Introduction
Depuis l’apparition des premiers insectes ailés il y a environ 350 millions d’années, l'atmosphère terrestre n’a cessé d’être sillonnée par une multitude d'espèces animales volantes, de branches évolutives aussi diverses que les insectes, les ptérosaures, les oiseaux ou encore les chauve-souris.
De ce fait, les hommes ont toujours vécu entourés d’êtres volants, et leur fascination pour cette capacité à priori “magique” de se mouvoir, dans l'apparente vacuité de l’air, n’a eu d’égal que leur impossibilité, et ce pendant très longtemps, de reproduire cette prouesse évolutive.
Aujourd’hui, voir un avion sillonner le ciel nous paraît ordinaire, et c’est à leurs ailes que nous attribuons cette faculté qui permet à bon nombre d’engins (aérodynes) de voler dans l’atmosphère terrestre (cf. définition “Vol”).
En effet, l’aile est intimement liée, dans l'imagerie populaire, au concept de vol. Mais comment se fait-il que les avions “décrochent” parfois (cf. le vol Rio-Paris en 2009) ? Et les voitures de course (qui ne doivent pas décoller du sol !) n’ont-elles pas des sortes d'ailettes à l’arrière et parfois à l’avant ? Enfin, certains bateaux, les hydroptères, n’ont-ils pas des ailes sous-marines qui soulèvent leur coque hors de l’eau ?
Ce propos “une aile, cela sert à voler” nous semble un peu trop simpliste (cf. définition “Aile”), et c’est dans une volonté de savoir à quoi servent exactement ces appendices mécaniques, que nous nous sommes posés la question suivante : Une aile artificielle fait-elle forcément voler ?
Nous tenterons de comprendre dans un premier temps, en nous appuyant sur des manipulations en soufflerie, comment une aile ou un engin ailé arrive à engendrer une sustentation suffisante pour lui permettre de décoller, et de voler.
Dans un second temps, d’après nos connaissances récemment acquises, nous analyserons et tenterons d’expliquer les différents cas lors desquels la portance procurée par une aile se voit diminuer significativement, s’annuler, ou devenir une déportance (portance négative).
Enfin, nous essayerons de trouver, si ces phénomènes aérodynamiques peuvent aussi être observés non dans un milieu aérien, mais dans un milieu aquatique pour apporter une dernière nuance à notre étude.
SOMMAIRE :
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Introduction
I - Une portance induite grâce aux ailes
a) Histoire des aérodynes
b) Quelles sont les différentes parties d'une aile ?
c) Comment mettre en évidence les effets aérodynamiques subits par une aile ?
d) Qu'est ce qui cause ces forces de traînée et de portance ?
e) Quelles sont les équations qui décrivent ces deux forces ?
f) L'analyse d'une aile en mouvement est-elle une histoire de vecteurs ?
II - Des cas de déportance et de décrochage
a) Quelles sont les causes de la baisse des facteurs p, V² et S ?
b) Quelles sont les causes de diminution du coefficient aérodynamique Cz ?
c) La portance peut-elle être négative ?
d) Comment le phénomène de déportance peut-il être utile à l'industrie automobile, en particulier pour les voitures de course ?
III - Ouverture sur un milieu différent : l'eau
a) Qu'est ce qu'un Hydroptère ?
b) Une aile se comporte-t-elle de la même façon dans l'air que dans l'eau ?
c) Quelles sont les limites qui vont influencer la portance ?