Introduction

Bienvenue sur notre site,

Il est dédié à la réalisation de nos TPE . Nous sommes deux élèves de 1ère S et nous avons choisi un sujet dans le thème de l'Homme et la Nature avec comme sujet les relations entre l’Homme et la Nature au niveau du vol c'est-à- dire une comparaison de l’oiseau à l’avion afin de répondre à deux problématiques que nous avons choisies:

• En quoi l’Homme a-t-il copié la Nature pour voler ?
• A quoi est du le vol d’un avion ?

Afin de répondre à nos deux problématiques, nous avons élaborer un plan qui est le suivant :

I-L'avion une technologie moderne copiée de l'oiseau :

1. L'oiseau: présentation et description de cet animal qui a toujours inspiré les hommes depuis des siècles
2. L'avion: un peu d'histoire et présentation d'une des plus grandes inventions de l'Homme
3. Points communs et différences: ressemblances entre les deux, profils, ...

II-Le vol d'un avion et d'un oiseau :

Forces exercées: sur les ailes surtout que ce soit pour l'un ou pour l'autre

Différentes phases de vol: décollage, vol, atterrissage

Planer et piquer: le vol plané ou piqué chez l'oiseau et l'avion

III -L'amélioration des performances:

1. Le domaine du furtif et du supersonique: une recherche de vitesse, le domaine militaire, ...
2. La place de l'avion aujourd'hui: loisirs, mode de transport, ...
3. Les technologies de demain: les machines du futurs

Ce site ayant avant tout une vocation instructive, toutes les questions et remarques sont les bienvenues. Si par hasard vous remarqueriez une faute ou une erreur, nous vous prions de nous la signaler afin de la rectifier au plus vite.

I-L'avion, une technologie moderne copiée de l'oiseau

L'oiseau:

Depuis le mythe d'Icare, acquérir des ailes et s'envoler vers le soleil, l'homme n'a cessé d'admirer l'extraordinaire liberté et la maîtrise dont jouit l'oiseau dans l'espace. Même à notre époque, malgré l'apparition des machines volantes,l'emerveillement demeure, et, qu'il soit aigle ou moineau, l'oiseau est toujours la plus parfaite des créatures ailées
L’oiseau est un vertébré, et fonde une très grande famille puisque on recense plus de 9000 espèces différentes dans cette catégorie d’animaux.

Le squelette:
Le squelette d'un oiseau est similaire à celui d'un homme puisque les composants de ce dernier se retrouve aussi chez l'oiseau: nez,yeux,... en effet, le squelette est celui d'un vertébré c'est à dire que l'on distingue une symétrie bilatérale dans l'organisme, un circuit respiratoire fermé et un système nerveux dorsal. le squelette d'un oiseau a cependant subit quelques modifications ainsi que le reste de son organisme: comme le montre la photo ci-dessous, certaines parties sont plus développées que d'autres afin de résister au forces qui s'exercent lors des battements d'aile (sternum, cage thoracique, et colonne vertébrale).Par ailleurs, les os des oiseaux sont vides mais renforcés afin de limiter au maximum le poids de l'oiseau lors de son vol .








Ci-dessous une coupe d’os d’oiseau présentant l’absence de moelle osseuses et la présence des cloisons renforçant l’os .


Le bec de l'oiseau:
Il est très différent selon les espèces, et la fonction qui leur est attribuée: déchirer de la chair, saisir des poissons,dénicher des vers, ouvrir des fruits, fouiller la vase, aspirer le nectar, creuser le bois...

