Ailes d'avion et ailes d'oiseau : des structures semblables


I. Structure interne de l'aile d'avion

Elle tient compte des contraintes imposées par le vol :
  • Les nervures supportent le revêtement supérieur (extrados) et inférieur (intrados). Elles transmettent les charges aérodynamiques aux longerons, qui sont attachés au fuselage au niveau de l'emplanture. Cette architecture permet à l'aile de supporter les charges résultant du vol (cf la rubrique propriétés physiques de l'aile)
     
  • Cette structure permet aux ailes d'avion de conserver une faible masse, puisqu'elle est essentiellement creuse, permettant de réduire le poids de l'ensemble et donc d'améliorer les performances aériennes de l'avion (une même portance aura un effet plus important sur un appareil au poids moindre).
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. 

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Ce schéma représentes les éléments essentiels de la structure de l'aile d'avion :
  • Le bord d'attaque désigne la partie du profil aérodynamique qui entre en premier en contact avec l'air.
     
  • Le bord de fuite désigne la partie arrière du profil aérodynamique.
  • Les nervures donnent la forme du profil de l'aile, qui joue un rôle essentiel dans le vol (cf la rubrique propriétés physiques de l'aile). Elles sont plus ou moins renforcées dans les parties soumisent à de fortes contraintes mécaniques.
  • Les longerons doivent supporter la majeure partie des charges s'exerçant sur l'aile en vol. Ce sont donc des pièces très solides, auxquelles viennent s'attacher les nervures et l'amplanture.
  • L'amplenture lie l'aile d'avion au fuselage.
     
  • Le saumon est un caisson de forme allongé servant de carénage à l'extrémité de l'aile.

II. Structure externe de l'aile d'avion

L'aile présente des surfaces mobiles ou gouvernes permettant le contrôle aérodynamique de l'avion. Cette structure externe est infiniment moins mobile que celle de l'aile d'oiseau, pour laquelle chaque type de plume fait appel à un jeu particulier de muscles et de tendons, mais elle joue un rôle fondamentale dans le vol.

(1)...................winglet
(2)...................aileron basse vitesse
(3)...................aileron haute vitesse
(4)...................rail de glissement des volets
(5) / (6)............becs de bord d'attaque                                  légende
(7)...................volet intérieurs
(8)...................volets extérieurs
(9)...................spoilers (destructeurs de portance)
(10).................spoilers/aérofreins

Les ailettes verticales marginales, aussi nommées pennes, ou winglet (1) permettent de réduire la traînée induite par la portance en minimisant la création de vortex à l'extrémité de l'aile, comme le montre ce schéma :

Un système similaire peut être observé chez les oiseaux, notamment chez les oiseau pratiquant le vol à voile, dont la pointe flexible des rémiges primaires permet aussi de réduire la création de vortex (ci-dessous une cigogne
Le dispositif hypersustentateur de l'aile d'avion est constitué des volets intérieurs (7) ou extérieurs (8), de l'aileron basse vitesse (2), des becs de bord d'attaque (5/6)... Son utilisation permet à l'aile de conserver sa portance à la vitesse la plus basse possible, et de limiter ainsi le risque de décrochage. Il agit sur la courbure de l'aile ou la surface alaire en modifiant le profil de l'aile.

Un dispositif semblable existe chez l'oiseau : ceux sont les alules, plumes rigides situées au niveau du pouce et permettant d'augmenter la vitesse de l'écoulement de l'air sur l'aile.

Pour en savoir plus sur le dispositif hypersustentateur de l'aile d'avion, nous vous conseillons de visiter le site mécavol.

III. Conclusion

Ailes d'oiseau et ailes d'avion ont donc bien une structure semblable :
  • Toutes deux adoptent une structure interne creuse et cloisonnée, aliant légèreté et solidité (les nervures et les longerons sont comparables aux trabécules de l'oiseau).

  • Leurs structures externes, mobiles, s'adaptent aux besoins du vol (les winglet de l'avion sont comparables aux rémiges primaires de l'oiseau et permettent la réduction de la traînée induite; le dispositif hypersustentateur remplit le même rôle que les alules de l'oiseau en assurant une portance plus importante à basse vitesse).
Mais comparée à celle de l'aile d'oiseau, la structure de l'aile d'avion paraît encore très rudimentaire. La faible autonomie des différentes parties de l'aile d'avion limite les performance de celle-ci : la mobilité de l'aile est en effet réduite, et l'adaptation aux différentes conditions de vol n'est donc que partielle.

L'étude de la structure de l'aile d'oiseau constitue donc encore un domaine de recherche important, que nous abordons dans la prochaine rubrique : "Ailes d'oiseaux : une source d'inspiration pour le futur".


Edouard Findling, Frédéric Bérard
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