de laile au fuselage appellé lemplanture.
- d'une extrémité de laile (ou saumon) coupée net, ou bien terminer par une forme spéciale courbée vers le haut ou vers le bas, mais aussi d ailettes marginales ou winglets (vers le haut) ou doubles (vers le haut et vers le bas).
Chaque demi-voilure est constituée d'un (ou plusieurs) longerons attachés au fuselage au niveau de lemplanture. Les nervures supportent les revêtements supérieur (extrados) et inférieur (intrados) et transmettent les charges aérodynamiques aux longerons. La voilure peut également être le support de différents systèmes de navigation comme les feux de position (aux extrémités), les phares d'atterrissage, ou de pilotage (détecteur de décrochage). Y sont également fixés d'autres dispositifs, par exemple de fines tiges parfois terminées par des brosses en fibres de carbone (déperditeur de potentiel) permettant déliminer la charge électrostatique formée par la friction de l'air.
Les éléments principaux qui constituent une aile sont les longerons, les nervures et le revêtement.
Les longerons sont de formes multiples et de constructions différentes, ils constituent les éléments longitudinaux de laile. Les longerons sont constitués de deux semelles qui absorbent les contraintes de traction et de compression et de une ou deux âmes qui résistent aux cisaillements.
Les nervures sont des éléments transversaux, constituées d'une âme et de deux semelles, elles donnent la forme du profil et transmettent les efforts encaissés par le revêtement aux longerons.
Les nervures courantes assurent le maintient du profil et la rigidité générale et sont réalisé en alliage léger (Dural/Ziclar) par des tôles raidies et ajourées.
Les nervures fortes sont placés sur les sections soumises à de fortes contraintes comme les volets, les spoilers ou lemplanture et réalisées sous forme de poutre en treillis ou pièce monobloc forgé et usinée.
Les nervures étanches sont situées à chaque extrémité des réservoirs de laile.
Le revêtement encaisse les contraintes de torsion, flexion, compression, traction et son raidissement (rivetage, collage ou soudure) est obligatoire dans le sens longitudinal de laile. Le revêtement est réalisé en plaques ou tôles dalliages légers (Zicral pour lextrados et Dural pour lintrados).
La géométrie d'une aile se définit en fonction de plusieurs éléments :
- d'une envergure qui est la distance entre les deux bouts daile.
- d'une surface al'aire qui comprend non seulement les ailes (extérieures au fuselage), mais aussi la partie du fuselage située entre les ailes, dans le prolongement du bord dattaque et du bord de fuite des ailes.
- d'un allongement qui est le rapport entre lenvergure et la corde moyenne de laile, ou encore le rapport du carré de lenvergure et la surface.
- d'une flèche qui est l'angle horizontal formé entre le lieu du quart avant des cordes et l'axe transversal de l'avion.
- d'une finesse qui est définie comme le rapport entre la portance et la traînée. C'est aussi le rapport entre la distance parcourue et la perte daltitude.
- d'un profil qui est le contour de cet élément dans un fluide en mouvement (le vent).
- d'une corde qui est la droite reliant le bord dattaque au bord de fuite
- d'une épaisseur qui est la distance maximum entre intrados et extrados à la corde du profil.
- d'un angle de calage entre la corde du profil demplanture et l'axe longitudinal de référence du fuselage, généralement horizontal à la vitesse de croisière. En vol de croisière stabilisé, l'angle de calage est égal à l'angle dincidence.
Assemblage aile et moteur
Sur les avions commerciaux on trouve plusieurs types dassemblage :
GTR (Groupe turbo-réacteur) directement sous laile comme les Boeing 737-100 fixé par deux ferrures, une ferrure avant fixé sur le longeron avant (2 points de fixation) qui transmet la poussée et une ferrure arrière fixée sur le longeron arrière (1 point de fixation) qui assure sa suspension. Ces 3 points de fixation sont équipés d'un amortisseur qui absorbe les vibrations et autorise la d'oeilatation des carters. Enfin des tôles pare-feu supérieurs et latérales isolent la zone moteur de laile et forment un bouclier thermomécanique.
GTR suspendu sous laile comme les Boeing 747 fixé par une structure dit "mat de liaison ou pylône" boulonné sur le longeron avant et sur deux nervures fortes de laile. La poussée est transmise à laile par une ferrure avant boulonné sur la partie avant du compresseur haute pression et la suspension est assuré par une ferrure arrière à laide de bielles de liaison à inclin'aison variable ainsi le GTR a une libre d'oeilatation radial et axiale. Enfin des cloisons pare-feu supérieurs et arrière isolent le GTR de laile et forment un bouclier thermomécanique.
GTP (Groupe turbo-propulseur) comme sur les De Havilland DHC-8 fixé généralement sur laile à laide d'un chassis tubul'aire dit "bati moteur". Le GTP est fixé directement de façon rigide sur le longeron avant et les nervures fortes par des chapes et des boulons. Il est réalisé par plusieurs points de fixation équipées damortisseurs qui assurent la transmission de la traction de lhélice, de son couple et du poids du moteur. Enfin une cloison pare-feu supérieur et arrière isole le moteur de la cellule.
Une aile est aussi composée de surfaces mobiles :
Les commandes de vol second'aires sont les dispositifs aérodynamiques ci dessous :
- ailerons qui sont des gouvernes aérodynamiques se déplaçant en sens opposé (l'un monte quand l'autre descend et inversement) et servant à produire un moment de roulis.
- aérofreins ou spoilers qui sont des surfaces mobiles de forme généralement rectangul'aire située sur lextrados de laile d'un avion. Ils permettent de diminuer la portance de laile et augmenter sa traînée, assurant ainsi un freinage aérodynamique par sortie simultanée et s'ymétrique après atterrissage (spoilers sol et air) ou pour diminuer la vitesse de descente (spoilers air). Ils sont constitué de panneaux très solides ajourés pour limité les vibrations.
- becs de type Krà¼ger ou LE Flaps (bord dattaque) qui est un petit volet accroché au bord dattaque et rabattu sur lintrados, le dessous de laile. Il est identique aux becs de type LE Slats mais sans effet de fente et de cambrure en position sorti, le bord dattaque se déplaçant vers le bas cela à pour effet de réduire la vitesse découlement et l'intensité de la dépression sur lextrados.
- becs de type LE Slats (bord dattaque) qui est un petit profil fixe, situé en avant du bord dattaque d'une aile et destiné à empêcher le décollement des filets d'air aux grands angles dattaque et donc à vitesse réduite. En pivotant, tout en restant attaché, il augmente la courbure, la surface et lécoulement. La partie avant du bord dattaque se déplace vers lavant et vers le bas se qui produit une fente en forme de convergent ou l'air va accélérer la couche limite et faire reculer la zone de décollement. Il s peuvent prendre 2 ou 3 positions (rentré, sorti ou intermédiaire). Le mouvement est assuré par des vérins hydraulique (B737) ou des moteurs (A320) et ils sont guidés par des rails et des galets.
- volet hypersustentateur (bord de fuite) qui est un dispositif déployé sur laile d'un avion pour augmenter sa portance aux basses vitesses, et rabaisser ainsi la vitesse de décrochage en modifiant la courbure arrière du profil. Un chariot est entraîne par un vérin à vis et guidé par des galets circulent sur un rail, la partie un peu pointu autour est un carénage aérodynamique. Le volet Fowler par exemple recule et se braque combinant aisni les effets de courbure, de fente et daugmentation de surface.
