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Qu'est-ce que la surface alaire et quel est son rôle dans la portance ?
La surface alaire S est la surface de l'aile projetée sur un plan horizontal, vue de dessus, en m² ; par convention elle inclut la partie de l'aile traversant le fuselage. La portance lui est directement proportionnelle : L = ½ ρ S V² Cz. Doubler la surface alaire double la portance à vitesse et incidence égales. Elle ne doit pas être confondue avec le maître couple, surface frontale utilisée pour la traînée des corps non profilés. Elle définit aussi la charge alaire (masse portée par m²) et l'allongement de l'aile.
Formules de la portance et de la surface alaire
- L : portance, en N (1 kg porté = 9,81 N)
- ρ : masse volumique du fluide, en kg/m³ (air : 1,225 au niveau de la mer à 15 °C ; eau de mer : 1 025)
- S : surface alaire, en m² ; b : envergure, en m ; c : corde (largeur de l'aile), en m
- V : vitesse relative du fluide, en m/s ; Cz : coefficient de portance, sans unité, qui dépend du profil et de l'incidence (0,2 à 1,5 ; jusqu'à 2,5 volets sortis)
- m : masse portée, en kg ; charge alaire en kg/m² ; λ : allongement, sans unité
Surface alaire, charge alaire et vitesse minimale de sustentation
| Engin | Masse | Surface alaire S | Charge alaire | Cz max | Vitesse minimale |
|---|---|---|---|---|---|
| Planeur | 350 kg | 10 m² | 35 kg/m² | 1,4 | 20 m/s (72 km/h) |
| ULM trois axes | 450 kg | 14 m² | 32 kg/m² | 1,4 | 19 m/s (69 km/h) |
| Avion léger quatre places | 1 100 kg | 16 m² | 69 kg/m² | 1,4 | 28 m/s (101 km/h) |
| Avion de ligne moyen-courrier | 75 t | 122 m² | 615 kg/m² | 1,4 lisse / 2,6 volets sortis | 84 m/s (302 km/h) / 62 m/s (222 km/h) |
| Foil de voilier (eau de mer) | 1 500 kg | 0,6 m² | 2 500 kg/m² | 0,8 | 7,7 m/s (15 nœuds) |
Explications détaillées et calcul dans Mecaflux
La surface alaire est la surface de l'aile, ou du profil générateur de portance ne pas confondre avec maître couple ou surface frontale.
Lorsque la surface alaire augmente la portance augmente. En modifiant cette surface l'avion ou le voilier règle la portance en fonction de la vitesse relative du fluide.
La surface alaire est donc un parametre de la portance:
- Portance en Newtons
- Le Cz est le coefficient de portance, il est déterminé expérimentalement en soufflerie ou par methode numerique
- p est la masse volumique du fluide KG/m3
- S surface alaire m²
- v la vitesse relative du fluide m/s
La surface alaire intervient aussi dans la résistance de frottement générée par sa surface en contact avec le fluide.
Dans Mecaflux standard vous entrez les cotes du profil que vous avez choisi, et la surface alaire et sa portance s'actualise:
Questions fréquentes
Comment calculer la surface alaire d'une aile ?
Pour une aile rectangulaire, S = envergure × corde. Pour une aile trapézoïdale, S = envergure × (corde d'emplanture + corde de saumon) / 2. On compte la surface projetée vue de dessus, en prolongeant l'aile à travers le fuselage. Une aile de 10 m d'envergure et de 1,5 m de corde moyenne a une surface alaire de 15 m².
Quelle différence entre surface alaire et maître couple ?
La surface alaire est la surface vue de dessus : elle sert au calcul de la portance et de la traînée des profils (Cz et Cx d'aile). Le maître couple est la surface vue de face, perpendiculaire à l'écoulement : il sert au calcul de la traînée des corps non profilés (véhicule, sphère, fuselage). Pour une aile, le maître couple est 10 à 20 fois plus petit que la surface alaire.
Qu'est-ce que la charge alaire ?
C'est la masse portée divisée par la surface alaire, en kg/m². Une faible charge alaire (30 kg/m² pour un planeur) donne une vitesse de décrochage basse et une bonne manœuvrabilité ; une forte charge alaire (600 kg/m² pour un avion de ligne) demande de la vitesse mais rend l'avion moins sensible aux turbulences. La vitesse minimale de vol croît comme la racine carrée de la charge alaire.
Comment calculer la surface alaire et la portance de mon aile, de mon foil ou de ma dérive ?
Mecaflux Standard calcule la portance et la traînée d'une aile à partir de ses cotes, de son profil (base de profils intégrée), de sa vitesse et de son incidence ; Heliciel modélise l'aile en 3D avec un vrillage ou une corde variable. Pour un projet d'aile, de foil ou de dérive, Mecaflux réalise l'étude de votre projet et vous remet la note de calcul, ou vous propose une formation sur le logiciel appliquée à votre propre projet.