Allongement (aéronautique)

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Pour chaque aile de ce Supermarine Spiteful, l'envergure est en rouge et sa surface en bleu.

En aérodynamique, l'allongement d'une aile (noté A, ou AR pour l'anglais aspect ratio) est égal au carré de l'envergure divisé par la surface des ailes. La finesse d'une aile augmente avec son allongement.

où

b est l'envergure, et

S la surface de l'aile.

Intuitivement, un allongement élevé dénote des ailes longues et étroites tandis qu'un allongement faible indique des ailes larges et plus trapues.

Allongement des ailes d'un avion

Le Bombardier Dash 8 possède des ailes à fort allongement.

Bien que l'allongement et la géométrie soient des indicateurs importants en ce qui concerne les performances d'une aile, le facteur le plus crucial est l'envergure. Cela est dû au fait qu'un avion génère sa portance à partir du couloir d'air dans lequel il se déplace ; et que ce couloir, de forme cylindrique, a un diamètre égal à l'envergure de l'avion. Un avion doté d'une grande envergure se déplacera dans un couloir d'air de plus grande section, alors qu'un avion d'envergure plus petite travaillera dans un couloir plus petit. Ainsi, un avion a faible envergure devra générer sa portance à partir d'un cylindre plus petit qu'un avion de masse similaire mais de plus grande envergure. L'air du petit cylindre devra donc fournir une énergie bien supérieure pour engendrer la même portance (en augmentant la cambrure supérieure de l'aile, par exemple) ; la composante horizontale dirigée vers l'arrière de ce changement de vélocité de l'air est proportionnelle à la traînée induite.

L'interaction entre l'air provenant de l'extrados et l'air provenant de l'intrados provoque les tourbillons marginaux se formant à l'extrémité des ailes. Comme des ailes à fort allongement présenteront généralement des bouts plus fins, l'impact de ces tourbillons sera plus faible que sur des ailes plus trapues. L'allongement effectif est la valeur utilisée pour le calcul de la traînée induite par la portance. L'allongement effectif est généralement inférieur à l'allongement géométrique à cause des pertes marginales et des perturbations importantes dans la distribution de la portance en envergure : gros fuselage, nacelles des moteurs ; il peut être supérieur à l'allongement géométrique quand l'aile présente des cloisons en bout d'aile, appelées winglets).

Les chasseurs (ici, un General Dynamics F-16 Falcon) ont généralement des ailes à faible allongement.

Cependant les ailes à faible allongement présentent un certain nombre d'avantages :

• Avantage structurel : pour une charge donnée, une aile courte est plus rigide et plus légère qu'une longue aile qui aura une plus grande tendance à se courber. Une aile longue présente une plus grande déflexion, ce qui peut altérer l'effet du mouvement des ailerons.
• Meilleure manœuvrabilité : une aile allongée aura plus d'inertie et donc une vitesse angulaire de roulis plus faible qu'une aile à faible allongement. En effet, pour une même déflexion de l'aileron, le fuselage tournera d'autant plus lentement que la distance qui le sépare du bout de ses aile est grande. En outre, il faudra un moment angulaire plus grand pour faire tourner une aile plus longue. À cause de leur faible vitesse de roulis, ces ailes ne se rencontrent généralement pas sur les avions de chasse.
• Moins de traînée parasite : Bien que les ailes fortement allongées engendrent moins de trainée induite, elles créent en revanche plus de trainée parasite (due à la forme et aux frictions dans l'air). Cela est dû au fait que, si deux ailes ont la même aire, la plus allongée aura nécessairement une corde moyenne plus courte. En vertu des propriétés du nombre de Reynolds, la valeur du coefficient de traînée de frottement est une fonction logarithmique inverse de la longueur caractéristique de la surface. En d'autres termes, pour deux ailes de même aire volant à la même vitesse et à un même angle d'attaque, le coefficient de trainée sera légèrement plus élevé sur l'aile ayant la corde la plus courte. Cependant, cette augmentation est très petite, comparée à la variation de trainée induite lorsque l'envergure change.
• Avantage pratique : Les ailes à faible allongement ont un volume interne plus élevé (étant donné qu'elles sont nécessairement plus épaisses que leurs homologues de même aire), qui peut être utilisé pour ranger des réservoirs de carburant, les trains d'atterrissage, ou d'autres systèmes.

Ailes à géométrie variable

Les avions avoisinant ou dépassant la vitesse du son sont quelquefois dotés d'ailes à géométrie variable à cause de la grande différence de comportement du flux d'air entre le vol subsonique et transsonique/supersonique. En écoulement subsonique, la traînée induite constitue la majeure partie de la traînée totale ; et celle-ci diminue lorsque l'allongement augmente. En revanche, lorsque l'écoulement devient supersonique, l'onde de choc générée (qui commence à apparaitre sur l'extrados lorsque l'avion approche le mur du son) produit une traînée bien plus importante, et plus les ailes sont longues, plus l'onde de choc est grande, et plus la traînée d'onde résultante est importante. Ainsi, une longue aile, efficace à basse vitesse, devient médiocre dès que les vitesses transsoniques sont atteintes. Si l'avion en question est capable d'emporter le système lourd et complexe permettant de déplacer les ailes, la géométrie variable résout le problème.

Articles connexes

• Traînée induite
• Voilure (aéronautique)

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