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Catégorie:	Théorie du vol
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Description

La traînée induite est une conséquence inévitable de la portance et est produite par le passage d’une voilure (par ex.par exemple, une aile ou un empennage) dans l’air. L’air qui s’écoule sur le dessus d’une aile a tendance à s’écouler vers l’intérieur car la diminution de la pression sur l’extrados est inférieure à la pression à l’extérieur de l’extrémité de l’aile. En dessous de l’aile, l’air s’écoule vers l’extérieur car la pression en dessous de l’aile est supérieure à celle à l’extérieur de l’extrémité de l’aile. La conséquence directe de ce phénomène, en ce qui concerne les extrémités de l’aile, est qu’il y a un déversement continu d’air vers le haut autour de l’extrémité de l’aile, un phénomène appelé « effet d’extrémité » ou « effet de bout ». Une façon d’apprécier pourquoi un rapport d’aspect élevé pour une aile est meilleur qu’un rapport faible est qu’avec un rapport d’aspect élevé, la proportion d’air qui se déplace de cette façon est réduite et donc une plus grande partie de celui-ci génère de la portance.

Pour l’aile plus généralement, les flux d’air provenant du dessus et du dessous de l’aile s’écoulent en formant un angle l’un par rapport à l’autre lorsqu’ils se rencontrent le long du bord de fuite de l’aile. Ils se combinent pour former des tourbillons qui, vus de l’arrière, tournent dans le sens des aiguilles d’une montre pour l’aile gauche et dans le sens inverse pour l’aile droite. Ces tourbillons ont tendance à se déplacer vers le bout de l’aile en se rejoignant. Au moment où le bout de l’aile est atteint, un grand tourbillon de bout d’aile s’est formé et est rejeté.

La plupart de ces tourbillons sont bien sûr complètement invisibles mais, dans un air très humide, le noyau central d’un tourbillon peut devenir visible parce que la pression de l’air en son centre a diminué – et s’est donc refroidie – suffisamment pour qu’il y ait condensation. Une charge alaire plus élevée dans un virage augmentera également la force – et le degré de réduction de la pression – de sorte que des noyaux tourbillonnaires visibles sont encore plus probables pendant les virages. Si l’on s’approche de ces tourbillons, ils peuvent aussi parfois être audibles !

La majeure partie de l’air qui s’écoule du haut d’une aile – le « downwash » – continue plus ou moins horizontalement vers l’empennage car il est équilibré par un upwash correspondant devant le bord d’attaque de l’aile. En revanche, le mouvement d’air ascendant qui conduit à la « consolidation » du tourbillon en bout d’aile se situe juste à l’extérieur du bout d’aile, tandis que le mouvement descendant correspondant se situe juste à l’extrémité de l’envergure de l’aile, de sorte que la direction nette de l’écoulement de l’air devant l’aile est descendante. La portance créée par l’aile – qui est par définition à angle droit par rapport à l’écoulement d’air, est donc légèrement inclinée vers l’arrière et  » contribue  » ainsi à la traînée – traînée induite.

Bien qu’il doive toujours y avoir au moins une certaine traînée induite parce que les ailes ont une épaisseur finie, la conception tente dans la mesure du possible de réduire cet écoulement. Une surface d’aile requise peut être obtenue en utilisant différents rapports entre l’envergure et la corde de l’aile (rapports d’aspect). Plus le rapport d’aspect de l’aile est grand, moins la perturbation de l’air est créée à l’extrémité. Cependant, pour la plupart des avions, il existe à la fois des limites pratiques à l’envergure maximale de l’aile pour les manœuvres au sol et des problèmes structurels qui signifient qu’à terme, la pénalité de poids pour renforcer de manière adéquate une aile longue et mince devient excessive. Le fait que les avions transportent la majeure partie de leur carburant dans les ailes constitue également un facteur de conception des ailes. Les rapports d’aspect typiques des avions de transport varient entre 6:1 et 10:1.

Les autres moyens de réduire la traînée induite et la force des tourbillons de bout d’aile dans une conception d’aile sont également basés sur la réduction de la quantité de mouvement d’air vers le haut à l’extrémité de l’aile en visant à générer relativement plus de la portance loin des extrémités. La conicité de l’aile vers le bout de l’aile y contribue, tout comme la torsion de l’aile. Le Boeing 767 est un exemple d’aile vrillée. L’aile intérieure a un angle d’attaque (AOA) plus élevé que l’aile extérieure et génère donc proportionnellement plus de portance, tandis que le bout de l’aile, avec un angle d’attaque très faible, génère très peu de portance. Les ailettes (sharklets) sont également devenues populaires, qu’il s’agisse des versions habituelles tournées vers le haut ou des anciennes versions à double sens de la série Airbus A320. Des winglets bien conçus peuvent empêcher environ 20% du déversement du flux d’air à l’extrémité – et donc 20% de la traînée induite.

La traînée induite et ses tourbillons de bout d’aile sont une conséquence directe de la création de la portance par l’aile. Comme le coefficient de portance est grand lorsque l’angle d’attaque est grand, la traînée induite est inversement proportionnelle au carré de la vitesse alors que toutes les autres traînées sont directement proportionnelles au carré de la vitesse. Il en résulte que la traînée induite est relativement peu importante à grande vitesse, en croisière et en descente, où elle représente probablement moins de 10% de la traînée totale. En montée, elle est plus importante, représentant au moins 20% de la traînée totale. À faible vitesse, juste après le décollage et lors de la montée initiale, elle est d’une importance maximale et peut représenter jusqu’à 70 % de la traînée totale. Enfin, lorsqu’on examine la force potentielle des tourbillons d’extrémité d’aile, toute cette théorie sur la traînée induite doit être modérée par l’effet du poids de l’avion. La traînée induite augmentera toujours avec le poids de l’avion.

SKYclip

Le SKYclip suivant aborde la question de la rencontre de tourbillons de sillage en route.

• Propagation et désintégration des tourbillons de sillage
• Dispositifs de réduction de la traînée de bout d’aile

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