Les ailes d'avions

ATR 72.

Ailes hautes

Ce type d'aile est utilisé principalement pour les avions à hélices, notamment les turbopropulseurs qui ont un diamètre d'hélice important.

L'inconvénient est le train d'atterrissage qui est positionné soit dans le fuselage avec un empattement faible (donc sensible au vent de travers au sol), soit dans les ailes avec des grandes jambes de train (d'où une augmentation du poids).

Mitsubishi Ki-21.

Ailes médianes

Seuls certains avions de chasse les utilisent encore. Leurs attaches passant dans le fuselage diminuent le volume d'emport de celui-ci.

SN 600 Corvette.

Ailes basses

Elles équipent actuellement tous les avions de transport à réaction, sauf quelques gros avions de transport de fret comme Antonov An 225.

Avantages : jambes de train plus courtes que sur une aile haute, ce qui permet de faciliter la maintenance des réacteurs en escale.

De Haviland Tiger Moth.

Biplan

Un avion biplan est pourvu de deux paires d'ailes, placées l'une au-dessus de l'autre.

Ce type d'avion fut beaucoup utilisé pendant la guerre 14-18.

Sa construction se poursuivit entre les deux guerres, où il servait souvent d'avion d'entraînement.

Dans les années 1960-1970 certains comme le Stampe SV4 ou le De Havilland Tiger Moth servaient encore pour remorquer les planeurs.

Morane-Saulnier 225 C1.

Monoplan

Sur un monoplan parasol l'aile est fixée sur des haubans, eux-mêmes attachés au-dessus du fuselage.

Des mâts fixés au fuselage maintiennent la rigidité de l'aile.

Corsair

Aile en W

Aile à double dièdres inversés, négatif puis positif.

Nieuport XVII.

Triplan

Un avion triplan est pourvu de trois paires d'ailes, placées les unes au-dessus des autres.

Ce type d'avion permettait d'avoir une bonne portance pour une envergure limitée augmentant ainsi la maniabilité.

Le Dièdre

Le dièdre est l'angle (en degrés) entre l'axe transversal et l'axe du longeron.

Il peut être positif ou négatif et participe à la stabilité de l'aérodyne.

L'effet du dièdre est très complexe et ne sera pas traité dans ce chapitre.

MH-1521 Broussard

Aile droit

Les ailes droites forment un angle droit avec l'axe du fuselage.

Ce type d'ailes est utilisé uniquement pour les aérodynes ayant une vitesse relativement faible (inférieur à Mach 0.7).

Speed Spitfire

Aile elliptique

Aile elliptique

L'avantage de l'aile elliptique est la diminution de la courbure à son extrémité entraînant un écoulement aérodynamique homogène sur toute sa longueur et une traînée minimale en vol subsonique.

L'inconvénient d'une telle aile est le vol à basses vitesses avec un décrochage plus rapide et plus brutal, ainsi que la complexité de la structure.

Lockheed F-22 Raptor

Aile trapézoïdale

Aile trapézoïdale

Cette aile très performante se caractérise par un faible allongement avec un bord d'attaque à flèche positive alors que le bord de fuite a une flèche négative.

Comme l'aile elliptique, l'aile trapézoïdale à un écoulement aérodynamique homogène sur toute sa longueur mais à basses vitesses le décrochage est réparti sur toute sa surface.

Northop B2

Aile volante

Aile volante

L'aile volante ne possède ni fuselage, ni empennage horizontal. Certaine comme le bombardier stratégique Northop B2 n'a plus de dérive.

Le pilotage assisté par ordinateur se fait à travers les gouvernes situées dans toute l'aile.

Bien que le concept soit ancien, l'aile volante pose des problèmes de stabilité notamment en tangage et lacet.

Dassault Mirage V

Aile delta

Aile delta

L'aile delta est un type d'aile en forme de triangle.

Ce type d'aile est bien adapté au vol supersonique, c'est pourquoi de nombreux avions de chasse ont des ailes delta.

Dassault Rafale B

Aile delta avec empennage canard

Le plan canard situé à l'avant n'est pas un empennage (comme sur un aérodyne classique), mais une petite aile portante qui peut également servir de gouverne de profondeur.

Aile delta avec empennage canard

Dassault Mirage G-8

Aile à géométrie variable

Aile à geométrie variable

La voilure à géométrie variable est une voilure dont la forme peut être modifiée en cours de vol, afin de rendre l'aéronef le plus performant possible à différentes vitesses sans perte d'efficacité.

La solution consiste à articuler tout ou une partie de la voilure afin augmenter ou de diminuer la flèche en fonction de la vitesse. Inconvénients complexité et poids d'un tel système.

Concorde

Aile gothique

Aile gothique

L'aile gothique est une aile delta, qui présente un bord d'attaque à flèche variable.

