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#1 01-09-2014 12:46:56

Silverstar
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Conception des ailes

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Une aile appelée aussi voilure est l'ensemble des surfaces d'un avion assurant la portance en vol. L'aile peut aussi servir de point d'attache pour les moteurs, pour le train d'atterrissage et pour l'emport de charges sur les avions militaires. Elle contient généralement des caissons servant de réservoirs de carburant.

Au début de l'aviation les moteurs disponibles étaient lourds et peu puissants, la vitesse faible, il fallait donc une grande surface portante. Avec l'augmentation de la puissance des moteurs, l'apparition de nouveaux matériaux, la construction d'avions à ailes métalliques plus épaisses à permis de réduire la traînée et de gagner en vitesse.

Il existe plusieurs configurations d'aile :

Nombres d' ailes par rapport à la structure
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  • monoplan est un aéronef n'ayant qu'une seule paire d'ailes comme plan de sustentation.

  • biplan est un aéronef pourvu de 2 ailes portantes superposées.

  • triplan est un aéronef pourvu de 3 paires d'ailes placées les unes au-dessus des autres.

  • quadriplan est un aéronef pourvu de 4 paires d'ailes placées les unes au-dessus des autres.

  • sesquiplan est un aéronef dont l'aile inférieure est d'une surface équivalant à la moitié de celle de l'aile supérieure.

  • multiplan est un avion pourvu de plusieurs paires d'ailes placées les unes au-dessus des autres.

Position des ailes
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  • aile basse est implantée en bas du fuselage de l’avion. Cela permet de dégager le champ de vision du pilote et de concevoir un train d’atterrissage plus court et donc plus léger.

  • aile haute est placée sur la partie supérieure du fuselage. Cette configuration gène la visibilité de l’équipage vers le haut mais l’améliore pour l’observation.

  • aile médiane est implanté au milieu du fuselage, dans une position intermédiaire entre l’aile haute et l’aile basse.

  • aile jointe ou fermée présente une aile non plane, fermée en vue de face, de forme rectangulaire, annulaire ou encore circulaire.

  • ailes en tandem les deux plans sustentateurs sont placés l'un derrière l'autre, la surface arrière qui est stabilisante, sert d'empennage horizontal.

  • aile parasol est fixée non pas directement au fuselage mais au dessus, sur des haubans, eux-mêmes reliés au fuselage.

  • aile en mouette au lieu d’être droite, l'aile présente une brisure.

  • aile en mouette inversée est implantée dans le fuselage, descend fortement puis se redresse après la brisure.

  • aile volante englobe le fuselage, l’avion et l'aile ne font qu'un.

  • aile droite forme un parfait angle droit avec la ligne centrale du fuselage.

  • aile en flèche forme un angle inférieur à 90° avec la ligne centrale du fuselage.

  • aile en flèche inversé se caractérise par une flèche dont les saumons par vers l’avant de l’appareil.

  • aile delta forme quasiment un triangle isocèle dont le sommet se trouve à l’avant de l’avion et la base correspond au bord de fuite de l’aile.

  • aile elliptique se caractérise par des bords de fuite et d’attaque en forme d' ellipse pour se rejoindre directement en bout d’aile.

  • aile gothique ou en ogive présente une forme en vague du bord d’attaque, celui-ci ayant un angle de plus en plus prononcé en partant de la racine de l’aile.

  • aile brisée offre quasiment les mêmes conditions de vols que l’aile gothique. Mais son aspect est moins esthétique, car l’aile delta est brisée en deux sections offrant une flèche d’un angle différent.

  • aile à géométrie variable peut replier ses ailes vers l’arrière grâce à un point de pivot et également avancer ses ailes pour profiter d’une portance et une maniabilité maximale à vitesse subsonique.

  • aile trapézoïdale reprend le même principe que l’aile elliptique mais avec une forme géométrique au lignes plus radicales.

  • aile canard présente une petite aile portante placé en avant de la voilure principale.

  • aile à dièdre est l'angle formé par le plan de chaque aile avec le plan horizontal. Le dièdre peut être positif (ailes vers le haut) ou négatif (ailes vers le bas) il peut également n'affecter que l'extrémité de l'aile.

En observant la structure d'une voilure on s'aperçoit qu'elle est composée :

  • d'un bord avant appelé bord d'attaque et le bord arrière bord de fuite.

  • d'une jonction de l'aile au fuselage appellé l'emplanture.

  • d'une extrémité de l'aile (ou saumon) coupée net, ou bien terminer par une forme spéciale courbée vers le haut ou vers le bas, mais aussi d' ailettes marginales ou winglets (vers le haut) ou doubles (vers le haut et vers le bas).

Chaque demi-voilure est constituée d'un (ou 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 exemple 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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Les éléments principaux qui constituent une aile sont les longerons, les nervures et le revêtement.

Les longerons sont de formes multiples et de constructions différentes, ils constituent les éléments longitudinaux de l'aile. Les longerons sont constitués de deux semelles qui absorbent les contraintes de traction et de compression et de une ou deux âmes qui résistent aux cisaillements.

