Profil (aéronautique)

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Le profil d'un élément aérodynamique fait référence à l'interaction entre la forme ou le contour de l'élément et les flux de fluide. Dans le cas d'une aile d'avion, d'une pale d'hélice ou de rotor cela se rapporte plus précisément à son contour en coupe transversale, généralement de forme constante d'un bout à l'autre de l'élément. Ce profil détermine les forces aérodynamiques qui s'exercent sur l'élément quand il en est mouvement relatif à un fluide.

Les profils d'ailes destinés à produire une portance à des vitesses subsoniques ont à peu près tous un bord d'attaque arrondi et épais sur l'avant, et un bord de fuite fin sur l'arrière, de forme cambrée vers la direction de la portance désirée. Les voiles d'un navire, les stabilisateurs d'un sous-marin, de même que l'hélice d'un hélicoptère, mais aussi les coquilles de palourdes, les nageoires des poissons et les rémiges des oiseaux suivent ce modèle.

N'importe quel objet suffisamment plat, orienté vers le haut dans un flux d'air, produit une force vers le haut: les profils d'ailes sont conçus pour produire cette force, la portance, de la manière la plus efficace et la plus adaptée à l'usage voulu: la conception et le choix d'un profil d'aile est l'un des aspects les plus importants de la conception aéronautique, car elle détermine la forme et la taille des ailes et des stabilisateurs, et partant de là, la forme et la taille de l'aéronef tout entier. L'étude des performances de profils d'ailes se fait habituellement en soufflerie.

L'élément déterminant le plus souvent quel type de profil est à utiliser dans des circonstances précises est le Nombre de Reynolds: c'est le rapport entre les forces dûes à l'inertie des molécules du fluide, et les forces dûes à la viscosité de ce fluide. Il est généralement très faible dans les milieux denses et visqueux, et très élevé dans les milieux fluides et peu denses. L'efficacité d'un profil à générer une portance en entraînant peu de traînée augmente généralement avec ce nombre jusqu'aux environs du million.

On distingue plusieurs régimes de vol dans lesquels un profil fonctionne de manière très différente:

• En régime subsonique l'air est accéléré par la cambrure du profil au-dessus de l'aile ou par l'angle d'attaque positif, entraînant une dépression par effet Bernoulli aspirant l'aile vers le haut.
• En régime transsonique, l'air est accéléré à une vitesse proche ou supérieure à la vitesse du son, créant des ondes de choc au niveau de l'aile, qui changent profondément les caractéristiques mécaniques du système aile-flux d'air (les profils dits "supercritiques" réduisent l'apparition de ces ondes et leurs effets indésirables, permettant un vol à vitesse plus proche de Mach 1).
• En régime supersonique, c'est la pression dûe aux ondes de chocs formées tout autour de l'aile (et de l'aéronef) qui produisent les forces: le centre de ces pressions sur l'aile est ramené vers l'arrière et la surface frontale de l'aile face au flux supersonique devient déterminante de la traînée engendrée: dans ces conditions on utilise préférentiellement des profils en forme de losange très aplatis.

En plus des profils supercritiques, on distingue aussi les profils à flux laminaire: l'air circule autour de la quasi-totalité de la surface de ces profils sans générer de turbulence, ce qui réduit significativement la traînée. En contrepartie, cet écoulement laminaire n'est exploitable que sur une plage réduite d'angles d'attaque ce qui restreint les possibilités de pilotage de l'appareil, et rend plus délicate la transition au décrochage, lorsque le flux d'air sur l'extrados se détache de l'aile.

[modifier] Liens externes

• Un outil de construction et d'analyse de performance de profils d'ailes
• Un générateur de profil en version démo GestProf (nécessite un tableur - voir discussion);
• (en) Une compilation des profils par le département "Aerospace Engineering" de Université de l'Illinois.