TPE : Aérodynamique : Analogies entre l’oiseau et l’avion, constats et perspectives

POINTS COMMUNS

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Tout d’abord la forme des ailes d’un avion est très semblable à celle d’un oiseau en vol. La portance est créée pour les deux types d’ailes par l’écoulement des filets d’air le long de l’aile.

 

La superficie de l’aile d’un avion et celle de l’aile d’un oiseau étant très élevées, elles permettent aux deux types d’ailes d’avoir une portance élevée.

 

Afin d’acquérir une vitesse appelée vitesse propre, l’avion utilise un groupe motopropulseur. L’oiseau quant à lui, n’a qu’à battre des ailes afin d’atteindre une vitesse qui va lui permettre de planer.

 

Afin de réduire les turbulences, certains oiseaux ont des rémiges primaires en bout d’aile, qui sont un recourbement de l’aile vers le haut ou vers le bas qui est matérialisé par des Winglet chez les avions.

 

Pour finir, quatre forces aérodynamiques et mécaniques qui s’appliquent sur l’aile de l’avion, s’appliquent aussi sur celle de l’oiseau.

 

DIFFERENCES/INCAPACITES

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Les problèmes rencontrés par les oiseaux et les avions sont les mêmes selon les espèces et on peut y trouver plusieurs solutions.

 

Problème du tourbillon marginal

 

Le tourbillon marginal est un mouvement d'air dangereux et inévitable qui freine l'aile. Il est dû au fait que, en bout d'aile, la différence de pression entre l'intrados (en surpression) et l'extrados (en dépression) provoque une remontée d'air de l'intrados vers l'extrados. Comme l'aile est en déplacement, ce flux s'enroule et provoque une turbulence en forme de cornet nommée tourbillon marginal. Ce tourbillon est très puissant dans le sillage des avions de ligne.

La mise en mouvement de cet air est empruntée à  l'énergie cinétique de l'aile en mouvement, ce qui augmente la traînée induite (l'aile est ralentie). Il existe un moyen simple de réduire ce phénomène utilisé par les oiseaux.

 

Ménager l’air à des espaces particuliers : cela consiste à des endroits de l’aile de faire des ouvertures (sur l’extrados). Ces flux génèrent  des courants rapides, qui accélèrent le flux d'air sur l'extrados (ce qui génère de la portance).

Ces fentes forment plusieurs ailes miniatures, en aéronautique on parle de « winglets », dont

chacun forme inévitablement un mini-tourbillon marginal, mais la somme des mini tourbillons marginaux et inférieur à celui sans fente. C’est une solution retenue par les planeurs comme les vautours dont les ailes larges génèrent beaucoup de portance mais subiraient un grand tourbillon marginal si elles avaient des extrémités d'une seule pièce.

Lorsqu'ils planent lentement dans les courants ascendants, ces oiseaux écartent leurs rémiges primaires, qui forment chacune un « winglet ». Une aile large génère une grande portance, mais cela n'est sensible que pour des vitesses élevées. L'aile large avec « winglets » est donc un bon compromis pour un planeur lent.