Les nervures sont des éléments transversaux, constituées d'une âme et de deux semelles, elles donnent la forme du profil et transmettent les efforts encaissés par le revêtement aux longerons.

Les nervures courantes assurent le maintient du profil et la rigidité générale et sont réalisé en alliage léger (Dural/Ziclar) par des tôles raidies et ajourées.

Les nervures fortes sont placés sur les sections soumises à de fortes contraintes comme les volets, les spoilers ou l'emplanture et réalisées sous forme de poutre en treillis ou pièce monobloc forgé et usinée.

Les nervures étanches sont situées à chaque extrémité des réservoirs de l'aile.

Le revêtement encaisse les contraintes de torsion, flexion, compression, traction et son raidissement (rivetage, collage ou soudure) est obligatoire dans le sens longitudinal de l'aile. Le revêtement est réalisé en plaques ou tôles d'alliages légers (Zicral pour l'extrados et Dural pour l'intrados).

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La géométrie d'une aile se définit en fonction de plusieurs éléments :

  • d'une envergure qui est la distance entre les deux bouts d’aile.

  • d'une surface alaire qui comprend non seulement les ailes (extérieures au fuselage), mais aussi la partie du fuselage située entre les ailes, dans le prolongement du bord d'attaque et du bord de fuite des ailes.

  • d'un allongement qui est le rapport entre l’envergure et la corde moyenne de l'aile, ou encore le rapport du carré de l'envergure et la surface.

  • d'une flèche qui est l'angle horizontal formé entre le lieu du quart avant des cordes et l'axe transversal de l'avion.

  • d'une finesse qui est définie comme le rapport entre la portance et la traînée. C'est aussi le rapport entre la distance parcourue et la perte d'altitude.

  • d'un profil qui est le contour de cet élément dans un fluide en mouvement (le vent).

  • d'une corde qui est la droite reliant le bord d’attaque au bord de fuite

  • d'une épaisseur qui est la distance maximum entre intrados et extrados à la corde du profil.

  • d'un angle de calage entre la corde du profil d'emplanture et l'axe longitudinal de référence du fuselage, généralement horizontal à la vitesse de croisière. En vol de croisière stabilisé, l'angle de calage est égal à l'angle d'incidence.


Assemblage aile et moteur

Sur les avions commerciaux on trouve plusieurs types d'assemblage :

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GTR (Groupe turbo-réacteur) directement sous l'aile comme les Boeing 737-100 fixé par deux ferrures, une ferrure avant fixé sur le longeron avant (2 points de fixation) qui transmet la poussée et une ferrure arrière fixée sur le longeron arrière (1 point de fixation) qui assure sa suspension. Ces 3 points de fixation sont équipés d'un amortisseur qui absorbe les vibrations et autorise la dilatation des carters. Enfin des tôles pare-feu supérieurs et latérales isolent la zone moteur de l'aile et forment un bouclier thermomécanique.

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GTR suspendu sous l'aile comme les Boeing 747 fixé par une structure dit "mat de liaison ou pylône" boulonné sur le longeron avant et sur deux nervures fortes de l'aile. La poussée est transmise à l'aile par une ferrure avant boulonné sur la partie avant du compresseur haute pression et la suspension est assuré par une ferrure arrière à l'aide de bielles de liaison à inclinaison variable ainsi le GTR a une libre dilatation radial et axiale. Enfin des cloisons pare-feu supérieurs et arrière isolent le GTR de l'aile et forment un bouclier thermomécanique.

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GTP (Groupe turbo-propulseur) comme sur les De Havilland DHC-8 fixé généralement sur l'aile à l'aide d'un chassis tubulaire dit "bati moteur". Le GTP est fixé directement de façon rigide sur le longeron avant et les nervures fortes par des chapes et des boulons. Il est réalisé par plusieurs points de fixation équipées d'amortisseurs qui assurent la transmission de la traction de l'hélice, de son couple et du poids du moteur. Enfin une cloison pare-feu supérieur et arrière isole le moteur de la cellule.

Une aile est aussi composée de surfaces mobiles :

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Les commandes de vol secondaires sont les dispositifs aérodynamiques ci dessous :

  • ailerons qui sont des gouvernes aérodynamiques se déplaçant en sens opposé (l'un monte quand l'autre descend et inversement) et servant à produire un moment de roulis.

  • aérofreins ou spoilers qui sont des surfaces mobiles de forme généralement rectangulaire située sur l'extrados de l'aile d'un avion. Ils permettent de diminuer la portance de l'aile et augmenter sa traînée, assurant ainsi un freinage aérodynamique par sortie simultanée et symétrique après atterrissage (spoilers sol et air) ou pour diminuer la vitesse de descente (spoilers air). Ils sont constitué de panneaux très solides ajourés pour limité les vibrations.

  • becs de type Krüger ou LE Flaps (bord d'attaque) qui est un petit volet accroché au bord d'attaque et rabattu sur l'intrados, le dessous de l'aile. Il est identique aux becs de type LE Slats mais sans effet de fente et de cambrure en position sorti, le bord d'attaque se déplaçant vers le bas cela à pour effet de réduire la vitesse d'écoulement et l'intensité de la dépression sur l'extrados.

