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Avez-vous déjà regardé le ciel en vous demandant comment un avion massif pouvait s’élever dans les airs sans effort ? La réponse se trouve dans les principes du vol, un sujet fascinant qui explore la science derrière l’aviation.

La compréhension de ces principes est essentielle pour toute personne qui souhaite devenir pilote ou qui est simplement curieuse de savoir comment les choses fonctionnent.

 

Dans cet article, nous allons nous pencher sur les principes de base du vol, notamment les quatre forces du vol et les forces aérodynamiques qui permettent à un avion de rester en l’air. Préparez-vous donc à partir à la découverte du monde de l’aviation !

 

Qu’est-ce que le principe du vol ?

 

Le principe du vol est constitué de quatre forces fondamentales : la portance, le poids, la traînée et la poussée. Ces forces travaillent ensemble dans un équilibre délicat pour déterminer la trajectoire d’un avion, la portance et le poids s’opposant l’un à l’autre et la poussée et la traînée faisant de même.

 

Mais ne vous y trompez pas, toutes ces forces n’agissent pas en sens inverse. Certaines forces se complètent même dans certaines situations. Comprendre les principes du vol peut sembler décourageant, mais c’est assez simple une fois que l’on connaît les bases.

 

Et si vous voulez passer au niveau supérieur, préparez-vous à rencontrer Daniel Bernoulli, un pionnier de l’aérodynamique.

 

Qui est Daniel Bernoulli ?

 

Daniel Bernoulli était un mathématicien et physicien suisse du XVIIIe siècle connu pour ses contributions à la dynamique des fluides, c’est-à-dire à l’étude de la façon dont les fluides se déplacent et se comportent. Il est particulièrement célèbre pour son principe, qui explique comment la pression et la vitesse d’un fluide sont liées.

 

Ce principe est essentiel pour comprendre comment l’air se déplace autour des objets, y compris les ailes d’avion. Il est essentiel pour comprendre les principes du vol.

 

Qu’est-ce que le principe de Bernoulli ?

 

Le principe de Bernoulli est un concept fondamental de la dynamique des fluides qui explique comment la pression et la vitesse sont liées dans un fluide. Mais ce principe s’applique aussi directement à l’écoulement de l’air.

 

Lorsque l’air s’écoule sur une aile, il se divise en deux flux. L’un s’écoule sur l’extrados incurvé de l’aile, l’autre sous l’intrados plat.

 

Selon le principe de Bernoulli, lorsque l’air s’écoule sur l’extrados incurvé de l’aile, sa vitesse augmente et sa pression diminue. Cela crée une zone de basse pression au-dessus et de haute pression en dessous de l’aile. Cette différence de pression génère une force ascendante sur l’aile, appelée portance, qui permet à l’avion de décoller et de rester en l’air.

 

Il est fascinant de penser que le simple fait que l’air se déplace sur la surface incurvée d’une aile peut créer une portance suffisante pour maintenir un avion en vol.

 

Fait amusant : le principe de Bernoulli explique comment un avion peut rester en l’air et a des applications dans de nombreux autres domaines. On peut citer la conception des voitures de course, l’étude des courants océaniques et le développement d’appareils médicaux.

Quels sont les 4 principes du vol ?

Le vol se résume à quatre forces fondamentales : la portance, le poids, la poussée et la traînée. Chaque force a sa propre direction, sa force opposée et des facteurs qui influent sur sa puissance.

Mais ne vous inquiétez pas. Comprendre ces forces et leurs effets sur l’avion n’a rien de sorcier. Au contraire, c’est relativement simple une fois que l’on en a saisi les bases.

 

Avant de nous plonger dans les détails de chaque principe de vol, nous allons aborder quelques termes clés qui nous aideront tout au long de notre parcours. Êtes-vous prêt à apprendre les tenants et les aboutissants des principes de vol et à comprendre comment les avions restent en l’air ? C’est parti !

 

Vecteurs

 

En physique et en aviation, un vecteur est une quantité qui possède à la fois une magnitude et une direction. En d’autres termes, c’est une façon de décrire où se trouve quelque chose et dans quelle direction il va. Les vecteurs sont comme de petites flèches qui pointent d’un endroit à un autre, indiquant la distance et la direction.

