Les avions voient grâce à une combinaison de principes physiques qui agissent sur eux, les éléments permettent de générer la force nécessaire pour maintenir dans l'air et descendre.
Les plus importants sont l'aérodynamique, la portance, la propulsion et le contrôle de vol. Ensuite, ces concepts seront expliqués en détail, ainsi que l'histoire et l'évolution du vol, jusqu'à atteindre les avions modernes.
Principes physiques du vol
1. Durabilité
La force de soutien est la clé du vol des avions et est principalement générée par las, hélas.
Pour comprendre comment cela se produit, il est nécessaire de comprendre certains principes de base de l'aérodynamique, tels que le principe de Bernoulli et la troisième loi de Newton.
Principauté de Bernoulli
Ce principe établit que plus la vitesse d’un fluide est élevée, plus sa pression sera faible.
Dans le cas d'un avion, le "fluide" est l'air. Hélas, un avion a une forme particulière, appelée profil alar, qui est courbée dans la partie supérieure et plus plane dans la partie inférieure. Quand l'avion se mueve hacia adelante, l'aire fluye sobre et bajo las hélas. Déclaré à la forme du profil élevé, l'aire qui passe par la partie supérieure de la part supérieure a une distance plus grande dans le même temps que l'aire qui passe par la partie inférieure, ce qui provoque que l'aire de la partie supérieure soit mueva plus rapide.
Según el principio de Bernoulli, al moverse más rápido, la presión sobre la parte superior del ala es menor que en la parte inferior. Esta diferencia de presiones genera una fuerza hacia arriba, conocida como sustentación, que levanta el avión.
la loi de Newton
Outre le principe de Bernoulli, la troisième loi de Newton, qui stipule que « pour chaque action, il y a une réaction d'égale ampleur et de direction opposée », joue également un rôle important dans la génération de la portance.
El flujo de aire que se desvía hacia abajo al pasar por el ala genera una fuerza de reacción hacia arriba, que también contribuye a la sustentación del avión.
2. Propulsion
Le prochain élément clé du vol d’un avion est la propulsion, qui est la force qui propulse l’avion vers l’avant. Cette force est produite par les moteurs de l'avion, qui peuvent être des réacteurs (sur la plupart des avions commerciaux) ou des hélices (sur les avions plus petits ou plus anciens).
La propulsion est ce qui permet à l’avion de maintenir une vitesse suffisante pour que les ailes génèrent de la portance.
Dans le cas des moteurs à réaction, ils fonctionnent en expulsant les gaz vers l’arrière à grande vitesse.
Selon la troisième loi de Newton, la réaction à cette expulsion est une force qui amène l'avion à s'accrocher. Dans le cas des hélices, ils tournent rapidement et empujan l'air vers l'extérieur, ce qui génère une force d'avance qui fait que l'avion se dirige vers l'adèle.
3. Force et poids
Il existe deux forces supplémentaires qui doivent être contrariées pour qu'un avion puisse s'envoler : la résistance et le poids.
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Resistencia: Es la fuerza que se opone al movimiento del avión a través del aire. Se produce debido al roce del avión con las moléculas de aire, lo que genera una fricción que tiende a ralentizar el avión. Los diseñadores de aviones trabajan para reducir la resistencia aerodinámica, dándoles formas suaves y optimizadas.
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Poids : Le poids de l'avion, qui est la force agissant vers le bas en raison de la gravité, doit être contrebalancé par la force de portance afin que l'avion ne tombe pas. La portance doit être supérieure au poids pour que l'avion puisse monter et doit être égale pour qu'il puisse maintenir un vol stable.
4. Control de vuelo
Pour contrôler la direction et la stabilité de l'avion dans les airs, différentes gouvernes situées principalement sur les ailes et la queue de l'avion sont utilisées. Ces surfaces sont :
- Ailerons : Situés sur les ailes, ils permettent à l'avion de tourner sur son axe longitudinal en se penchant d'un côté ou de l'autre (c'est ce qu'on appelle le « roulis »).
- Gouvernail : Situé dans la partie verticale de la queue, il permet de contrôler la rotation de l'avion sur son axe vertical (mouvement appelé « lacet »).
- Élévateurs : Situés dans la partie horizontale de la queue, ils permettent de contrôler l'inclinaison de l'avion sur son axe latéral, c'est-à-dire qu'ils font monter ou descendre l'avion (un mouvement appelé « tangage »).
5. Vitesse et altitude
La vitesse de l’avion est cruciale pour que la portance se produise. À basse vitesse, la quantité d'air passant sur les ailes n'est pas suffisante pour générer la portance nécessaire, et l'avion peut perdre de l'altitude ou même entrer en situation de décrochage (lorsque le flux d'air au-dessus de l'aile se sépare de sa surface et que l'aile s'arrête). générant une portance).
Pour cette raison, les avions doivent atteindre une vitesse minimale pour décoller et rester en l’air. Une fois en vol, ils doivent maintenir une vitesse adéquate en fonction de l'altitude et des conditions de vol.
Concernant l'altitude, à mesure que l'avion monte, la densité de l'air diminue, ce qui peut affecter à la fois la portance et l'efficacité du moteur. Les avions sont conçus pour voler à des altitudes où l'air est moins dense, réduisant ainsi la traînée aérodynamique et permettant un vol plus efficace. Cependant, les pilotes doivent tenir compte des conditions atmosphériques et ajuster la vitesse et l'angle d'attaque (l'inclinaison de l'aile par rapport au flux d'air) pour maintenir un vol stable.
Comparaison avec le vol d'un hélicoptère
Les avions et les hélicoptères volent selon des principes aérodynamiques similaires, mais il existe des différences essentielles dans la manière dont ils génèrent la portance et sont contrôlés dans les airs.