Les pattes de l'oiseau:
Les doigts des membres postérieurs peuvent être courts (martinets) ou très longs. Les griffes qui les terminent sont particulièrement allongées, robustes et recourbées chez les grands rapaces (la plus grande griffe de la harpie atteint 64 mm de long) ou au contraire aplaties comme des ongles (grèbes). Normalement, ce sont les deuxième, troisième et quatrième doigts qui sont tournés vers l'avant et le premier (pouce) en arrière, mais les Pics ont les premier et quatrième en avant et les deux autres en arrière. De nombreux oiseaux ont les doigts reliés par une peau (palmure), dont la surface est plus ou moins importante (oiseaux marins principalement). Si le bec trahit le régime de l'oiseau, la forme des pattes renseigne sur son genre de vie. Les Oiseaux qui explorent l'eau peu profonde ont des pattes très allongées (flamants, hérons). Les espèces au genre de vie aérien (hirondelles, colibris) ont des pattes extrêmement courtes, ainsi que celles qui grimpent sur les arbres Quand à l'appareil respiratoire, digestif , génital, musculaire, ou encore nerveux, nous ne traiterons pas ces parties puisque nos TPE se concentrent principalement sur l'extérieur de l'oiseau pour plus d'informations, nous vous conseillons un très bon site:http://www.oiseaux.net/ qui vous permettra d'approfondir vos recherches sur cet animal à l'organisme très particulier.


Les ailes de l'oiseau:
Ses ailes sont dotées de muscles très développés (pectoraux, et supra coracoïdes) pour permettre leur battement. Les plumes des ailes sont appelées rémiges, ces plumes sont plus longues que les autres plumes du corps de l’oiseau.

On distingue deux sortes de rémiges :

• les rémiges primaires : qui servent pour la poussée





• Les rémiges secondaires : servent à perfectionner la qualité de la portance.
  
  

Lors du vol plané, les allules (ensemble de petites plumes qui agissent lorsque l’oiseau est en perte de vitesse ou quand il y a trop de turbulences pour que l’air s’écoule normalement sur l’extrados. Lorsqu’elles agissent, elles se dressent et forment ainsi une fente entre elles et l’aile. L’air s’y engouffre et, en raison du peu d’air pouvant passer dans la fente, l'écoulement de l’air redevient normal.). Le vol plané est utilisé lorsque l’oiseau est fatigué : il déploie alors ses ailes et utilise les courants d’air ascendants pour rester en l’air. Ce vol est surtout utiliser par les rapaces pour repérer leurs proies.Lors du vol battu, les plumes se resserrent quand les ailes s'abaissent pour laisser passer le moins d'air possible tandis que lorsqu'ils remontent, les plumes s'écartent légèrement afin de laisser pénétrer l'air. Lors de ce vol, le corps de l’animal prend une forme fuselée qui améliore l’aérodynamisme et limite ainsi les dépenses d’énergie de l’oiseau.Les ailes et la queue sont appelées rectrices et sont indispensable pour le vol puisqu'elles assurent la stabilité, les virages et gouvernent tout le vol voulu par l'oiseau.

Shéma montrant la répartition des différentes plumes de l'aile d'un oiseau, avec dans l'ordre en bas de gauche à droites les rémiges tertiaires, secondaires et primaires

Le vol:
Selon les oiseaux (tous très différents les uns des autres), leurs types d'ailes est énormément lié a leur modes de vie.

Comme les avions de combat, les faucons ont des ailes étroites, en forme de flèche, qui leur assurent une performance exceptionnelle en plein vol. De grandes ailes et une longue queue leur donnent une puissance d'accélération et une agilité remarquables. Les grands oiseaux de proie comme les vautours et les aigles planent dans les courants pour économiser leur énergie. Ainsi, ils n'ont pas besoin d'actionner leurs ailes, longues et larges, pour leur assurer une force de propulsion optimale. En revanche, les colibris, qui battent des ailes à un rythme effréné, dépensent énormément d'énergie. Le colibri sacrifie la vitesse et la portée au bénéfice de la précision. Le canard par exemple vole droit devant et rythme le battement de ses ailes afin de maintenir sa vitesse. Le vautour se sert des courants atmosphériques pour se propulser en spirale ascendante.

On distingue 3 types principaux de vols :

• le vol sur place (colibri, faucon, crécerelle ...)





• le vol battu (canards ...)





• le vol plané ( mouettes, goélands , rapaces et autres oiseaux de grande taille).
  

