Aile volante - Définition et Explications

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Introduction

Une aile volante désigne un aéronef ne possédant ni fuselage ni empennage. Les différentes surfaces mobiles nécessaires au pilotage de l'appareil sont toutes situées sur l'aile. C'est également l'aile qui contient la charge utile (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un...) et le carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme l'énergie chimique du carburant en énergie mécanique.).

La configuration de l’aile volante est souvent présentée comme permettant de construire des avions ayant une grande capacité d’emport et de bonnes propriétés aérodynamiques. Cependant ce type d’appareil est relativement instable ce qui peut être intéressant pour les avions militaires mais qui est un grave défaut dans le domaine civil. Actuellement les seules ailes volantes à avoir été construites en série sont les Northrop B-2 spirit (Le Northrop B-2 Spirit est un bombardier stratégique et l'un des plus célèbres avions furtifs actuels des États-Unis.).

Historique

Aéroplane (L'aéroplane est l'ancêtre de l'avion au XIXe siècle, mot inventé en 1855 par Joseph Pline.) de Pénaud

Le concept de l’aile volante est né en 1875 lorsque Alphonse Pénaud fait breveter le concept d’un aéroplane amphibie possédant toutes les caractéristiques d’une aile volante (Une aile volante désigne un aéronef ne possédant ni fuselage ni empennage. Les différentes surfaces mobiles nécessaires au pilotage de l'appareil sont toutes situées sur l'aile. C'est...). Cependant, il faut attendre la fin de la Première Guerre mondiale et le début de l’aviation commerciale pour que le concept soit appliqué.

C’est à cette époque que l’on considère que l’aile volante est la solution la mieux adaptée aux vols transatlantiques du fait de sa grande capacité d’emport en passager et en carburant. Hugo Junkers (Junkers & Co est une société métallurgique allemande. Elle a été fondée en 1895 par Hugo Junkers à Dessau. Elle produisait à l'origine différentes...) avait même pour projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de...) de construire une aile volante pouvant transporter 1000 passagers. Cela aboutit en 1931 au Junkers G.38 (en), avion de transport (Un avion de transport ou avion-cargo est un avion destiné à transporter du matériel ou des marchandises d'un point à un autre. Dans le cas d'un avion de transport militaire,...) civil pouvant transporter 34 passagers placés en partie dans les ailes.

C'est également en 1931 qu'aboutissent les premières réalisations de Charles Fauvel sous la forme des planeurs AV dits ailes Fauvel.

La Seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps....) Guerre mondiale n’arrêta pas le développement des ailes volantes. En effet, à l’époque les avions à réaction souffraient d’un grave problème d’autonomie et l’aile volante à faible traînée (En mécanique des fluides, la traînée est la force qui s'oppose au mouvement d'un corps dans un liquide ou un gaz. Mathématiquement c'est la composante des efforts exercés...) aérodynamique (L'aérodynamique est une branche de la dynamique des fluides qui porte principalement sur la compréhension et l'analyse des écoulements d'air, ainsi...) était une réponse à ce problème. Ainsi est né le Horten Ho 229, qui vola pour la première fois en 1944. Cet avion (Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI), est un aéronef plus lourd que l'air, entraîné par un organe moteur (dans le cas d'un engin sans moteur, on parlera...) était non seulement une aile volante mais également un biréacteur (Un biréacteur est un avion disposant de deux réacteurs pour sa propulsion.). Un avion révolutionnaire pour l’époque mais qui ne fut jamais fabriqué en série.

Northrop B-2A Spirit

Après la guerre, les expériences sur les ailes volantes continuèrent dans le domaine des bombardiers (portant des charges nucléaires) à grand rayon d’action. Le concept culmine avec les prototypes de Northrop YB-35 et YB-49. Mais ceux-ci ne furent jamais produits en série. En effet, ces avions n’avaient pas une assez grande capacité d’emport et posaient beaucoup de problèmes techniques notamment de stabilité. On leur préféra les Convair B-36 Peacemaker (Le Convair B-36 Peacemaker est le premier bombardier intercontinental de l'histoire, et le plus grand avion de ce type jamais mis en oeuvre par les Etats-Unis. Son autonomie était telle qu'il pouvait voler plus de 30 heures sans escale. Il est...) et Boeing B-52 Stratofortress (Le Boeing B-52 Stratofortress est un bombardier stratégique mis en service en 1955, sous l'égide du Strategic Air Command de l'US Air Force. 744...). Tous les projets d’ailes volantes furent mis au placard jusque dans les années 1980.

