Nous voulons dans cette partie savoir s'il y a d'autres facteurs, ou caractéristiques de l'aile, qui influencent le vol. Car, après avoir vu qu'il existait des volets, qui influençaient, peut-être existe-il d'autres facteurs à prendre en compte.

    Pour cette partie, nous avons donc besoin de réaliser des expériences, et pour cela, il nous faut un avion. Nous en avons donc fabriqué un. Voici brièvement sa construction en quelques minutes de vidéo:

        1) La masse des ailes

    Nous voulons dans cette sous partie chercher si des avions de même masse, mais avec chacun des ailes de masse différentes, aurait la même trajectoire de vol. 

    Nous allons donc réaliser plusieurs expériences. Nous utiliserons le même avion à chaque fois. Il sera toujours lancé à la même vitesse.

Expérience 1 : on réalise un vol témoin (normal).

Observations:                C'est une expérience de vol référence pour comparer

Interprétations:                          ensuite avec les autres

Expérience 2 : on ajoute à notre avion une masse de 9 g sur chaque aile. On lui fait ensuite réaliser un vol normal.

Observations : Le vol est plus court en distance et l'avion tombe plus vite

Interprétations : Comme la masse totale de l'avion augmente, donc le poids ( P= m*g) aussi. Mais la portance elle ne change pas donc les forces ne se compensent plus : le poids n'est pas compensé par la portance. Donc l'avion n'a plus une trajectoire droite rectiligne uniforme, et n'est plus en équilibre. Sa trajectoire est parabolique accélérée.

Expérience 3: on ajoute encore à notre avion une masse de 9 g sur chaque aile, en plus des masses précédentes. On lui fait ensuite réaliser un vol normal.

Observations : Le vol est encore plus court que le vol de l'expérience 2

Interprétations : même interprétation que pour l'expérience 2. 

Conclusion : on en conclut que la masse des ailes fait varier le vol de l'avion.

Autre façon de démontrer cela:

    On pouvait vérifier aussi cela grâce à une autre relation, celle de la charge ailaire.

La charge ailaire est le rapport de la masse de l'avion sur la surface des ailes soit:

m/S ,   avec m en Kg et S en m². Or plus la charge ailaire est élevée, plus la portance est faible.

    On effectue trois calculs, où la masse augmentera à chaque fois de 10 Kg.

On prendra pour ces calculs, S= 15m², et une masse de départ de l'avion de 150 000 Kg.

Pour m= 150000 Kg: charge ailaire = m/S = 150 000/15 = 10 000 Kg/m²

Pour m= 160000 Kg: charge ailaire = m/S = 160000/ 15 = 10 666 Kg/m²

Pour m= 170000 Kg: charge ailaire = m/S = 170000/ 15 = 11 333 Kg/m²

    Donc on voit que plus la masse augmente, pour un même surface d'aile, plus la charge ailaire augmente. Donc plus la masse augmente, plus la portance diminue.

    On comprend donc mieux pourquoi, l'avion perd de l'altitide, et pique du nez, c'est parce qu'il perd de la portance. 

    Donc même conclusion que pour l'autre façon, la masse des ailes fait bien varier le vol de l'avion.

        2) La taille des ailes

    On va maintenant dans cette sous partie, s'interesser à la longeur des l'aile.

    Nous voudrons savoir si le vol d'un avion est modifié lorsque l'on change la longeur des ailes, à chaque vol.

    Nous allons donc effectués plusieurs expériences. Nous utiliserons le même avion à chaque fois. Il sera toujours lancé à la même vitesse.

Expérience 1: on fait réaliser à un avion, un vol normal.

Observations:                C'est une expérience de vol référence pour comparer

Interprétations:                          ensuite avec les autres

Expérience 2: on raccourcit les ailes de chaque côté, de 5 cm. On lui fait ensuite réaliser un vol.

Observations : l'avion va moins loin que pour le premier vol. Il tombe plus vite au sol.

Interprétations : Si l'avion va moins loin et tombe plus vite, c'est que la portance à diminuée.

Expérience 3: on raccourcit les ailes de chaque côté, de 5 cm de nouveau. On lui fait ensuite réaliser un vol normal.

Observations : l'avion va encore moins loin que pour l'expérience 2.

Interprétations : on a les mêmes observations que pour l'expérience 2, on a donc la même interprétation.

Conclusion: Lorsque l'on diminue la taille des ailes d'un avion, cela diminue la portance de celui ci, et le fait du même coup tomber plus vite vers le sol. La taille des ailes de l'avion influence la portance, c'est donc un facteur majeur de l'aile.

    Mais est ce seulement la taille, ou plutôt sa surface. Nous allons vérifier cela.

        3) La surface des ailes ou surface ailaire.

    Nous allons dans cette sous partie, regarder si la surface des ailes est un facteur majeur pour le vol de l'avion.

    Pour cela nous allons nous pencher sur la portance,  la seule force, en rapport avec l'aile, que nous connaissons vraiment.

    Regardons la formule de la portance:  

               Portance = Cz x masse volumique x S x (v²/2)

 -Cz (sans unité): coefficient de portance, varie entre 0.2 et 0.7  pour avion de vol de croisière                  

- S  en m²: la surface de l'aile             

- v en m.s-1: la vitesse de l'avion

- p en KG/m3: la masse volumique du fluide traversé

-portance ou Fz en N : portance avion

    On remarque que dans cette formule de la portance, il y a le paramètre S, soit la surface. Alors, comme la surface intervient dans la formule de  la portance, cela veut dire que c'est un facteur influençant le vol de l'avion.

        Vérifions cela par le calcul.

