Tourbillons marginaux

Traces de condensation dues au tourbillon marginal aux extrémités des ailes d'un F-15E après un ravitaillement en vol

Le tourbillon marginal (en anglais wingtip vortex ou au pluriel wingtip vortices) est le tourbillon qui se crée à l'extrémité d'une aile ou d'une pale d'un avion.

L'origine du tourbillon marginal se situe dans la différence de pression entre l'intrados et l'extrados du corps portant considéré. La pression à l'intrados étant normalement supérieure à la pression à l'extrados, un écoulement de contournement depuis l'intrados vers l'extrados se crée. En prenant en compte la vitesse d'avancement, cette composante de vitesse crée un enroulement tourbillonnaire.

En aéronautique

Le tourbillon marginal est un élément important de ce que l'on nomme la turbulence de sillage qui est un phénomène dangereux si un avion entre dans la turbulence laissée par un autre avion qui le précédait. Cela a conduit la FAA à définir des distances minimales entre avions en fonction de leurs poids respectifs au décollage, à l'atterrissage et en vol.

Un tourbillon peut également apparaitre sur des parties formant des angles avec le plan des ailles, telles que par exemple les volets quand ils sont abaissés.

Une image du tourbillon marginal est parfois visible avec de la condensation de vapeur d'eau qui se forme dans des conditions de basse pression. C'est surtout le cas des avions de chasse en forte accélération ou avec un angle d'attaque élevé. Ou encore des avions de ligne au décollage ou à l'atterrissage dans un air humide. Il ne faut pas confondre cette condensation avec les trainées de condensation qui sont provoquées par la vapeur d'eau échappée des moteurs.

Il peut être aussi appelé Tourbillon de Prandtl.

Tourbillon marginal sur une aile conventionnelle et une aile avec winglet

Le tourbillon marginal est moins fort sur les avions avec des ailes de grande taille tels que les avions de ligne ou les avions avec des ailes étroites (ailes à fort allongement) tels que les planeurs. Il est plus élevé sur les avions avec des ailes de surface réduite comme les avions de combat où elles assurent une plus grande vitesse et une meilleure manoeuvrabilité au détriment de la consommation.

Les winglets (ailettes de bout d'aile) produisent un tourbillon marginal réduit car de plus faible rayon, de plus faible énergie cinétique et situé plus à l'extrémité de l'aile. De ce fait une plus grande partie de l'aile est utilisée pour la portance de l'avion et la consommation de carburant est réduite.

Oies du Canada en formation en V.

Chez les oiseaux

Les oiseaux migrateurs utilisent l'effet du tourbillon marginal en adoptant une formation en V. A l'exception de celui de tête, tous les oiseaux bénéficient d'une légère portance supplémentaire occasionnée par l'oiseau qui le précède dans la formation.

Galerie

An EA-6 Prowler avec condensations en extrémité d'ailles, mais aussi sur le plan supérieur.	Condensation autour des volets abaissés d'un avion commercial.	F/A-18C laissant des trainées de vapeur dans les parties de basse pression des tourbillons aux extrémités de ces ailes.	F/A-18C avec condensation de turbulences sur les becs d'attaque des ailes.
Tourbillon marginal sur un Cessna 182 en soufflerie.	Tourbillon marginal visible dans des fumigènes largués par un C-17 Globemaster III.	Traces de turbulence autour des hélices d'un avion dont le moteur monte en régime.	Boeing 747 au décollage à Bâle

Références

• Clancy, L.J. (1975), Aerodynamics, Pitman Publishing Limited, London ISBN 0 273 01120 0

Liens externes

• (fr) Conférence en ligne de l'ONERA
• (en) Videos du Dryden Flight Research Center de la NASA avec des de tourbillon marginal :
  • C-5 Galaxy: [1]
  • Lockheed L-1011: [2]
• (en) Wind prediction for analysis of vortex drift
• (en) Flares released by an air force jet form a "smoke angel"

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