Théorie du vol & météo
Haute vitesse
Le nombre de Mach, la compressibilité et les ondes de choc, le Mach critique, l'aile en flèche, l'aile delta, le profil supercritique, la loi des aires, le coffin corner et les ordres de grandeur de la croisière.
S'entraîner sur ce thèmeÀ retenir
- Nombre de Mach = vitesse de l'avion / vitesse du son ; Mach 1 vaut environ 340 m/s au niveau de la mer.
- Régime transsonique : environ Mach 0,8 à 1,2, entre le subsonique et le supersonique.
- Mach critique : une partie de l'écoulement devient supersonique sur l'extrados alors que l'avion vole en subsonique.
- La compressibilité de l'air crée des ondes de choc et une forte hausse de la traînée.
- L'aile en flèche retarde les effets de compressibilité ; le profil supercritique réduit la traînée d'onde.
- Croisière d'un long-courrier : environ FL350, Mach 0,82 à 0,85, soit environ 900 km/h.
Le nombre de Mach
Le nombre de Mach est le rapport entre la vitesse de l'avion et la vitesse du son dans l'air qui l'entoure. Mach 1 correspond à la vitesse du son, environ 340 m/s au niveau de la mer.
On parle de régime subsonique en dessous de Mach 0,8 environ, de régime transsonique entre Mach 0,8 et 1,2, de supersonique au-delà et d'hypersonique au-delà de Mach 5. En vol supersonique, l'avion produit une onde de choc conique, l'onde de Mach. Au bout des pales d'une hélice, la vitesse peut dépasser localement celle du son.
- Mach
- vitesse / vitesse du son
- Transsonique
- Mach 0,8 à 1,2
- Hypersonique
- au-delà de Mach 5
Compressibilité et ondes de choc
À basse vitesse, l'air se comporte comme un fluide incompressible. À l'approche de la vitesse du son, sa compressibilité devient sensible : l'air accéléré sur l'extrados atteint localement Mach 1 alors que l'avion vole plus lentement. Le nombre de Mach de vol où cela se produit s'appelle le Mach critique.
Il se forme alors une onde de choc sur l'extrados, qui provoque une augmentation brutale de la traînée (compressibility drag rise) et fait reculer le centre de poussée.
Le coffin corner est la zone, en très haute altitude, où la vitesse de décrochage rejoint le Mach critique : la marge entre les deux devient très étroite.
- Mach critique
- écoulement localement supersonique
- Effet
- onde de choc, hausse de la traînée
- Coffin corner
- Vs proche du Mach critique
Formes adaptées à la vitesse
La flèche de l'aile retarde les effets de compressibilité et augmente le Mach critique : elle réduit la traînée à haute vitesse, c'est pourquoi tous les avions de ligne à réaction en ont une. L'aile delta, comme celle de Concorde, réduit aussi la traînée à très haute vitesse.
Le profil supercritique, aplati sur le dessus, retarde l'apparition du choc et réduit la traînée d'onde. La loi des aires impose que la section transversale de l'avion varie très progressivement d'avant en arrière, d'où les fuselages « taille de guêpe » au niveau des ailes.
À Mach 2, l'échauffement cinétique porte le nez de Concorde à environ 120 °C.
- Aile en flèche
- retarde la compressibilité
- Profil supercritique
- réduit la traînée d'onde
- Loi des aires
- section progressive
- Nez de Concorde à Mach 2
- environ 120 °C
La croisière d'un avion de ligne
Un long-courrier croise vers 35 000 ft (FL350) à Mach 0,82 à 0,85, ce qui donne une vitesse vraie d'environ 470 à 490 kt, soit environ 900 km/h.
- Altitude de croisière
- environ 35 000 ft
- Vitesse de croisière
- environ 900 km/h
- Mach 0,82 au FL350
- environ 470 à 490 kt
Pièges fréquents
- Le Mach critique n'est pas Mach 1 : l'avion vole encore en subsonique.
- La flèche sert à voler vite, pas à porter plus à basse vitesse.
- Le profil supercritique réduit la traînée d'onde, pas la traînée induite (rôle des winglets).
- Un même Mach correspond à une vitesse plus faible en altitude, où l'air est plus froid.