Pour le supersonique Concorde la flèche est très accentuée 76° au bord d'attaque près du fuselage, puis elle diminue.

Les bouts d'aile sont à courbure parabolique ce qui entraîne une augmentation de la surface en bout d'aile.

L'inconvénient est la complexité de la structure.

Airbus 320

Flèche positive

Les ailes à flèche positive ont une meilleure pénétration dans l'air aux hautes vitesses, et retardent l'apparition du Mach critique.

Ce type d'aile améliore aussi la stabilité de l'aérodyne autour de son axe de lacet et sert également de stabilisateur autour de l'axe de roulis, mais entraîne la couche limite vers le bout d'aile (saumon).

D'où des performances médiocres aux basses vitesses.

Sukhoî SU-47 Berkut

Flèche négative

Flèche négative

Les ailes à flèche négative ont une meilleure maniabilité, elles entraînent la couche limite vers l'emplanture de l'aile, mais crée une instabilité de l'aérodyne notamment autour de l'axe de lacet.

La Flèche

L’angle de flèche désigne l'angle formé entre le lieu des points situés au quart avant de la corde moyenne aérodynamique et l'axe transversal. Elle peut être positive ou négative. Si ce lieu de points n'est pas une droite (flèche variable), on prend alors parfois le bord d'attaque comme référence.

Pour un avion volant en subsonique Mach inférieur à 0.7 la flèche optimale est nulle ou faiblement positive inférieure à 5°.

Pour un avion de ligne volant en transsonique Mach entre 0,72 et 0.90, la flèche optimale sera de 25 à 35 degrés.

Pour un avion supersonique la flèche sera généralement de 35 à 45 degrés, mais pourra atteindre beaucoup plus, 76° comme le Concorde.

Voilure des 1er avions

Dès le début les constructeurs furent conscients que les longerons étaient les pièces maîtresses de l'aile.

Les premiers longerons furent construits en bois (en principe du frêne) cloué ou collé en forme de caisson ou de I.

Des nervures en contreplaqué ou en lattes de bois donnant le profil de l'aile s'appuyaient sur les longerons.

Des câbles (corde à piano) étaient tendus en diagonale pour augmenter la rigidité.

Le tout était recouvert de toiles de lin ou de coton puis enduit.

Comme la puissance des moteurs était faible la surface de l'aile était importante et sa structure devait être légère.

Voilure métallique à revêtement en toile

L'aile est composée de deux longerons (avant et arrière) en tôle d'aluminium pliée ou en bois et d'un réseau de nervures en tôle d'aluminium formée.

La résistance de l'aile est complétée par des tubes de compression et de tension.

Le bord d'attaque est revêtu d'une tôle fine.

Comme pour l'aile métallique les nervures comportent des évidements pour diminuer le poids de l'aile sans en altérer sa résistance.

Voilure métallique classique

Voilure métallique classique

L'ossature d'une aile dite "classique" est formée de deux longerons (ou plus) reliés entre eux par des nervures.

La rigidité de l'ensemble est assurée en partie par le revêtement extrados, intrados qui sont rivetés sur les nervures, les lisses et les semelles des longerons.

Le revêtement extrados et intrados est en tôles d'alliage d'aluminium.

Si le revêtement est trop mince, il ne participe pas au partage des contraintes, on dit alors que le revêtement est non travaillant.

Détail d'une aile métallique

Détail d'une aile métallique

Sur la plupart des avions la voilure est composée de deux parties aile gauche et aile droite.

Chaque partie est fixée sur le fuselage par une ou plusieurs attaches.

Un caisson est la partie comprise entre deux nervures, les âmes des longerons et l'extrados/intrados.

Ce type de structure augmente la rigidité de l'aile et résiste au mouvement de torsion et de flexion sans en augmenter la masse.

Il est souvent utilisé comme emplacement ou réservoir de carburant.

Différents types de longerons métalliques

Différents types de longerons métalliques

Actuellement, la plupart des avions métalliques ont des longerons d'aile en aluminium extrudé d'une seule pièce ou constitués de plusieurs profilés, rivetés ensemble pour former le longeron.

Ci-dessus plusieurs types possibles de longerons.

Longeron Fail-Safe

Longeron Fail-Safe

Ce type de fabrication signifie que si une partie d'une structure complexe se déforme ou cède, l'autre partie de la structure assume la charge et permet un fonctionnement continu sécurisé.

Ce longeron est fait en deux sections.

La section supérieure se compose d'une semelle rivetée à l'âme supérieure.

La section inférieure est une extrusion simple comprenant la semelle et la plaque de l'âme.

Ces deux sections sont raccordées et rivetées ensemble pour former le longeron.

Si l'une ou l'autre section du longeron se casse, l'autre section peut toujours supporter la charge.

Détail d'une nervure métallique

Voilure métallique moderne

Attache d'une aile au fuselage

Détail d'une aile d'airbus A300