    On prendra pour les calculs qui vont suivre, un avion volant à une vitesse de 300 km/h, avec la masse volumique de l'air des conditions de vol soit 1,2 kg/m³.
    Et un coefficient de portance de 0.5.

        Calculons Fz pour 3 surfaces différentes.

    On convertit pour ces 3 calculs  300 km/h en m/s,

soit 300 km/h = 300000/3600 = 83.3m/s

• Pour  S= 15 m²

Fz= Cz x masse volumique x S x (v²/2)

Fz= 0.5 x 1.2 x 15 x (83.3²/2)

Fz=9 x 3469 

Fz= 31 221  N

• Pour S= 17 m²

Fz= 0.5 x 1.2 x 17 x (83.3²/2)

Fz= 35 383 N

• Pour S= 13 m²

Fz= 0.5 x 1.2 x 13 x (83.3²/2)

Fz= 27 058 N

    On observe que plus la surface ailaire augmente, plus la portance augmente.

    On en déduit que la conclusion de notre sous partie sur la taille des ailes, n'était pas fausse, car la taille est bien un facteur qui influence la portance, mais seulement à travers le paramètre surface.

    Donc la surface des ailes, est bien un facteur majeur pour le vol de l'avion.

Autre façon de démontrer cela:

    On pouvait vérifier aussi cela grâce à une autre relation, celle de la charge ailaire, comme effectué dans le 1°).

    Calculons la charge ailaire pour 3 surface différentes, mais pour un avion de même masse, soit 150 000 Kg.

- Pour S= 13 m²:  charge ailaire = m/S = 150 000/13 = 11 538 Kg/m²

- Pour S= 15 m²: charge ailaire = m/S = 150 000/15 = 10 000 Kg/m²

- Pour S=17 m² : charge ailaire = m/S = 150 000/17 = 8824 Kg/m²

    Alors plus la surface augmente, pour une même masse de l'avion, plus la charge ailaire diminue, d'où plus la portance augmente.

    On en conclu donc la même chose qu' auparavant, plus la surface augmente, plus la portance augmente.

    La surface est un bien un facteur majeur à prendre en compte pour le vol d'un avion.

        4) L'angle d'incidence de l'aile et le décrochage

Nous ne pouvions pas experimenter cette partie, par faute de matériel. Nous allons donc vous l'expliquer.

    L'angle d'incidence de l'aile correspond à l'angle qu'à l'aile par rapport à l'horizontal, quand l'avion vole.

    Dans un vol rectiligne uniforme, l'aile est plus ou moins à l'horizontale ce qui veut dire que l'angle d'incidence est plus ou moins 0°. Nous allons voir les différentes inclinaison possibles.

    Observons la réaction des flux d'air en fonction de l'angle d'incidence :

• Lorsqu'une aile n'a pas d'inclinaison, c'est à dire que l'angle d'incidence est de 0°, un flux d'air passe à l'intrados et un flux d'air passe à l'extrados.

• Si l'on incline l'aile de 5-10%, les flux d'air à l'extrados sont laminaires* et vont accélérer ce qui va provoquer une augmentation de la portance, et donc l'avion va monter.

* laminaire: le mot laminaire, caractérise l'écoulement des fluides. Quand un écoulement est laminaire, cela veut dire que les fluides glissent les uns sur les autres, et que leurs particules ne se mélangent pas.

• En revanche, si l'on incline de 15% - 20%  l'aile, vers le haut. L'écoulement à l'extrados n'est plus laminaire mais devient turbulent*, l'aile ne joue alors plus sont rôle de "porteuse", un décrochage se produit.

* turbulent: en opposition à laminaire, un écoulement est turbulent, quand les fluides se mélangent les uns aux autres. 

Représentation de la situation du décrochage

    Le décrochage c'est la perte de portance de l'aile d'avion. Donc l'aile, à partir d'un angle d'incidence supérieur à 15%, perd de la portance, et va tomber.

Conclusion : l'angle d'incidence de l'aile est un facteur majeur de l'aile d'avion. Il influence le vol, puisque plus il augmente, plus il permet à l'avion de gagner de la portance. Par contre si il devient supérieur à 15-20%, l'aile perd de la portance, et l'avion tombe.

    Il est donc important de le prendre en compte, car :

        - il fait gagner de la portance à l'aile

        - l'aile perd totalement son rôle, s'il est supéreur à 15%

        5) Les aérofreins

    Voici un autre accessoire disposé sur l'aile: l'aérofrein. Lui aussi a son importance, car il a pour but de freiner l'avion, en accentuant la trainée au maximum, sans produire aucune portance.

Remarque : Il ne faut pas confondre les aérofreins d'ailes (ci dessus), avec les aérofreins du fuselage.

    Ces aérofreins ne sont bien entendu pas des accessoires majeurs influençant hautement le vol, mais ils ont quand même leur importance, et contribuent eux aussi à l'optimisation du vol de l'avion.

Conclusion : On retient de cette partie, qu'en plus de la cambrure des ailes, il y a d'autres caractéristiques et paramètres à prendre en compte pour le bon vol de l'avion. Il y a :

                      - la masse des ailes,

                      - la surface des ailes (surface ailaire),

                      - l'angle d'incidence.

    Ces trois paramètres, qui sont en rapport avec l'aile, change le vol de l'avion lorsqu'ils sont modifiés. Mais se ne sont certainement pas les seuls, il se peut qu'il en existe d'autres, mais nous n'avons répertoriés que ceux là.

    Nous savons donc à présent que l'aile joue son rôle dans le vol de l'avion, de par ses paramètres, mais son placement a-t-il une importance?