L'avion:

Un peu d'histoire:
De nombreux chercheurs, surtout vers la fin du XIXe siècle, pensaient que la seule façon de voler ne pouvait être obtenue que en copiant au plus près le vol naturel des différents animaux (oiseaux, chauves-souris, papillons).

Bien des modèles réduits furent essayés, avec plus ou moins de succès, mais ils permirent en comparant leurs performances à celles des animaux, de se faire une opinion sur les paramètres essentiels conditionnant le vol. La réussite du vol avec les appareils que nous possédons de nos jours est surtout due au grand succès des avancées et des recherches de différents grands aviateurs ayant conquis l'histoire du ciel: C. Ader, Farman, les frères Wright, Charles A Lindbergh, Blériot, Roland Garros, Léonard de Vinci, et bien d'autres encore.

L'avion description:
Voici le shéma d'un avion banal du type avion de ligne présentant les différentes parties principales de l'avion nécessaires au vol:

Avion de ligne: appareil de transport aérien plus lourd que l'air, comportant des ailes et des moteurs.

Dérive: dispositif empêchant un avion de dériver.

Gouvernail de direction: appareil servant à donner la direction à l'avion.

Queue: partie arrière du fuselage allant en diminuant.

Stabilisateur: dispositif qui corrige automatiquement les erreurs et les écarts et qui assure la stabilité de l'avion.

Gouvernail de profondeur: dispositif servant à régler la hauteur de l'avion.

Compartiment passagers: section où les usagers du transport aérien voyagent.

Réservoir de carburant: contenant où est gardé le carburant en réserve.

Aileron: pièce mobile placée à l'arrière de l'aile de l'avion qui, commandée par le manche à balai, permet à l'avion de virer.

Feu de signalisation: lumière de gabarit.

Aileron compensateur: pièce auxiliaire mobile placée à l'arrière de l'aile de l'avion qui lui permet de virer.

Volet d'atterrissage: pièce mobile placée à l'arrière de l'aile de l'avion qui permet de modifier les conditions de vol.

Soute à bagages: compartiment où l'on range les bagages.

Nez: partie antérieure de l'avion.

Cabine de pilotage: cubicule réservé au maniement de l'avion.

Hublot: petite fenêtre ronde et étanche.

Turboréacteur: moteur de turbine à gaz qui fonctionne par réaction directe dans l'atmosphère.

Aile: chacun des deux plans latéraux d'un avion qui servent à le maintenir en équilibre.

Le contrôle d'un avion se fait grâce à des parties mobiles au niveau des ailes et de la queue; ailerons, volets, aérofreins, gouvernes de direction, gouvernes de profondeur, assurent la stabilité d'un avion en vol et permettent de la diriger.L'avion en vol évolue selon 3 axes:

• l'axe de tangage, selon lequel le nez de l'avion, mû par l'air, pointe vers le bas, le pilote corrige alors cet effet à l'aide du manche, ce qui abaisse ou relève les gouvernes de profondeur et remet l'appareil en vol horizontal.

• l'axe de roulis, selon lequel les bouts d'aile se déplacent en haut puis en bas, s'inclinent d'une aile sur l'autre, les ailerons, placés sur le bord arrière/bord de fuite du bout des ailes contrôlent l'inclinaison de l'appareil, le pilote le corrige en poussant le manche à gauche ou à droite.

• l'axe de lacet, lorsqu'un avion zigzague, le nez pointe vers la droite ou vers la gauche, la dérive de direction permet de corriger cet effet en maintenant l'avion en vol rectiligne.
  
