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Terminologie [modifier]
En longitudinal : le bord avant est appelé bord d'attaque et le bord arrière bord de fuite.

En transversal : la jonction de l'aile au fuselage s'appelle l'emplanture. La jonction du bord d'attaque au fuselage peut être prolongée vers l'avant par une aigrette (strake ou apex en anglais).

L'extrémité de l'aile (ou saumon) peut être simplement coupée net, ou bien se terminer par une forme spéciale courbée vers le haut ou vers le bas. Il existe aussi des ailettes marginales (ou winglets en anglais), simples (vers le haut) ou doubles (vers le haut et vers le bas).


Structure [modifier]
Chaque demi-voilure est constituée d'un (ou de plusieurs) longerons attachés au fuselage au niveau de l'emplanture. Les nervures supportent les revêtements supérieur (extrados) et inférieur (intrados) et transmettent les charges aérodynamiques aux longerons. La voilure peut également être le support de différents systèmes de navigation comme les feux de position (aux extrémités), les phares d'atterrissage, ou de pilotage (détecteur de décrochage). Y sont également fixés d'autres dispositifs, par exemples de fines tiges parfois terminées par des brosses en fibres de carbone (déperditeur de potentiel) permettant d'éliminer la charge électrostatique formée par la friction de l'air.

1 Emplanture
2Longerons
3Nervures
4Bord d'attaque
5Bord de fuite
6Saumon

Surfaces mobiles [modifier]
L'aile présente des surfaces mobiles ou gouvernes permettant le contrôle aérodynamique de l'avion :

gouvernes en roulis : ailerons
gouvernes en tangage et en roulis : gouvernes de profondeur plus ailerons, séparées ou bien regroupées (élevons) sur les ailes "Delta"
becs et volets hypersustentateurs, aérofreins permettant le contrôle de la portance et de la traînée.

1 Ailette verticale marginale (Winglet en anglais)
2Aileron basse vitesse
3Aileron haute vitesse
4Rail de glissement des volets
5Becs de bord d'attaque de type Krüger
6Becs de bord d'attaque de type slats
7Volets intérieurs de type Fowler
8Volets extérieurs de type Fowler
9Spoilers (destructeur de portance)
10Spoilers / aérofreins

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Structure en bois d'une aile d'avion du début du XXesiècleLa géométrie d'une aile se définit en fonction de plusieurs éléments (voir sous aérodynamique les définitions des termes se rapportant à une aile d'avion) :

envergure, surface alaire, allongement
flèche : c'est l'angle horizontal formé entre le lieu du quart avant des cordes et l'axe transversal de l'avion.
dièdre : c'est l'angle vertical formé entre le lieu du quart avant des cordes et l'axe transversal de l'avion.
profil, corde, épaisseur.
angle de calage : c'est l'angle entre la corde du profil d'emplanture et l'axe longitudinal de référence du fuselage, généralement horizontal à la vitesse de croisière. En vol de croisière stabilisé, l'angle de calage est égal à l'angle d'incidence.

Portance et stabilisation [modifier]
Cas de deux surfaces
L'équilibre longitudinal est obtenu généralement, en plus d'un positionnement spécifique du centre de gravité, par le différentiel de portance de deux surfaces portantes éloignées l'une de l'autre :

soit la portance ne varie pas de la même manière avec l'angle d'attaque (pente de portance),
soit avec des calages d'angle d'attaque différent : c'est le V longitudinal. Dans le cas de la disposition classique, avec un stabilisateur situé à l'arrière, l'effet d'une différence de calage est le suivant : l'angle de calage du stabilisateur est inférieur à celui de la voilure principale. Si une perturbation fait augmenter l'angle d'incidence, celui du plan de profondeur augmente proportionnellement plus que celui de la voilure principale. Or, la portance étant pratiquement proportionnelle à l'incidence, celle du stabilisateur augmente plus que celle de la voilure principale. Cela entraîne un couple piqueur qui va faire diminuer l'incidence[1].
Exemple chiffré :
Incidence en vol stabilisé de la voilure principale : 4°
Incidence en vol stabilisé du plan de profondeur : 2°
Augmentation l'incidence due à la perturbation : 1°
Augmentation de portance de la voilure principale : 20 % (4°+1° par rapport à 4°)
Augmentation de portance du plan de profondeur : 50 % (2°+1° par rapport à 2°)
Ces deux surfaces peuvent être disposées de plusieurs façons :

