8 - ÉCOULEMENT DE L'AIR

TRAÎNÉE MARGINALE - ALLONGEMENT

Considérons les extrémités (les marges) d'une aile en vol.
Il y a dépression à l'extrados (signe -), surpression à l'intrados (signe +), ce qui provoque un mouvement de l'air par delà l'extrémité de l'aile, de l'intrados vers l'extrados.
Ce mouvement de rotation, déformé par la vitesse devient un mouvement en forme de spirale : le TOURBILLON MARGINAL.

Ces tourbillons peuvent être visualisés facilement en fixant des fils légers contre un bord marginal (expérience devant un ventilateur).

En grande aviation, ils deviennent assez importants pour faire perdre le contrôle d'un avion passant dans le sillage d'un gros porteur (cas considéré très sérieusement sur les grands aérodromes).

Cette formation de tourbillons est cause, en modélisme comme en aviation, d'une perte importante d'énergie : Energie nécessaire à la mise en rotation de la masse d'air concernée : E = 1/2 M V2.
Pour un planeur, tout gaspillage d'énergie ne peut se traduire que par une perte de hauteur (l'altitude étant pour un planeur la réserve d'énergie utilisable, comme le carburant pour un avion).

COMMENT DIMINUER L'INFLUENCE NÉFASTE DES TOURBILLONS MARGINAUX ?

Dotons deux appareils de même masse de deux ailes de surfaces égales, mais d'allongements différents (allongement = quotient envergure / corde moyenne).

Sur l'aile de faible allongement, la surface balayée par les tourbillons marginaux est très importante : écoulement perturbé.
Il apparaît aussi que les tourbillons formés sont nettement moindres sur l'aile de grand allongement : perte d'énergie moindre.

CONCLUSION (largement confirmée par les faits) : les ailes de grand allongement ont un rendement très supérieur à celui des ailes courtes.
En augmentant l'allongement, on peut maintenir une portance donnée tout en diminuant l'angle d'attaque. On a alors une traînée plus faible, donc une finesse supérieure.

APPLICATIONS :
En vol à voile, les appareils de haute performance (les plus de 40 de finesse) ont un très grand allongement : jusqu'à 23 mètres d'envergure pour 0,70 m de corde moyenne = allongement 25.
En modélisme, le grand allongement est favorable.
Il reste limité, soit par les règlements, soit par la nécessité de conserver une solidité suffisante. Une bonne aile de planeur pourra avoir 2 mètres d'envergure pour 15 cm de corde (allongement 13, 33 - voir croquis ci-dessus).

 

Encore pour réduire les tourbillons marginaux : VRILLAGE DES EXTRÉMITÉS

La cause des tourbillons marginaux est la différence de pression entre l'extrados et l'intrados. On vise à supprimer cette différence de pression aux extrémités en vrillant l'aile de telle façon qu'en vol normal, ces extrémités se trouvent à angle de portance nulle, celui pour lequel les pressions sont égales sur les deux faces de l'aile.

La grande majorité des ailes d'avion ont un tel vrillage (voir en Aéro-Club).

Notons un autre avantage du vrillage négatif des extrémités.
Le DÉCROCHAGE, qui se produit à angle d'attaque excessif, touche la partie centrale de l'aile avant de toucher les extrémités.
Ainsi les ailerons, situés près des extrémités, restent efficaces même aux grands angles d'incidence.

EN MODÉLlSME
Le vrillage des dièdres peut se pratiquer, quoi qu'il ne soit pas tres courant.
Il assure l'efficacité du dièdre dans les positions de vol anormal.

Signalons que des modélistes donnent un angle d'incidence plus grand à l'extrémité de l'aile, côté virage, qu'à l'extrémité extérieure au virage.
BUT : dans la turbulence créée par l'ascendance, l'extrémité intérieure au virage décrochera avant l'autre extrémité.
L'appareil fera une abattée du côté du virage et se trouvera de ce fait resserré dans l'ascendance. (Certains donnent même une plus grande incidence à toute la demi-aile, côté virage).
Mais, pour la plupart d'entre vous, vous n'en êtes pas là.
Car il se manifeste des effets secondaires.

Réalisation
Munir le chantier de construction d'une cale évolutive assurant le vrillage du dièdre de 3 à 4°.

 

D'autres recherches pour un écoulement marginal

On a beaucoup cherché autrefois a réduire les tourbillons marginaux en réduisant la corde à l'extrémité de l'aile par EFFILEMENT.

Ces formes sont encore parfois utilisées en vol à voile, mais d'une façon très atténuée, car on tend de plus en plus vers l'aile rectangulaire de fort allongement.
EN MODÉLISME, nous aurons parfois des ailes comparables au croquis de droite mais, autant par souci d'esthétique que par recherche du rendement maximum.

 

FORME DES BORDS MARGINAUX

Historique
On a cherché à empêcher la rotation de l'air par delà les extrémités des ailes en munissant celles-ci de cloisons verticales.
Sur certains avions, ces cloisons ont été remplacées par des réservoirs d'essence fuselés (but secondaire : meilleure répartition des masses).

Certaines cloisons verticales protègent les ailerons des planeurs au moment de l'atterrissage.

En modélisme
On a souvent construit des extrémités d'aile formées d'une structure elliptique entoilée. Complexe, peu efficace.

On munit les planeurs simples (Choucas - Ludion - etc...) de saumons marginaux taillée dans du balsa très tendre (voir les plans de ces appareils).
But esthétique en même temps qu'aérodynamique
Réalisation facile.

FORMULE RÉSULTANT DE RECHERCHES RÉCENTES

Ne pas mettre d'obstacles opposés à l'écoulement marginal, seulement le canaliser par des lignes douces ne créant pas de perturbations supplémentaires.
VUE DE FACE
Triangles de renfort curvilignes. Conserver l'extrados.

 

VUE DE DESSUS
Trois formes du bord marginal.
La forme la plus récente présente une réalisation délicate.

VUE PERSPECTIVE
Noter le vrillage négatif et les triangles curvilignes de renfort.

RÉALISATION
Conserver l'extrados de l'aile : ne pas couper les baguettes d'extrados au ras de la dernière nervure, mais les utiliser comme appui des triangles de balsa.
Coffrage balsa fin sur une face (ou sur les deux faces) pour donner une solidité suffisante.
Noter que la formule retenue en aviation légère se rapproche de celle-ci : aile rectangulaire, saumons Horner (voir par exemple les Rallye de la SOCATA).