Génération d'ascenseur
- Avions : Generan sustentación a través de sus hélas fijas. Pour voler, il faut se déplacer vers l'adelante, ce qui permet que l'air coule à travers les hélas et crée une différence de pression qui le maintient dans l'air.
- Helicópteros: Generan sustentación mediante sus rotores, que actúan como alas giratorias. El rotor principal del helicóptero gira rápidamente y mueve el aire hacia abajo, lo que crea una fuerza de reacción hacia arriba, permitiendo el despegue y vuelo vertical sin necesidad de movimiento hacia adelante.
Propulsion
- Avions : Ils utilisent des moteurs à réaction ou des hélices pour générer une force de poussée vers l'avant, nécessaire pour que l'air circule sur les ailes et produise une portance.
- Hélicoptères : Ils n'ont pas besoin d'avancer pour voler. Le rotor principal fournit non seulement la portance, mais également la poussée, permettant à l'hélicoptère de se déplacer dans n'importe quelle direction (avant, arrière et latéralement).
Control
- Avions : Ils utilisent des ailerons, un gouvernail de direction et des gouvernes de profondeur pour contrôler le vol. Ceux-ci permettent de tourner et de monter ou descendre, mais ils doivent toujours avancer.
- Hélicoptères : Ils contrôlent le vol en ajustant l'angle des rotors (cycliques et collectifs) et en utilisant le rotor de queue pour contrôler le lacet, leur permettant de décoller et d'atterrir verticalement, et de rester à un point fixe dans les airs (planant"). .
Comparaison avec le vol d'une montgolfière
La vue d'un avion et celle d'un globe aérostatique reposent sur des principes complètement différents en ce qui concerne la manière dont se génèrent la sustentation, la propulsion et le contrôle.
Génération d'ascenseur
- Avions : Generan sustentación a través de sus hélas fijas. Pour que l'avion vole, il faut le déplacer vers l'adelante, ce qui permet que l'air passe à côté des hélas et génère une différence de pression qui le maintient dans l'air.
- Montgolfières : Elles ne génèrent pas de portance par le mouvement ou les ailes. Au lieu de cela, ils fonctionnent sur la base du principe de flottabilité ou principe d'Archimède , qui stipule qu'un objet immergé dans un fluide (dans ce cas, l'air) subit une force ascendante égale au poids du fluide déplacé. L’air chaud à l’intérieur du ballon est moins dense que l’air froid qui l’entoure, ce qui fait flotter le ballon vers le haut.
Propulsion
- Avions : Ils utilisent des moteurs (réacteur ou hélices) pour générer une poussée vers l'avant, leur permettant d'avancer et de générer la portance nécessaire au vol.
- Montgolfières : Elles ne disposent pas de système de propulsion actif. Le ballon flotte simplement avec les courants d’air, étant incapable de se déplacer intentionnellement dans une direction spécifique. Il ne monte ou ne descend qu’en chauffant ou en refroidissant l’air intérieur.
Contrôle
- Avions : Ils utilisent les gouvernes (ailerons, gouvernail, gouvernes de profondeur) pour manœuvrer dans les airs. Les pilotes contrôlent la direction, l’altitude et la vitesse.
- Montgolfières : Le contrôle est beaucoup plus limité. Les pilotes ne peuvent contrôler que l'altitude en ajustant la quantité de chaleur dans le ballon, mais la direction dépend des courants de vent, puisque le ballon n'a aucun contrôle direct sur son déplacement horizontal.
Evolution du vol humain
Les pionniers du vol
L’idée du vue a fasciné l’humanité depuis des temps anciens. Sans embargo, il n’y a pas de finales du siècle XIX et des principes du siècle XX qui sont enregistrés dans le premier plan contrôlé et soutenu.
Les frères Wright, Orville et Wilbur sont arrivés le 17 décembre 1903, avec leur avion Flyer I. Cet avion était équipé, hélas, de roues et d'un moteur, et son succès a été le résultat d'années d'enquête en aérodynamique, de contrôle de vuelo et moteurs légers.
Développement d'avions commerciaux
Grâce à la technologie avancée, la conception d'avions est la plus grande et la plus efficace. Au cours de la Première et de la Seconde Guerre Mondiale, l'aviation militaire a fait beaucoup d'avancées dans la conception des avions, qui ont ensuite été transférés à l'aviation commerciale.
Les avions ont commencé à être utilisés pour transporter des passagers et des marchandises, et l’aviation civile a connu une croissance exponentielle au cours du XXe siècle.
L’une des étapes les plus importantes de l’aviation commerciale a été le développement du Boeing 707 dans les années 1950, l’un des premiers avions de ligne à réaction commerciaux. Cet avion a révolutionné le transport aérien en permettant des vols plus rapides et des distances plus longues, et a inauguré l'ère des avions à réaction.
avion moderne
Aujourd’hui, les avions sont des machines très sophistiquées, dotées de systèmes avancés de navigation, de contrôle et de sécurité. Les avions commerciaux modernes, tels que le Boeing 787 Dreamliner ou l'Airbus A350, sont conçus pour être extrêmement économes en carburant et réduire les émissions de carbone.
De plus, les améliorations apportées aux matériaux composites et à l'aérodynamisme permettent aux avions d'être plus légers, réduisant ainsi le poids et donc la consommation de carburant.
L'introduction de technologies telles que des moteurs à haut rendement et l'utilisation de matériaux composites légers ont permis aux avions modernes d'être plus silencieux et plus économiques.
L’automatisation a également joué un rôle essentiel dans le contrôle des vols, avec des systèmes de pilotage automatique permettant aux avions de suivre des trajectoires prédéterminées avec une intervention humaine minimale.