À cette époque on cherche à rendre les avions invisibles au radar (Le radar est un système qui utilise les ondes radio pour détecter et déterminer la distance et/ou la vitesse d'objets tels que les avions, bateaux, ou encore la pluie. Un émetteur envoie des ondes radio, qui...) (technologie de la furtivité) et on s’est aperçu que l’aile volante offrait une faible signature radar. De plus cette solution architecturale permet de mettre les moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou...) et la charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu...) utile à l’intérieur de l’appareil ce qui réduit la traînée aérodynamique de l’avion et par conséquent augmente son autonomie. Ainsi est né le Nothrop B-2 Spirit.

Avantages - Inconvénients

Historiquement, l'aile volante a été défendue par beaucoup comme étant potentiellement la configuration la plus efficace du point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) aérodynamique et masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du...) structurelle. Une telle notion repose sur l'idée simpliste que supprimer tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) ce qui ne sert pas à la portance serait bénéfique. Ce faisant, en plus de la portance, l'aile doit être capable d'assurer par elle même la stabilité du vol et le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) en tangage et en lacet, ce qui n'est pas sa fonction normale. Au final, le bilan des gains attendus en masse structurelle et en traînée aérodynamique peut être faiblement positif, nul voire négatif en fonction des compromis nécessaires à la stabilité et aux qualités de vol.

  • Grande capacité d'emport : en volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) oui, mais seulement pour une aile volante de très grandes dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son...). La structure de l'aile se prête moins bien à la tenue des efforts de pressurisation que le tube d'un fuselage (Le fuselage désigne l'enveloppe d'un avion qui reçoit généralement la charge transportée, ainsi que l'équipage. Le fuselage d'un avion supporte la voilure et l'empennage (pour la stabilité).) classique (dont la section circulaire est plus résistante). D'autre part le volume utilisable est disponible non pas en longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de l’objet...), mais en largeur (La largeur d’un objet représente sa dimension perpendiculaire à sa longueur, soit la mesure la plus étroite de sa face. En géométrie plane, la largeur est la plus petite des deux...), dans l'aile elle même. Les mouvements en roulis en vol seraient très désagréables pour les passagers situés sur les côtés. Une autre difficulté à résoudre liée au compartimentage transversal concerne l'évacuation des passagers en cas d'accident, les passagers n'étant pas tous à proximité de sorties de sécurité.
  • Grande capacité d'emport : en masse non, c'est une difficulté du concept. Les volets hypersustentateurs (qui génèrent un moment de tangage important) sont absents en raison de l'absence d'empennage et de la faible stabilité en tangage. De ce fait le coefficient (En mathématiques un coefficient est un facteur multiplicatif qui dépend d'un certain objet, comme une variable (par exemple, les coefficients d'un polynôme), un...) de portance maximal d'une aile volante est beaucoup plus faible que celui d'un avion conventionnel. L'aile doit être plus grande, donc plus lourde.
  • Bonnes propriétés aérodynamiques : la suppression du fuselage et de l'empennage permet un gain théorique de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) mouillée (traînée de frottement). Cependant les ailes volantes posent des problèmes de stabilité en tangage et de couplage en roulis-lacet (voir dièdre) faute de stabilisation suffisante en lacet. Cette problématique est expliquée dans les deux rapports cités plus bas. La plage (La Plage est un film anglo-américain réalisé par Danny Boyle en 2000 et adapté du roman The Beach d'Alex Garland) de centrage est toujours très réduite.
  • Envergure (L'envergure est la distance entre les extrémités des ailes. Le terme est valable pour définir un oiseau, un chiroptère, un avion (ou planeur).) nécessaire : la portance limitée des ailes volantes oblige, à masse transportée égale, à augmenter la surface portante et donc l'envergure. L'Airbus A380 (L'Airbus A380 est un avion de ligne civil très gros-porteur long-courrier quadriréacteur à double pont produit par Airbus, filiale d'EADS. Ses...) (envergure 80 m) se voit déjà contraint de ne pouvoir utiliser qu'un petit nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'aéroports. Une aile volante qui aurait une envergure encore plus grande paraît exclue.
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