Transsonique

L'écoulement autour d'une aile passe du régime subsonique au régime transsonique lorsqu'apparaît une zone dans laquelle la vitesse locale devient égale à la célérité du son. Le nombre de Mach correspondant, inférieur à 1, s'appelle le Mach critique.

Pour la clarté de l'exposé il est commode de se positionner sur l'aile fixe comme dans une soufflerie qui produit un écoulement d'air autour d'une maquette fixe.

Origine du Mach critique

Pour qu'une aile développe une portance, il faut que les pressions sur l'intrados soient supérieures à celles sur l'extrados. Dans ce cas l'écoulement est accéléré à l'extrados et freiné à l'intrados. Ainsi un écoulement dont la vitesse « à l'infini », loin de l'aile, est inférieure à celle du son peut engendrer localement des vitesses supersoniques sur l'extrados.

Ondes de choc en transsonique

Lorsque ce Mach critique est dépassé, en suivant l'écoulement de l'amont vers l'aval on constate qu'il passe sur l'extrados du subsonique au supersonique à travers un éventail de détente puis revient au subsonique à travers une onde de choc. C'est un choc droit, normal à l'aile aux points où il rencontre celle-ci, à travers lequel la vitesse est réduite mais pas sa direction.

Il augmente la traînée de deux manières. Il y a la traînée d'onde due à la perte d'énergie cinétique dans toute onde de choc. A celle-ci s'ajoute une traînée liée au choc droit. La couche limite qui se trouvait dans un environnement supersonique se heurte brutalement à une zone subsonique, ce qui crée un décollement dont les conséquences sont analogues à celles du décrochage.

L'augmentation de la vitesse à l'infini accroît la largeur de la zone supersonique et le choc se déplace vers le bord de fuite. Lorsque tous les points d'un profil ont atteint Mach 1, il n'y a plus de décollement, la traînée chute brutalement et les difficultés de pilotage disparaissent : l'avion a passé le mur du son et entre dans le supersonique.

Augmentation du nombre de Mach critique

Les phénomènes liés à l'écoulement transsonique modifient la portance, la traînée et le moment d'équilibre en assiette mais c'est surtout le décollement qui pose de sérieux problèmes de pilotage, voire de sécurité. On repousse le Mach critique pour reculer le seuil où la traînée devient trop importante (c'est le Mach de divergence de traînée, nombre de Mach pour lequel la pente dCx/dMach atteint 10 %). Il existe pour cela deux techniques, qui sont généralement utilisées simultanément :

. Profil supercritique
Les profils d'ailes qualifiés de supercritiques peuvent être plus épais que les premiers profils adaptés aux grandes vitesses (avantages en tenue en flexion, en torsion et en capacité de carburant).

. Aile en flèche
L'angulation vers l'arrière de l'aile augmente la corde aérodynamique du profil, ce qui diminue l'épaisseur relative effective du profil. L'aile « voit » uniquement la composante du vent relatif dans la direction du profil, l'autre composante s'écoulant le long de la voilure.

MMO

C'est le nombre de Mach Maximal Opérationnel compte tenu des caractéristiques du profil (en 2D) et de l'aile (en 3D). Pour les avions de ligne équipés de profils supercritiques, le MMO est de l'ordre de 0.85 à 0.88.

Lien

Boeing Sonic Cruiser

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