Avion (Français)
La poussée, la force agissant vers l’avant, est opposée à la traînée comme la portance est opposée au poids. La poussée est obtenue en accélérant une masse d’air ambiant à une vitesse supérieure à la vitesse de l’aéronef; la réaction égale et opposée est que l’aéronef avance. Dans les aéronefs à mouvement alternatif ou à turbopropulseur, la poussée provient de la force de propulsion provoquée par la rotation de l’hélice, la poussée résiduelle étant fournie par l’échappement. Dans un turboréacteur, la poussée provient de la force de propulsion des aubes rotatives d’une turbine comprimant l’air, qui est ensuite détendu par la combustion du carburant introduit et évacué du moteur. Dans un avion propulsé par fusée, la poussée est dérivée de la réaction égale et opposée à la combustion du propulseur de fusée. Dans un planeur, la hauteur atteinte par des techniques mécaniques, orographiques ou thermiques est traduite en vitesse au moyen de la gravité.
Agir en opposition continuelle à la poussée est la traînée, qui comporte deux éléments. La traînée parasite est celle causée par la résistance de forme (due à la forme), le frottement de la peau, les interférences et tous les autres éléments qui ne contribuent pas à la portance; la traînée induite est celle créée à la suite de la génération de portance.
La traînée parasite augmente à mesure que la vitesse augmente. Pour la plupart des vols, il est souhaitable que toute la traînée soit réduite au minimum, et pour cette raison, une attention considérable est accordée à la rationalisation de la forme de l’aéronef en éliminant autant de structure induisant la traînée que possible (par exemple, enfermer le cockpit avec un auvent, rétractation du train d’atterrissage, utilisation de rivets affleurants, peinture et polissage des surfaces). Certains éléments moins évidents de traînée comprennent la disposition relative et la surface du fuselage et des surfaces des ailes, du moteur et de l’empennage; l’intersection des ailes et des surfaces de la queue; la fuite non intentionnelle d’air à travers la structure; l’utilisation d’un excès d’air pour le refroidissement; et l’utilisation de formes individuelles qui provoquent la séparation locale du flux d’air.
La traînée induite est causée par cet élément de l’air dévié vers le bas qui n’est pas vertical par rapport à la trajectoire de vol mais qui est légèrement incliné vers l’arrière. À mesure que l’angle d’attaque augmente, la traînée augmente également; à un point critique, l’angle d’attaque peut devenir si grand que le flux d’air est interrompu sur la surface supérieure de l’aile, et la portance est perdue tandis que la traînée augmente. Cette condition critique est appelée décrochage.
La portance, la traînée et le décrochage sont toutes affectées de diverses manières par la forme du plan de l’aile. Une aile elliptique comme celle utilisée sur le chasseur Supermarine Spitfire de la Seconde Guerre mondiale, par exemple, tout en étant idéale du point de vue aérodynamique dans un avion subsonique, a un modèle de décrochage plus indésirable qu’une simple aile rectangulaire.
L’aérodynamique du vol supersonique est complexe. L’air est compressible, et, à mesure que la vitesse et l’altitude augmentent, la vitesse de l’air circulant au-dessus de l’aéronef commence à dépasser la vitesse de l’aéronef dans l’air. La vitesse à laquelle cette compressibilité affecte un aéronef est exprimée comme un rapport de la vitesse de l’aéronef à la vitesse du son, appelée le nombre de Mach, en l’honneur du physicien autrichien Ernst Mach. Le nombre de Mach critique pour un aéronef a été défini comme celui auquel h sur un certain point de l’avion, le flux d’air a atteint la vitesse du son.
À des nombres de Mach supérieurs au nombre de Mach critique (c’est-à-dire à des vitesses auxquelles le flux d’air dépasse la vitesse du son aux points locaux sur la cellule), il y a des changements importants dans les forces, les pressions et les moments agissant sur l’aile et le fuselage provoqués par la formation d’ondes de choc. L’un des effets les plus importants est une très forte augmentation de la traînée ainsi qu’une réduction de la portance. Au départ, les concepteurs ont cherché à atteindre des nombres de Mach critiques plus élevés en concevant des avions avec des sections de profil aérodynamique très minces pour les surfaces de l’aile et les surfaces horizontales et en s’assurant que le rapport de finesse (longueur sur diamètre) du fuselage était aussi élevé que possible. Les rapports d’épaisseur de l’aile (l’épaisseur de l’aile divisée par sa largeur) étaient d’environ 14 à 18 pour cent sur les avions typiques de la période 1940–45; dans les jets ultérieurs, le ratio a été réduit à moins de 5 pour cent. Ces techniques ont retardé le flux d’air local atteignant Mach 1.0, ce qui permet des nombres de Mach critiques légèrement plus élevés pour l’avion. Des études indépendantes en Allemagne et aux États-Unis ont montré que l’atteinte du Mach critique pouvait être retardée davantage en balayant les ailes en arrière. Le balayage des ailes était extrêmement important pour le développement du Messerschmitt Me 262 allemand de la Seconde Guerre mondiale, le premier chasseur à réaction opérationnel, et pour les chasseurs d’après-guerre tels que le F-86 Sabre nord-américain et le MiG-15 soviétique. Ces chasseurs fonctionnaient à des vitesses subsoniques élevées, mais les pressions concurrentielles du développement exigeaient des avions capables de fonctionner à des vitesses transsoniques et supersoniques. La puissance des réacteurs avec postcombustion rendait ces vitesses techniquement possibles, mais les concepteurs étaient encore handicapés par l’énorme augmentation de la traînée dans la zone transsonique. La solution consistait à ajouter du volume au fuselage avant et derrière l’aile et à le réduire près de l’aile et de la queue, pour créer une zone en coupe transversale qui se rapprochait davantage de la zone idéale pour limiter la traînée transsonique. Les premières applications de cette règle ont donné une apparence de « taille de guêpe », comme celle du Convair F-102. Dans les jets ultérieurs, l’application de cette règle n’est pas aussi apparente dans la forme en plan de l’avion.