La Traînée
La Traînée
La traînée ( Fx ) est une force aérodynamique qui s'exerce parallèlement au sens relatif du vent. C'est ce que l'on appelle la résistance de l'air. A tout objet sur la Terre s'oppose donc une force de résistance que l'on nomme la traînée qui se comporte comme un frein aérodynamique pour l'avion.
Qu'est ce que la traînée ?
Quand un corps est en mouvement dans l'air, on observe alors que l'on doit produire un effort, d'une part lors de son accélération, et d'autre part pour maintenir sa vitesse. On peut donc dire que l'air a tendance à freiner un corps pour le ramener à une vitesse nulle, lorsque ce dernier n'a plus assez de vitesse pour se maintenir.
Pour calculer la force de traînée, on applique cette formule :
T = ½ρV²SCx
T = La force de traînée (N)
ρ = Masse volumique du fluide (généralement l'air) en (kg/m3)
V = Vitesse du fluide en (m/s)
S = Surface de référence de l'aile ,celle en contact avec le fluide en (m²)
Cx = Coefficient de Traînée (pas d'unité)
La traînée totale est composée de :
- Traînée de frottement (la plus importante)
- Traînée de forme
- Traînée d'onde
- Traînée induite
La traînée de frottement:
La traînée de frottement représente l'essentiel de la traînée d'une aile.
La traînée de frottement s'oppose au mouvement d'un avion grâce à l'écoulement de l'air. Quand un objet avance dans un fluide, il est freiné car les molécules qui constituent le fluide viennent frotter l'objet et percuter sa surface.
Si l'écoulement de l'air est laminaire alors la traînée sera très faible mais si l'écoulement devient turbulent alors la traînée sera forte et le mouvement de l'avion sera difficile et il ne sera pas stable.
La grandeur de la traînée de frottements augmente :
- avec la surface totale du revêtement du corps ;
- avec la turbulence dans la couche limite ;
- avec la rugosité des parois (la présence de glace, de poussières, de toute aspérité... augmente la rugosité et donc la traînée de frottement) ;
- avec la vitesse du fluide auquel le corps est exposé ( l'air pour les oiseaux et les avions ) ;
- avec l'épaisseur du profil ;
- avec l'angle d'incidence.
La traînée de forme
Lorsqu'un objet se déplace dans un fluide, les molécules du fluide se déplacent en embrassant plus ou moins la forme de l'objet. Si un profil n'est pas adéquate par rapport à la sustentation alors se superpose une traînée de forme qui devient rapidement dominante comme sur un corps non profilé, la longueur (du bord d'attaque au bord de fuite) est très importante sur des ailes car elle permet justement de réduire au maximum cette traînée. Ainsi la forme qui subit le moins de trainée de forme et une forme profilée comme on peut le voir ci dessous :
Lorsque la séparation des filets d'air autour du corps est brutale, cela crée des dépressions à l'arrière de celui-ci.
Au contraire les turbulences sont très fortes à l'arrière de la forme rectangulaire et la traînée de forme est très importante. .
La traînée d'onde
La traînée d'interférence est celle qui apparaît à la rencontre de deux écoulements de directions et/ou de vitesses différentes. Cette traînée diffère donc légèrement de la traînée de forme qui intervient sur des corps non profilés où les flux de fluide ne se rencontrent pas directement. Elle provoque des tourbillons marginaux et des turbulences là où les deux flux se rencontrent ce qui génère de la traînée.
Nous pouvons l'atténuer en arrondissant les angles au maximum, aux jonctions des différentes parties de la structure.
La Traînée induite
Ensuite il y a la traînée induite par la portance qui est causée par tout ce qui crée de la portance. Elle compte pour 1/3 de la traînée totale. Elle est due à la différence de pression sur l'extrados et sur l'intrados de l'aile. La vitesse et l'incidence de vol de l'avion influence également cette traînée. Ainsi, au cours du vol, le flux d'air en surpression de l'intrados aura tendance à passer sur l'extrados pour combler la dépression. Cela créé des tourbillons marginaux qui ce sont des tourbillons qui se créent à l'extrémité d'une aile. Il est possible de diminuer fortement la traînée induite grâce à un dispositif nommée Winglets. Un Winglet est une ailette sensiblement verticale située au bout des ailes d'un avion et permettant un gain d'efficacité de quelques pourcents en réduisant la traînée induite par la portance sans augmenter l'envergure de l'aile.
Comme pour le coefficient de la portance, celui de la traînée (Cx) dépend de l'angle d'incidence de l'aile, la forme du profil, l'état de surface et la forme et l'allongement de l'aile. Ainsi, plus l' incidence est forte plus la traînée est importante. Sur le graphique si-dessous on peut observer que la traînée est minimale pour une incidence légèrement négative, puis, lorsque l'incidence augmente, la traînée augmente avec l'incidence α. Il faut donc ajouter de la puissance moteur afin de maintenir une altitude constante. La traînée est proportionnelle à son incidence : si celle-ci est faible alors la résultante de la traînée est faible et inversement.