  • becs de type LE Slats (bord d'attaque) qui est un petit profil fixe, situé en avant du bord d'attaque d'une aile et destiné à empêcher le décollement des filets d'air aux grands angles d'attaque et donc à vitesse réduite. En pivotant, tout en restant attaché, il augmente la courbure, la surface et l'écoulement. La partie avant du bord d'attaque se déplace vers l'avant et vers le bas se qui produit une fente en forme de convergent ou l'air va accélérer la couche limite et faire reculer la zone de décollement. Il s peuvent prendre 2 ou 3 positions (rentré, sorti ou intermédiaire). Le mouvement est assuré par des vérins hydraulique (B737) ou des moteurs (A320) et ils sont guidés par des rails et des galets.

  • volet hypersustentateur (bord de fuite) qui est un dispositif déployé sur l'aile d'un avion pour augmenter sa portance aux basses vitesses, et rabaisser ainsi la vitesse de décrochage en modifiant la courbure arrière du profil. Un chariot est entraîne par un vérin à vis et guidé par des galets circulent sur un rail, la partie un peu pointu autour est un carénage aérodynamique. Le volet Fowler par exemple recule et se braque combinant aisni les effets de courbure, de fente et d'augmentation de surface.

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#2 12-09-2017 23:43:01

pingouin
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Re : Conception des ailes

Bonsoir silverstar,

Il semble que les ailes des avions soient grises et jamais entièrement peintes comme le fuselage. Tu as une idée du pourquoi?


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#3 13-09-2017 09:58:34

mameloose
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Re : Conception des ailes

C'est de la saleté tout simplement à la base la peinture est la même partout

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#4 13-09-2017 12:08:19

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Re : Conception des ailes

Certainement pour une question de cout et de poids. Les ailes doivent etre recouvertes d'une protection comme le reste de l'avion. Question marketing, peindre les ailes qui ne sont visible que par les passagers n'a pas vraiment d'impact pour une compagnie aérienne.

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#5 19-09-2017 21:29:27

pingouin
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Re : Conception des ailes

mameloose a écrit :

C'est de la saleté tout simplement à la base la peinture est la même partout

Alors pourquoi la saleté ne rend pas grises les autres parties de l'avion?


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#6 19-09-2017 21:32:29

pingouin
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Re : Conception des ailes

Sur cette photo la tole semble etre à nu et ce n'est certainement pas du a la saleté, mais avoir été peinte par un produit qui certainement a été recouvert lors de l'assemblage de l'avion.
Ce la dit pourquoi cela n'a pas été peint totalement en gris foncé comme le devant de l'aile?

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Dernière modification par pingouin (19-09-2017 21:33:31)


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#7 19-09-2017 21:52:53

Satoru
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Re : Conception des ailes

Je dirais tout simplement que c est esthetique. Le but etant de faire ressortir le fuselage et les logos des compagnies. Les ailes grises pour la neutralité et pour la facilité de maintenance en cas de changement de pièces, c est du standard pour le constructeur. Les ailes blanches seraient aussi trop salissantes et trop reflechissantes pour les passagers. Comme les nez des avions anciens qui etaient noir matte. C est mon opinion perso. lol

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#8 19-09-2017 23:06:47

Satoru
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Re : Conception des ailes

La partie plus foncée indique simplement la partie sur laquelle on peut marcher sans risque de tomber ou d abimer les parties mobiles de l aile. Dailleurs il y a souvent ecrit 'no step' autour de cette zone.

Dernière modification par Satoru (19-09-2017 23:08:06)

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#9 20-09-2017 00:05:49

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Re : Conception des ailes

Je ne suis pas d'accord avec toi, quand tu dis que la zone grise indique simplement la partie sur laquelle on peut marcher.

La partie grise n'est pas une zone qui indique où il faut marcher. (le plus important c'est l'indication où il ne faut pas marché)

Ce sont les indications NO STEP qui indiquent la où il ne faut pas marcher pour éviter d’endommager la peau.

Cette zone grise s'appelle le "COROGUARD" qui serait un revêtement en aluminium métallisé très dure, légèrement rugueux qui a une finition terne et qui réfléchi la chaleur de la partie réservoir de carburant de l'aile. Elle semble aussi présente sur la dérive horizontale. Conçu pour être très résistant au fluide hydraulique Skydrol, aux semelles de chaussures...

Coroguard Boeing 737

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#10 20-09-2017 06:42:33

Satoru
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Re : Conception des ailes

oui! donc on est bien d accord! lol les no step sont autour du coroguard qui est lui meme délimité par une bande noir fine au dela de laquelle il ne faut pas aller!  La ruguosité est aussi anti dérapante du coup!

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#11 20-09-2017 18:38:41

Churchill
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Re : Conception des ailes

Pensez peut-être aux pb de givrage / dègivrage et technologies qui peuvent y être liées ...
Bec et bords d'attaque differents des zone planes ...

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#12 20-09-2017 18:59:28

pingouin
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Re : Conception des ailes

C'est beaucoup plus clair merci Silver et satoru arma


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