Pauvres terriens que nous sommes : tout corps sur Terre a une masse et la gravité nous entraîne irrémédiablement vers le sol.

   En revanche, nous avons la chance d'être entourés d'air, doté d'une certaine densité. On s'en rend compte lorsque l'on met la main hors de la fenêtre d'une voiture : on sent la force du vent "relatif" qui pousse la main dans la direction opposée au sens de déplacement de la voiture. Cette force s'appelle en aéronautique la "traînée" ; elle s'oppose à la direction que l'on veut prendre. Cependant, si l'on met la main à plat, on sent beaucoup moins la force du vent. Pourquoi ? Parce que la section opposée au vent a diminué et que la section restante (le tranchant de la main) fend l'air, rendant la surface exposée plus aérodynamique.

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   Pour trouver des formes aérodynamiques, il suffit de regarder la nature. Ainsi, la goutte d'eau, lorsqu'elle tombe du ciel, prend une forme ronde à l'avant et effilée à l'arrière. Il y a donc moyen de réduire la traînée en adoptant une forme adéquate. Maintenant, reprenons l'exemple de la main à l'extérieur de la fenêtre de la voiture : gardez la main à plat mais inclinez-la légèrement (j'espère que ce n'est pas vous qui êtes au volant !). La sensation de résistance reprend. C'est normal, puisque la section exposée au vent a augmenté à nouveau. Mais une deuxième force s'est ajoutée : la main a envie de monter. En inclinant la main, vous avez créé un angle avec le vent. En aéronautique, cet angle s'appelle "l'angle d'incidence", simplement résumé par "incidence" et la force qui fait monter la main est la "portance". Variez la vitesse de la voiture, et vous ferez aussi varier les forces aérodynamiques précitées.

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   Mais user de votre moteur a des limites et puis vous allez dépenser rapidement le plein d'essence. La force de votre moteur s'appelle en aéronautique la "traction".

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   Petit résumé :

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• La traînée est la force créée par le vent relatif et qui s'oppose au déplacement.

• L'incidence est l'angle formé par l'inclinaison de la main par rapport à la direction du vent relatif.

• La portance est la force créée par l'incidence de la main et qui pousse la main vers le haut.

• La traction est la force créée par le moteur qui crée le déplacement vers l'avant.

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   En roulant sur la piste de décollage, l'avion génère du vent relatif sur la voilure et ce vent se transforme en portance dès que l'on crée un angle d'incidence.

   Ainsi, la portance d'une voilure est fortement corrélée avec l'inclinaison des bords des ailerons qui va créer un angle d'incidence. Il faut cependant compléter avec deux autres notions : le profil de l'aile et l'effondrement de la portance que nous allons détailler maintenant.

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Profil de l'aile :

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   La portance dépend aussi du profil de l'aile car, en touchant le bord d'attaque d'une aile, le flux d'air se sépare en deux autres flux qui vont contourner par l'extrados (le haut) et  par l'intrados (le bas).

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   Ensuite, comme une histoire d'amour, les deux flux se retrouvent au bord de fuite. Comment peuvent-elles se rejoindre alors que le profil d'une aile rend le parcours plus long du côté extrados ? Tout simplement en accélérant. Cette accélération crée une pression moins forte sur l'extrados que sur l'intrados et ainsi, l'aile est "aspirée" vers le haut.

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Effondrement de portance :

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   Au-delà d'une certaine incidence, la portance s'effondre et les filets d'air se détachent de l'extrados : on dit que l'aile "décroche". Un avion se trouvant à cette incidence ne vole plus, il tombe.

   Enfin, il faut réaliser qu'en vol en palier (vol horizontal), l'incidence et la vitesse sont liées : à basse vitesse, il faut cabrer l'avion pour maintenir le palier, sinon l'avion descend ; en haute vitesse, il faut au contraire faire piquer un peu l'avion sinon il monte. Ainsi, l'incidence de décrochage est aussi une vitesse minimale : la vitesse de décrochage.

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   Maintenant que nous savons comment vole un avion, nous allons définir sa position et son mouvement en lui affectant un repère muni de trois axes : "lacet", "tangage", "roulis". Comment se contrôle-t-il le long de ces trois axes ? Nous allons ici parler des voilures (ensemble de la surface portante d'un avion) fixes (avions, ailes volantes, etc.) mais pas des voilures tournantes (drones, quadrocopters, etc.) car ils ne font pas partis de notre TPE.

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   Les voilures fixes utilisent des surfaces de contrôle mobiles : "ailerons", "commande de profondeurs", "gouvernail", etc.

   Ces gouvernes sont placées le plus loin possible de l'axe qu'ils contrôlent, pour optimiser leur action via un effet de levier : dans la queue du gouvernail et la commande de profondeur ; à l'extrémité des ailes pour les ailerons. Un avion traditionnel tourne en combinant une action sur les ailerons, le gouvernail et la profondeur.