disposition canard : petite surface à l'avant, aile à l'arrière. Les deux portent, l'aile avant ayant un coefficient de portance plus élevé que celle de l'arrière.
disposition en tandem, surfaces voisines (Pou du ciel, Quickie, Dragonfly). Les deux portent, idem canard.
disposition classique : aile à l'avant, stabilisateur à l'arrière (20 à 25 % de la surface de l'aile). Le stabilisateur présente un calage inférieur à celui de la voilure principale, il est légèrement déporteur en croisière (sauf stabilisation artificielle). Son potentiel de moment à cabrer permet d'équilibrer le moment à piquer élevé des volets hypersustentateurs qui augmentent fortement la portance de l'aile.
Cas d'une seule surface
Les solutions sont diverses :

usage d'un profil à double courbure (positive dans la partie avant du profil et négative dans la partie arrière),
stabilisation active assurée par un calculateur (fly by wire).
Voilure delta (Mirage, Concorde), Aile volante.

Faute d'empennage reculé, la stabilité longitudinale, obtenue par des artifices diminuant la portance, est faible et ne permet pas le montage de volets qui amèneraient des moments piqueurs trop élevés. Le coefficient de portance maximale reste limité, ce qui oblige à augmenter la surface de l'aile.


Angle de flèche [modifier]
Les ailes droites (perpendiculaires au fuselage), à flèche nulle, sont adaptées aux vitesses subsoniques (Mach < 0.7)
Les ailes en flèche ont moins de traînée au delà de Mach 0.7-0.8 que les ailes droites.
Les ailes à géométrie variable sont capables de modifier la flèche en vol pour tirer profit des avantages offerts par les ailes droites et les ailes en delta. Proposées par des aérodynamiciens allemands pendant les années 1940, elles n'ont été utilisées qu'à partir des années 1970 sur des avions comme le F-14 Tomcat, le F-111, le Tornado, le Su-17/20/22 et le MIG-23. Une configuration très particulière est celle de l'aile oblique (X-plane, à ne pas confondre avec le X-Wing), qui peut pivoter autour d'un point de fixation situé sur le fuselage et présenter ainsi une très forte flèche, positive d'un côté et négative de l'autre La NASA Ames avait fait voler un prototype construit par Burt Rutan appelé AD-1 entre 1979 et 1982.

Forme en plan [modifier]
Ailes elliptiques. Les ailes présentant une distribution de portance elliptique ont théoriquement une traînée induite minimale aux vitesses subsoniques (Supermarine Spitfire). En pratique, l'avantage sur une aile trapézoïdale n'est pas significatif.
Les ailes delta (Mirage III, Concorde) ont des performances optimales aux vitesses supersoniques (finesse environ 7) mais sont moins efficaces aux vitesses subsoniques (finesse du Concorde en subsonique 11.5 au lieu de 18 à 20 pour un Airbus)
Les ailes Rogallo sont deux demi-cônes creux de tissus, une des ailes les plus simples à construire,
Les ailes en anneau ont des surfaces portantes jointes et une meilleure finesse aérodynamique (en théorie, toujours) que les ailes planes pour le même rapport d'exposition (?). En pratique les plans porteurs se rejoignant à leur extrémité sont peu décalés en longitudinal, ce qui amène des difficultés de stabilisation en tangage réduisant l'intérêt de la formule.

Application de l'aérodynamique à l'aile [modifier]
voir aussi les articles Portance et Profil (aéronautique).
Lorsque cet appendice se déplace dans un fluide, sa forme particulière induit une traction de l'intrados vers l'extrados, perpendiculaire au plan de leur face. Si ce fluide est l'air, cela permet le vol. Mais lorsqu'il ne se déplace pas dans un fluide, sa forme induit une traction de l'extrados vers l'intrados, parallèle au plan de leur face, et égale à la relation X²/UZ+3-2QS² ou, plus simplement, au delta de pression dû à la différence des vitesses d'écoulement entre les deux faces (voir Bernoulli).

empennage est un ensemble de plans fixes et mobiles qui assurent la stabilité et la gouverne en tangage (profondeur) et en lacet (direction) d'un avion.


Une fléchette et son empennageLa grande majorité des aérodynes (avions, planeurs) est équipée d'un empennage placé à l'arrière.





Les flèches et fléchettes sont stabilisées par des plumes.