 

Dans l’aviation, les vecteurs sont essentiels car ils aident les pilotes à naviguer et à contrôler l’avion. Par exemple, lorsqu’un pilote est aux commandes d’un avion, il doit savoir où se trouve l’avion, où il se dirige et à quelle vitesse. Grâce aux vecteurs, il peut calculer la vitesse et l’accélération de l’avion et ajuster sa trajectoire en conséquence.

 

Si les vecteurs peuvent sembler compliqués au premier abord, ils ne sont qu’un moyen de décrire l’emplacement et le mouvement des choses. Dans le domaine de l’aviation, ces informations sont essentielles pour se rendre d’un point A à un point B de manière sûre et efficace.

 

Forces résultantes

 

Les forces résultantes résultent de la fusion de deux vecteurs.

 

Imaginez deux vecteurs à 90 degrés l’un de l’autre, créant un triangle rectangle ; l’hypoténuse représente la force résultante. L’hypoténuse représente la force résultante. Lorsque vous augmentez un vecteur, la force résultante augmente en conséquence.

 

Pourquoi devrions-nous donc nous préoccuper des forces résultantes ?

 

La réponse est simple : aucun principe de vol ne fonctionne dans le vide – ils sont tous interdépendants. En comprenant les forces résultantes en jeu, il devient facile de prévoir le comportement d’un aéronef.

 

Permettez-nous de vous présenter les quatre forces qui jouent un rôle dans l’art du vol, leurs impacts et les subtilités de leur fonctionnement.

Levée

 

Le vecteur passe par le centre de pression

Direction du vecteur : 90° par rapport au flux d’air relatif

Forces opposées : Poids

Éléments qui influencent la portance :

• Vitesse de l’air
• Angle d’attaque
• Taille de l’aile
• Densité de l’air

 

Commençons par l’essentiel : la portance. Il est évident que la portance est essentielle pour maintenir un avion dans le ciel, mais savez-vous comment elle est générée ? La plus grande partie de la portance provient des ailes, mais d’autres parties de l’avion, comme le stabilisateur horizontal et le fuselage, peuvent également y contribuer.

 

La portance agit par l’intermédiaire du centre de pression, où toutes les différentes quantités de portance générées par les ailes se rejoignent. Mais il faut savoir que la portance n’agit pas toujours en ligne droite. Au contraire, elle agit toujours à un angle de 90° par rapport à l’écoulement relatif de l’air. Cela signifie que si un avion vole à l’envers, les ailes génèrent une portance vers le bas. Et s’il vole en ligne droite, le vecteur de portance est dirigé vers l’horizon !

 

En quoi cela est-il important ? Parce que l’orientation du vecteur de portance influe sur le comportement de l’avion. Il peut travailler avec ou contre le poids et nécessite parfois une force supplémentaire pour maintenir un vol soutenu.

 

Le poids

 

Le vecteur passe par le centre de gravité

La direction du vecteur est toujours orientée vers le centre de la Terre.

Force opposée : Sustentation

Éléments qui influencent la masse :

 

• La masse de l’avion.

 

Le poids est une force fondamentale dans l’aviation qui est relativement facile à comprendre. En termes simples, plus il y a d’objets à bord d’un avion et plus ils sont lourds, plus le poids de l’avion est élevé. Mais où cette force de poids agit-elle ?

 

Eh bien, la réponse se trouve dans le centre de gravité. C’est le point où toutes les forces de poids agissent et, tout comme le point de pivot d’une balançoire, l’avion tourne également autour de son centre de gravité.

 

Voici un fait intéressant pour vous. Saviez-vous que chaque avion a une plage spécifique dans laquelle son centre de gravité doit être positionné ? En effet, le comportement d’un avion est fortement influencé par la position de son centre de gravité. Il peut donc entraîner des problèmes de maniabilité, d’instabilité, voire un crash catastrophique s’il n’est pas situé dans cette plage.

 

Une autre chose essentielle à retenir est que le centre de gravité agit toujours en direction du centre de la terre, quelle que soit l’attitude ou l’orientation de l’avion. Ainsi, que l’avion soit à l’endroit ou à l’envers, le centre de gravité pointe toujours vers le centre de la terre.

Traînée

 

Le vecteur passe par le centre de pression, à 90° du centre du vecteur de portance.

