Théorie du vol & météo
Traînée et finesse
Les différentes traînées, la traînée induite et les winglets, la polaire, la finesse et ses calculs de vol plané, la vitesse de finesse maximale et le second régime.
S'entraîner sur ce thèmeÀ retenir
- La traînée s'oppose à l'avancement ; la résistance de l'air est proportionnelle au carré de la vitesse.
- La traînée induite résulte de la portance : elle augmente avec la portance et diminue quand la vitesse augmente.
- Les winglets et sharklets réduisent la traînée induite ; un grand allongement aussi.
- Finesse = portance / traînée = Cz / Cx = distance plané / hauteur perdue.
- Finesse d'un avion de ligne : environ 16 à 20 ; d'un planeur : 40 ou plus.
- La vitesse de finesse maximale donne la plus grande distance en vol plané et la traînée minimale.
Les traînées
La traînée est la composante de la force aérodynamique qui s'oppose à l'avancement. La résistance de l'air est proportionnelle au carré de la vitesse.
On distingue la traînée parasite (frottement, forme, interférence entre les éléments de l'avion), qui augmente avec la vitesse, et la traînée induite, conséquence directe de la portance. À très grande vitesse s'ajoute la traînée d'onde, due aux ondes de choc. Le raccord Karman, carénage entre l'aile et le fuselage, adoucit l'écoulement et réduit la traînée d'interférence.
- Résistance de l'air
- proportionnelle à V²
- Traînée parasite
- augmente avec la vitesse
- Raccord Karman
- jonction aile-fuselage
Traînée induite et winglets
La différence de pression entre l'intrados et l'extrados fait contourner l'air par le bout de l'aile : il se forme des tourbillons marginaux, à l'origine des turbulences de sillage. Ils inclinent l'écoulement et créent la traînée induite.
Elle augmente avec la portance demandée, donc à basse vitesse et forte incidence, et diminue quand la vitesse augmente. Le facteur qui l'influence le plus est l'allongement : une aile longue et fine en produit moins.
Les winglets (sharklets chez Airbus), ailettes en bout d'aile, réduisent ces tourbillons, donc la traînée induite, et améliorent le rendement de l'avion.
- Origine
- tourbillons marginaux
- Facteur principal
- allongement
- Winglets
- réduisent la traînée induite
La finesse
La finesse est le rapport de la portance sur la traînée, ou Cz sur Cx. En vol plané, c'est aussi la distance parcourue divisée par la hauteur perdue : elle mesure la capacité d'un avion à planer. Ce n'est pas le rapport du poids sur la portance.
Un avion de ligne moderne a une finesse de l'ordre de 16 à 20 (environ 18 pour un Boeing 787), un planeur de 40 ou plus. La sortie des volets augmente la traînée et diminue la finesse.
Exemples de calcul : avec une finesse de 6, parcourir 6 km coûte 1 000 m de hauteur. Avec une finesse de 10 à 6 000 ft, on parcourt 60 000 ft, soit environ 10 NM. Un planeur de finesse 40 à 5 000 ft (environ 1 500 m) parcourt environ 60 km.
- Définition
- portance / traînée
- En vol plané
- distance / hauteur perdue
- Avion de ligne
- 16 à 20
- Planeur
- 40 et plus
- Volets sortis
- finesse diminuée
Polaire et régimes de vol
La polaire est la courbe du coefficient de portance en fonction du coefficient de traînée. La tangente à cette courbe passant par l'origine donne le point de finesse maximale.
À la finesse maximale, la traînée induite égale la traînée parasite et la traînée totale est minimale. Moteur coupé et sans vent, c'est la vitesse à afficher pour aller le plus loin.
Le second régime est le domaine des grandes incidences et des basses vitesses : la traînée y augmente quand la vitesse diminue, au point de ne plus pouvoir être compensée par le moteur en palier.
- Polaire
- Cz en fonction de Cx
- Finesse maximale
- traînée induite = traînée parasite
- Plané le plus long
- vitesse de finesse max
Pièges fréquents
- Seule la traînée induite diminue quand la vitesse augmente.
- Les winglets réduisent la traînée induite, pas la traînée de frottement ni la traînée d'onde.
- La finesse n'est pas le rapport du poids sur la portance.
- Distance maximale en plané : vitesse de finesse max ; durée maximale : vitesse de taux de chute minimal.
- Attention aux unités dans les calculs de plané : convertir pieds, mètres et milles nautiques.