  

Étant plus lourd que l'air, les avions utilisent les moteurs qui leur donnent la puissance nécessaire; les ailes assurent la sustentation, force dirigée vers le haut appelée portance et s'opposant au poids de l'appareil. Le vol d'un avion est soumis à 4 forces et dépend de l'équilibre de celles-ci:
Ces quatre forces agissent deux par deux. La portance s'oppose au poids. D'autre part, la poussée s'oppose à la trainée.On admet que les quatre forces en vol s'exercent en n point unique appelé centre de gravité de l'avion

• la poussée, grâce à laquelle l'avion progresse dans l'air. Dans un avion à réaction, l'air s'échappant des tuyères le propulse en avant. Pour les avion à hélices, actionnées par une turbine (turbopropulseur), les pales frappent l'air avec un faible angle d'attaque et produisent la poussée (traction). Un appareil plus gros ou plus lourd, un avion à forte traînée ou faible portance exigent des moteurs plus puissants. La poussée effectuée par le réacteurs en repoussant l'air vers la queue de l'appareil et par conséquent l'air pousse l'avion vers l'avant a cause de la loi de l'action et de la réaction;Donc, la poussée sert a propulser l'avion dans les airs. A une même altitude si la poussée augmente alors l'avion va prendre de la vitesse car la force de la traînée est inférieur a celle ci, et inversement si la traînée augmente, dans ce cas l' avion va reprendre un vol stabilisé et a une vitesse relativement contante. La vitesse ascensionnelle maximum n'est pas liée à la portance, mais à la quantité d'énergie fournie en plus de celle nécessaire au maintien du vol
  en regardant ci dessous vous pouvez voir l' avion qui envoie violammant vers le bas une grade quantité d'air "le jet"celui ci laboure les nuage sur son passage .
  
  

Comme vous pouvez le voir sur cette photo ci dessous "l'air autour de l'aile est équivalente à un tourbillon",elle donc "induite"

Lorsque le tourbillon ne rencontre plus de surface qui le guide dans le sens de l’écoulement, il se replie en bout d’aile sous l’effet du vent relatif. Cette partie du tourbillon est appelé « tourbillon marginal ».Ce dernier vient frapper l’aile par le dessus. Ainsi, chaque tranche d’aile est soumise à un lux vertical venant du haut. Ce flux additionnel s’ajoute à l’écoulement amont et l’oriente légèrement vers le bas.

• la traînée qui s'oppose à la poussée, correspond à la résistance de l'air, plus il est volumineux ou plus sa vitesse est importante , plus grande est la force qui s'oppose à lui. Les avions ont une surface unie et une forme conçue pour réduire la traînée. Celle-ci dépend de la forme des ailes et du fuselage, et les meilleurs avions sont ceux qui possèdent la plus grande finesse
  le poids de l'avion, des passagers et de leur bagages, du fret et du carburant est la force orientée vers le bas qui s'oppose à la portance. Le poids est la force exercée par notre planète sur tout corps qui se trouvent près d'elle. Cette force entraîne un phénomène de pesanteur, ce qui explique que les corps sont attirés vers le centre de la Terre. En réalité, lorsqu'un avion manoeuvre, il subit des variations de son facteur de charge qui modifient la charge supportée par les ailes. L'angle d' incidence doit être réglé pour assuré l'équilibre entre portance et poids pendant les manoeuvres.
  
  
  





• La portance : force ascendante crée par la différence de pression de l’air sur l’intrados et sur l’extrados. (voir parti 2)

• Le poids : dû à l’attraction terrestre.L'avion est attiré vers le sol
  
  
  
  Points communs:

Comme les oiseaux, la forme générale des avions est adaptée aux compétences requises (ex : un avion de chasse de type F16 est très différent d’un A380, comme le sont un colibri et un albatros). Pendant le vol, les ailes adaptent également différents profils suivant les phases de vol (décollage, croisière, atterrissage) : les avions utilisent les volets, directement inspiré des oiseaux. Mais la flexibilité des oiseaux est tout de même plus importante.
de plus les forces qui s'exerce sur un oiseau, un avion, mais également un planeur ou un hélicoptère son toujours les même c'est le poids, la traînée, la portance et enfin la poussée


on peut remarqué ici que l'oiseau et l'avion produisent tout les deux des tourbillons voici c'est une expérience ou on lance des fumigènes pour faire apparaître les vortex (tourbillons) d'un avion L’importance de l’air autour de l’aile est équivalente à un tourbillon, et qu’elle est donc »induite », curieusement, par la portance. En effet, chaque fois qu’il y a portance, il y a nécessairement tourbillon autour du profil.

