Voilure (aéronautique) - Définition
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Introduction
La voilure (ou simplement l'aile) est la partie d'un avion assurant la transformation de la vitesse de l'avion en force de portance qui permet le vol. L'empennage la complète au point de vue de la stabilité.
- « La portance est une fleur qui naît de la vitesse », phrase attribuée au capitaine Ferber, un pionnier de l'aviation.
Le principe physique de génération de la portance est identique à celui de la traction exercée par une hélice au travers de ses pales (voir aérodynamique). C'est pourquoi un appareil comme l'hélicoptère, qui utilise un rotor principal pour assurer sa sustentation, est appelé appareil à voilure tournante (par opposition à l'avion qui est un appareil à voilure fixe).
Description
Historique
La surface de voilure nécessaire au vol dépend de la masse et de la vitesse et donc de la puissance des moteurs disponibles. Au début de l'aviation les moteurs disponibles étaient peu puissants, la vitesse faible ; il fallait donc une grande surface portante, ce qui a conduit à réaliser des aéronefs à plusieurs voilures superposées reliées entre elles par des mâts et des haubans.
Dans la première moitié du XXe siècle on a donc construit des avions biplans (à 2 voilures superposées) voire triplans (à 3 voilures superposées). Ceci permettait d'obtenir une portance supplémentaire sans trop augmenter l'envergure et la masse de l'aile. Avec l'augmentation de la puissance des moteurs, la construction d'avions à ailes métalliques plus épaisses mais sans haubans a permis de réduire la traînée et de gagner en vitesse.
Depuis la Seconde Guerre mondiale, la quasi-totalité des avions sont monoplans : leur voilure est constituée de deux ailes en porte à faux ou cantilever placées de chaque côté du fuselage.
Position sur le fuselage
On distingue les ailes en fonction de leur implantation sur le fuselage :
- - ailes basses,
- - médianes,
- - hautes.
Les ailes hautes permettent de protéger les moteurs contre l'ingestion de corps étrangers (ou d'eau dans le cas des hydravions, comme par exemple sur le Beriev Be-200) ou faciliter l'emport de charges volumineuses en soute (ex. Transall C-160). Sur les avions de tourisme légers, elles assurent une meilleure visibilité vers le bas, sauf en virage (ex. Cessna 152).
Terminologie
En longitudinal : le bord avant est appelé bord d'attaque et le bord arrière bord de fuite.
En transversal : la jonction de l'aile au fuselage s'appelle l'emplanture. La jonction du bord d'attaque au fuselage peut être prolongée vers l'avant par une aigrette (strake ou apex en anglais).
L'extrémité de l'aile (ou saumon) peut être simplement coupée net, ou bien se terminer par une forme spéciale courbée vers le haut ou vers le bas. Il existe aussi des ailettes marginales (ou winglets en anglais), simples (vers le haut) ou doubles (vers le haut et vers le bas).
Structure
Chaque demi-voilure est constituée d'un (ou de plusieurs) longerons attachés au fuselage au niveau de l'emplanture. Les nervures supportent les revêtements supérieur (extrados) et inférieur (intrados) et transmettent les charges aérodynamiques aux longerons. La voilure peut également être le support de différents systèmes de navigation comme les feux de position (aux extrémités), les phares d'atterrissage, ou de pilotage (détecteur de décrochage). Y sont également fixés d'autres dispositifs, par exemples de fines tiges parfois terminées par des brosses en fibres de carbone (déperditeur de potentiel) permettant d'éliminer la charge électrostatique formée par la friction de l'air.
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Surfaces mobiles
L'aile présente des surfaces mobiles ou gouvernes permettant le contrôle aérodynamique de l'avion :
- gouvernes en roulis : ailerons
- gouvernes en tangage et en roulis : gouvernes de profondeur plus ailerons, séparées ou bien regroupées (élevons) sur les ailes "Delta"
- becs et volets hypersustentateurs, aérofreins permettant le contrôle de la portance et de la traînée.
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Chargement
L'aile peut aussi servir de point d'attache pour les ensembles de propulsion, le train d'atterrissage et pour l'emport de charges sur les avions militaires. Elle contient des caissons servant de réservoirs de carburant.