Direction du vecteur : Vers l’arrière

Force opposée : Poussée

Éléments ayant une incidence sur la traînée :

 

• Densité de l’air
• Forme de l’avion
• Vitesse de l’air
• La quantité de portance produite

 

La traînée est la force opposée qui agit dans la direction opposée au mouvement de l’avion. Ainsi, alors que la portance contribue à maintenir l’avion en l’air, la traînée tente de le ralentir.

 

Mais la traînée n’est pas un concept unique. Elle est composée de plusieurs facteurs, comme la forme de l’avion lorsqu’il se déplace dans l’air (également appelée traînée de forme) et même la portance générée par les ailes (appelée traînée induite). Il est donc essentiel de comprendre comment ces facteurs affectent la traînée pour concevoir des avions plus efficaces et optimiser les performances.

 

Poussée

 

Vecteur agissant à travers : Centre de poussée

Direction du vecteur : Vers l’avant, dans la même direction que le moteur.

Force opposée : Traînée

 

• Éléments qui influencent la poussée :
• Régime du moteur
• Vitesse de l’air
• Densité de l’air
• Altitude

 

La force qui propulse un avion vers l’avant est connue sous le nom de vecteur de poussée, et c’est généralement le moteur de l’avion qui la génère. Par conséquent, nous pouvons faire avancer l’avion plus rapidement en poussant la manette des gaz vers l’avant et en augmentant la poussée.

 

C’est là que les choses deviennent intéressantes.

 

Voler ne consiste pas seulement à se déplacer en ligne droite – un avion peut se déplacer dans n’importe quelle direction, avec des possibilités infinies ! Mais pour comprendre les bases du vol, nous devons commencer par un concept simple qui nous permet de voir comment les changements d’un vecteur peuvent affecter les autres.

 

Ce concept est le suivant :

« Droit et de niveau »

Droit et horizontal – Les 4 forces en équilibre

 

Imaginez un peu : vous êtes confortablement installé dans un avion, en train de siroter un coca rafraîchissant et de grignoter quelques noix tout en admirant la vue imprenable qui s’offre à vous.

 

Ah, la belle vie !

 

Mais prenons un moment pour apprécier l’art de l’équilibre, qui est crucial pour le vol. Le vol droit et horizontal est l’exemple parfait de l’équilibre de toutes les forces du vol.

 

Avant de plonger dans les principes du vol, voyons ce qui se passe lorsque nous volons en ligne droite et en palier. En termes plus simples :

L’avion ne monte ni ne descend
L’avion n’accélère pas et ne ralentit pas.

 

Cela ne peut signifier qu’une chose : toutes les forces sont en parfaite harmonie avec leurs opposés.

 

En termes plus techniques :

Le vecteur de portance est égal en magnitude à sa force opposée, le poids.
Le vecteur de poussée est parfaitement aligné avec le vecteur de traînée.

 

Imaginez une croix : l’axe vertical représente la portance et le poids. L’axe horizontal représente la poussée et la traînée. Toutes les lignes ou vecteurs ont la même longueur, ce qui crée un état d’équilibre.

 

Facile, n’est-ce pas ? Maintenant, ajoutons une montée et une descente et voyons ce qu’il advient de cet équilibre.

 

Quelles sont les forces de vol lors d’une montée ?

 

Pour monter en vol, deux facteurs critiques doivent intervenir, et ils sont liés au principe du vol :

Le vecteur portance doit être supérieur au vecteur poids.
Le vecteur de la poussée doit être supérieur au vecteur de la traînée.

 

Pour y parvenir, le pilote doit entreprendre deux actions :

Augmenter l’angle d’attaque en cabrant l’avion, ce qui augmente la portance.
Augmenter la poussée pour éviter une diminution de la vitesse.

 

Visualisez la croix que nous avons décrite précédemment. Deux vecteurs (la portance et la poussée) deviennent plus grands, créant une force résultante.

 

Mais attendez, où cette force agit-elle ?

 

La réponse est « vers le haut », mais ce n’est pas si simple. Vous vous souvenez que le vecteur de portance est orienté à 90° par rapport à l’écoulement relatif de l’air ? Si l’avion monte, le vecteur de portance n’est pas orienté vers le haut car l’angle d’attaque de l’aile est plus élevé.

 

Comment l’avion monte-t-il ?

 

Le vecteur poussée agit généralement vers l’avant de l’avion. Lorsque le nez de l’avion est relevé, la poussée et la portance se combinent pour créer une force résultante qui l’emporte sur le poids, ce qui fait monter l’avion.