Nous avons étudié la structure des avions et l’anatomie des oiseaux. Nous avons remarquer quelque similitude entre eux :
Tout d’abord leur structure :

la structure extérieureest à la fois fine et résistante.

les cloisons se ressemblent

La forme du nez de l’avion et le bout du bec de l’oiseau est aussi fine et « pointue ».

II-Le vol d'un avion et d'un oiseau

Forces exercées (ailes)

L' Ecoulement d'un flux d'air défini le déplacement de l'air.
On distingue en général trois types d'écoulements classés selon le comportement des molécules de gaz :

1type:L'écoulement laminaire :
les particules d'air suivent toutes des trajectoires rectilignes parallèles entre elles. On peut imaginer que l'air est constitué de lames superposées, glissant parfaitement les unes sur les autres.

type 2L'écoulement turbulent :
les particules d'air suivent des trajectoires quasiment parallèles entre elles, mais qui ne sont plus rectilignes, tout en se déplaçant globalement dans la même direction avec une vitesse d'ensemble.


type 3L'écoulement tourbillonnaire :
l'ensemble de l'écoulement est très désordonné et, bien que globalement tout l'écoulement d'air se déplace dans la même direction, certaines particules peuvent remonter le courant et former ainsi des tourbillons.


pour assuré un vol optimal vaut mieu voler avec un écoulement labinaire tandi que l'ecoulement laminaire provoque des turbulence et l'ecoulement tourbillonaire peut etre plus grave

• 1)forces exercées par les ailes
  
  A) pour l'oiseau
  
  Comme vous prouver le constaté le profil n'est pas le même avec celui d'un avion
  
  

Les flux d'air sur l'intrados, et l'extrados sont les méme que l'avion

Mais contrairement à l'avion il se forme des tourbillons à cause du vide qu'il y a sur l'intrados. L’oiseau ouvre une sorte de poche sous-alaire qui "emprisonne" l'air


cela à pour conséquence de posé l'oiseau vers l'avant et le haut

b) pour l'avion

C'est le profil d'une aile qui génère la portance, les ailes ont une forme particulière: le profil(Qui ressemble un peu à l'oiseau). La partie supérieure de l'aile appelé extrados est plus courbe que celle du dessous ou intrados; anssi en vol horizontal (normal), les particules d'air doit arriver en même temps d'un bout à l'autre de l'aile,par consequent les filets d'air sur l'extrados s'accélèrent et s'ecartent, ces particules y sont donc moins nombreuses, ce qui provoque une diminution de la pression. Contrairement à l'intrados, les filets d'air ralentissent et se compriment, les particules d'air s'y accumulent, faisant augmenter la pression. Comme la dépression sur l'extrados est plus forte que la surpression sur l'intrados (1/3 de surpression pour 2/3 de dépression), l'avion n'est pas porté en l'air mais bien "aspiré" vers le haut. Ces différences de pression peuvent cependant être modifiées à l'aide de volets, ailerons, et ext ...

La formule de la est portance :
P = 1/2 . S . µ. Cz . v
µ étant la masse volumique de l'air;
S, la surface d'attaque de l'aile;
v ou v², la vitesse basse ou haute;
Cz, le coefficient de portance déterminé pour chaque aile par l'angle d'attaque ou d'incidence, angle produit par le devant de l'aile (bord d'attaque) incliné dans l'air.
la propriété de la surface de l'aile modifie les forces aérodynamiques. En effet, si l'aile à Une surface lisse ,cette surface aura plus tendance à "glisser" dans l'air, cela réduit ainsi la traînée due aux frottements avec l'air. Alors qu'une surface rugueuse, ne favorise pas l'écoulement autour de l'aile, car les particules de l'air se trouvent "piégées" dans les parties irrégulières de la surface
- l'angle du bord d'attaque de l'aile, qui est l'angle entre la corde et l'extrados:
(d)

shema d'une coupe transversale de l'aile d'un avon

Cet angle a une grande incidence sur le profil de l'aile. En effet;
Si l'aile est une barre verticale (1), l'air vient buter sur le devant, provocant ainsi de très fortes perturbations derrière l'aile. Si l'aile est une sphère, l'air est trop dévié autour de l'aile ce qui crée des turbulences à l'arrière de l'aile (2). Enfin, si l'aile a un profil effilé, l'écoulement de l'air est laminaire (3). C'est pour cela que toutes les ailes d'avions ont cette forme.

