L’aérodynamique des avions considère les interactions entre l’air et une machine de vol qui sont responsables de la création et du maintien du vol. Des facteurs tels que la pression, la vitesse et le poids sont importants pour comprendre les principes aérodynamiques en général et l’aérodynamique des avions en particulier. Les conditions de portance créées par l’interaction entre l’aile d’un avion et l’air environnant sont vitales. La traînée et la poussée – ou la résistance et le mouvement vers l’avant – impliquent les autres concepts principaux de l’aérodynamique des avions.
L’aérodynamique en général concerne la manière dont certaines forces affectent la façon dont les objets se déplacent dans l’air. En tant que tel, l’aérodynamique peut affecter n’importe quoi, d’un jouet comme un cerf-volant ou une balle à une grande machine de transport comme un avion. Un objet en mouvement affectera l’air gazeux qui compose l’atmosphère terrestre. Cet air affectera à son tour l’objet.
Comprendre la composition de l’air peut éclairer davantage l’aérodynamique des avions. L’air est considéré comme un corps physique car il a du poids et de la masse. Contrairement aux corps solides, cependant, les molécules présentes dans l’air sont reliées de manière lâche. Un corps d’air peut donc facilement changer de forme et de direction lorsqu’une pression est exercée sur lui. À mesure que l’altitude augmente, la pression exercée sur l’air par les forces gravitationnelles diminue, entraînant une perte de poids plus l’air monte. Les augmentations d’humidité et les augmentations de température peuvent également affecter le poids ou la densité.
Le poids de l’air crée une pression contre les objets qui le traversent. Cette pression est mesurée et agit sur divers instruments de l’avion, dont le manomètre et l’anémomètre. Les changements de pression peuvent diminuer la puissance d’un avion en raison d’un manque d’air dans le moteur, réduire l’efficacité d’une hélice et avoir un impact sur la base de l’aérodynamique de l’avion : la portance.
Un facteur qui peut influencer la quantité de pression est la vitesse. Selon une explication populaire connue sous le nom de principe de Bernoulli, l’accélération de la vitesse aurait un effet inverse sur la pression. Tel est l’effet d’une aile d’avion sur la pression de l’air lorsqu’elle est en mouvement. La basse pression crée un effet Magnus, qui consiste en une force de déplacement vers le haut, ou ascenseur.
La conception de l’aile – ou du profil aérodynamique – aide à créer les conditions de pression nécessaires pour créer une portance. Dans la plupart des avions, la partie supérieure de l’aile est plus incurvée, tout comme l’extrémité avant. Cela conduit à une différence de vitesse de surface car les molécules doivent se déplacer plus loin et plus rapidement dans les zones courbes, ce qui facilite une pression plus faible sur le sommet de l’aile. L’air sous l’aile peut alors soutenir un mouvement ascendant.
Certains chercheurs, cependant, pensent que le principe de Bernoulli ne parvient pas à expliquer les capacités de vol des avions ou d’autres machines avec des structures d’ailes non traditionnelles. Au contraire, l’aérodynamique de base de l’avion peut être expliquée par des applications simples des théories physiques d’Isaac Newton. En général, la source d’alimentation de l’avion, ou le moteur, fait pousser l’aile contre l’air avec une vitesse ou une vitesse élevée. Cela force des quantités massives d’air sous l’aile. L’action de mouvement vers le bas de l’air crée ainsi une action de levage autour de l’aile.
Les avions créent une poussée qui leur permet d’avancer via des hélices et des moteurs à réaction. L’ancienne source d’énergie fonctionne comme un ventilateur géant qui pousse contre l’air pour la poussée. Les moteurs à réaction utilisent du carburant et d’autres sources d’énergie pour créer et maintenir la poussée. Pour voler, les aéronefs doivent surmonter la résistance naturelle à laquelle ils font face lorsqu’ils se déplacent dans l’air, également connue sous le nom de traînée.