Qu’en est-il des forces de vol lors d’une descente ?

 

La mécanique de la descente en vol est un jeu d’enfant.

 

Bien que l’aile de l’avion génère encore une certaine portance, celle-ci est dépassée par le poids de l’avion. De plus, le vecteur de poussée est faible. Si l’avion est orienté vers le bas, la force résultante du poids et de la poussée combinés dépassera la portance produite.

 

Il convient de rappeler que le vecteur poids agit toujours vers le bas. Par conséquent, à moins que les vecteurs de portance et de poussée, ou la force résultante des deux, ne dépassent le poids, l’avion descendra toujours.

 

Qu’est-ce que cela signifie ?

 

Lorsque vous pilotez un avion dans un virage, vous devez appliquer de la puissance (augmenter la poussée) et tirer un peu sur le manche (augmenter la portance). Lorsque l’avion est incliné, le vecteur de portance pointe dans une direction qui ne s’oppose pas précisément au vecteur de poids. Si vous n’utilisez pas la puissance et ne tirez pas sur le manche, l’avion effectuera un virage, mais il descendra également !

 

Les quatre forces du vol et les hélicoptères

 

Si les quatre forces du vol (portance, poids, poussée et traînée) s’appliquent également aux hélicoptères, leur dynamique diffère de celle des avions. Contrairement aux avions, les ailes des hélicoptères (pales de rotor) tournent, produisant simultanément de la portance et de la poussée.

 

Les gouvernes de l’hélicoptère (pales de rotor) peuvent être modifiées en tangage et en angle, ce qui permet une plus grande manœuvrabilité que les avions. Les hélicoptères peuvent également voler en stationnaire et décoller verticalement, grâce au flux d’air ascendant généré par les pales du rotor en rotation, qui contrebalance le poids de l’hélicoptère.

 

Les principes du vol expliqués

 

En comprenant les principes de la portance, du poids, de la poussée et de la traînée, vous pouvez commencer à comprendre la dynamique du vol et la manière de contrôler un aéronef. Mais que vous souhaitiez faire carrière dans l’aviation ou que vous vous intéressiez simplement au sujet, il y a toujours plus à apprendre.

 

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FAQ

Q : Comment un avion reste-t-il en l’air ?

R : Un avion reste en l’air parce que l’aile génère une portance lorsque l’air s’écoule au-dessus d’elle. La forme de l’aile fait que l’air se déplace plus rapidement sur le dessus de l’aile que sur le dessous, créant une différence de pression d’air qui soulève l’aile et l’avion.

 

Q : Comment la pression atmosphérique affecte-t-elle le vol ?

R : La pression atmosphérique influe sur le vol parce que les variations de pression atmosphérique affectent la manière dont l’air circule autour des ailes de l’avion. Cela peut avoir un impact sur les forces de portance et de traînée agissant sur l’avion, ce qui affecte ses caractéristiques de vol.

 

Q : Comment la forme de l’aile d’un avion affecte-t-elle la portance ?

R : La forme de l’aile d’un avion est conçue pour créer une différence de pression au-dessus et au-dessous de l’aile. Cette différence de pression génère la portance, qui permet à l’avion de rester en l’air.

 

Q : Comment l’air qui s’écoule sur l’aile d’un avion crée-t-il la portance ?

R : L’air qui s’écoule sur l’aile d’un avion crée une portance en raison de la forme de l’aile. L’extrados de l’aile est incurvé, ce qui fait que l’air s’y écoule plus rapidement que l’intrados. Cela crée une différence de pression de l’air, qui génère une portance.

 

Q : Qu’est-ce que l’angle d’attaque ?

R : L’angle d’attaque est l’angle entre l’aile et le vent relatif, c’est-à-dire la direction de l’écoulement de l’air sur l’aile. Il est essentiel pour déterminer la quantité de portance générée par l’aile de l’avion.

 

Q : Comment un avion tourne-t-il ?

R : Un avion tourne en inclinant ses ailes. L’avion change alors de direction, car la force de portance n’agit plus directement vers le haut, mais selon un angle. Par conséquent, pour maintenir l’altitude pendant un virage, le pilote doit augmenter l’angle d’attaque ou appliquer plus de puissance pour compenser la diminution de la portance.