aérodynamique (suite)
Moyens de mesure et d’observation
L’essai en soufflerie permet, grâce aux balances, de mesurer les forces globales selon trois axes de coordonnées : selon la verticale, la poussée ; selon l’écoulement, la traînée ; en travers de l’écoulement, l’effort latéral ; mais le point d’application de chacune de ces forces varie selon la position de la maquette dans l’écoulement, et l’on décèle une tendance à cabrer ou à piquer, à pencher à droite ou à gauche et à se mettre en travers d’un côté ou de l’autre ; on définit ainsi trois axes de rotation dits de tangage, de roulis et de lacet. Mais on ne mesure que le résultat global des efforts ; pour améliorer le dessin initial du projet, il faut pouvoir analyser les causes de ces efforts en chaque point du modèle ; or il existe une relation entre la pression, ou la dépression, de l’air à un endroit donné et la vitesse de l’écoulement au même point ; de même, si l’on connaît les pressions à tous les points de la maquette, on peut calculer l’effort global. Enfin, il est très intéressant de « visualiser » l’écoulement de l’air, ce qui permet de détecter les endroits où se développe un phénomène nuisible, qui disparaîtra ou sera atténué par la modification du dessin de l’appareil. En dehors de cette amélioration des lignes, l’étude en soufflerie doit conduire à fournir des résultats chiffrés qui permettront d’effectuer tous les calculs de résistance de structure et de détermination des performances. Les résultats de soufflerie sont présentés sous forme de tableaux de chiffres ou de courbes, dont la plus classique est la polaire.
Polaire
Principe
C’est la présentation commode des principales forces développées sur la maquette par l’écoulement de l’air : la résultante aérodynamique de toutes les forces peut être représentée par un vecteur dirigé vers le haut et incliné vers l’arrière ; cette résultante peut se décomposer en deux : une force de poussée, dirigée selon la verticale et qui s’oppose au poids — c’est elle qui assure la sustentation de l’appareil —, et une force de traînée, dirigée selon le sens du déplacement et qui s’oppose à celui-ci : c’est cette traînée que devra vaincre la traction de l’hélice ou la poussée du réacteur. En fait, la balance mesure ces forces pour une vitesse donnée, une forme d’aile et un angle d’attaque particulier. Pour faciliter les calculs ultérieurs pour des paramètres différents, on a été amené à présenter les résultats sous la forme de coefficients, Cx pour la traînée et Cz pour la portance, ne dépendant que de la forme de l’aile. On étudie en soufflerie un type d’aile pour tous les angles d’attaque de 0 à 360° : c’est ce qu’on appelle une polaire totale ; en fait, comme les angles de vol normalement utilisés varient de – 5° à + 25°, on se contente en général de cette seule partie de la courbe. Sur le même graphique, on trace souvent la courbe correspondant au rapport Cz/Cx, appelé finesse, qui intervient dans certaines performances de l’avion ; on ajoute aussi la courbe du coefficient Cm correspondant au moment de tangage (cabré-piqué), qui donne une idée de la stabilité de l’avion. Il existe pour un avion donné des polaires avec différents braquages des volets hypersustentateurs ; ces volets, en déformant le dessin du profil, modifient beaucoup la polaire de base. D’autre part, on établit des polaires d’avion complet qui tiennent compte des interactions aile-fuselage. Enfin, les maquettes motorisées permettent de faire apparaître les effets de souffle ou de jet aux divers régimes.
Points remarquables de la polaire
Le point le plus élevé correspondant à la valeur maximale du coefficient Cz est celui où l’aile décroche ; pour un angle d’attaque un peu plus élevé, la portance va diminuer, et la traînée continuer à augmenter ; le vol ne pourra plus être poursuivi en équilibre, et l’avion va perdre de l’altitude. C’est pour un angle d’attaque proche de ce point que se produit la fameuse perte de vitesse. Si l’on mène, à partir de l’origine des coordonnées, la tangente à la courbe, on détermine au point de tangence l’angle d’attaque pour lequel le rapport 
c’est-à-dire la finesse, est le plus grand possible. Cet angle est celui qui assure le plus grand rayon d’action d’un avion ; pour un planeur, c’est celui qui lui permettra de parcourir la plus grande distance à partir d’une altitude donnée sans ascendance. Pour une finesse égale à 30 par exemple, le planeur parti de 1 000 m se trouvera au sol à 30 km de son point de départ.
Il existe un angle d’attaque pour lequel la puissance nécessaire au vol est minimale : cet angle correspond au cas où le rapport 
est minimal ; il correspond à un point situé entre l’angle de finesse maximal et l’angle de décrochage. Exigeant le moins de puissance pour assurer le vol, cet angle est celui qui correspond à la moindre consommation de carburant, donc à la durée de vol maximale ou à l’autonomie maximale, différente du rayon d’action ; elle est acquise pour une vitesse de vol plus faible, ce qui explique que, malgré une durée de vol supérieure, la distance parcourue puisse être inférieure. Comme les moteurs voient leur puissance décroître avec l’altitude, en raison de la diminution de la densité de l’air, c’est également l’angle correspondant à la valeur minimale du rapport qui assure le plafond absolu de l’avion. Pour un planeur, cet angle permet d’obtenir la durée maximale de vol, puisque c’est celui qui économise la puissance provenant de l’énergie potentielle dépensée dans la perte d’altitude. Ce point de fonctionnement particulièrement intéressant de la polaire est appelé angle de plafond. Enfin, c’est pour la plus petite valeur du coefficient Cx, point le plus à gauche de la polaire, que l’on aura le moins de puissance à fournir pour vaincre la traînée ; donc, pour la puissance maximale du moteur, cet angle, ou un angle assez proche, car il faut assurer au coefficient Cz une valeur suffisante pour soutenir l’avion, donnera la vitesse maximale.
P. L.