Les différentes phases du vol:

1) pour l' oiseau

celon les oisseaux, il existe deux type de vol :

A) le vol battu
La majorité des oiseaux pratique le vol battu, ainsi que les insectes et les mammifères. comme son non l'indique, ce type de vol se sert des battements d'aile des oiseau Lors du vol, le corps de l’animal prend une forme fuselée qui améliore l’aérodynamisme et limite ainsi les dépenses d’énergie de l’oiseau.
Lorsque les ailes descendent, l’oiseau utilise toute la surface disponible pour s’appuyer sur l’air, les plumes de l’aile se serrent pour laisser passer le moins d’air possible.
Quand les ailes remontent, elles se replient le long du corps de façon à ce que la surface de l’aile n’offre pas de résistance à l’air. Pour minimiser les frottements avec l’air les plumes situées au bout de l’aile s’écartent et laissent ainsi passer l’air

b) le vol plané

Le vol plané est utilisé lorsque l’oiseau est fatigué : il déploie alors ses ailes et utilise les courants d’air ascendants pour rester en l’air. Ce type de vol est plus volontiers pratiqué par des oiseaux ayant une grande envergure comme l’albatros ou la majorité des rapaces (aigle, faucon, etc.).

Les oiseaux et les planeurs n’ont pas de moteur, ils utilisent tous les deux les courants ascendants thermiques et dans certains cas le vent pour prendre de l’altitude

- Courants de l’air. Lorsque les rayons du soleil frappent le sol ou la mer, l’air situé juste au-dessus se réchauffe. L’air chaud étant moins dense que l’air froid, il s’élève un courant d’air chaud jusqu’à une certaine altitude. L’accumulation de cet air chaud forme un ballon qui se détache progressivement du courant chaud et qui s’élève dans l’air. Ce dernier forme alors un cercle qui est traversé d’air froid en son milieu. L’aile incurvée de l’oiseau lui permet de contenir de l’air chaud sous son aile. Ainsi, en tournoyant autour du cercle, l’oiseau peut prendre de l’altitude.

Lorsque le vent souffle contre une falaise, l’air rebondit et jaillit verticalement, ce qui permet à l’oiseau de prendre de l’altitude sans fournir d’effort.
De même, lorsque le vent souffle sur la mer après avoir franchi une falaise, il tente de combler l’espace causé par la brusque dénivellation et revient vers la falaise. Puis, comme précédemment, il remonte verticalement permettant à l’oiseau de prendre de l’altitude.



2)pour l'avion

les phases principales

a) Le décollage.
Pour décoller, un avion doit prendre de la vitesse de façon à pouvoir opposer suffisamment de portance à la force d’attraction terrestre (le Poids). Cette portance doit être ensuite maintenue en vol, sinon, l’appareil, soumis aux lois de l’apesanteur, retomberait rapidement. Lors du décollage, en prenant de la vitesse lève son nez de manière à prendre une position favorisant la prise d’altitude. Ce mouvement accentue l’angle d’attaque des ailes, dont la portance suffit alors à soutenir le poids de l’avion.

b) Le vol.
Lors du vol, l’avion doit garder constamment les moteurs allumés pour ne pas générer une perte d’altitude contrairement aux planeur qui eux, utilisent les courants d’air pour se déplacer. Lors de perturbations, l’avion oriente les ailes de manière à toujours équilibrer les 4 forces.

c) L’atterrissage.
Pour atterrir, l’avion doit perdre de la vitesse et sortir le train d’atterrissage (s’il est repliable), se cabrer et poser les roues arrière avant les roues avant pour amortir le choc. L’atterrissage s’effectue face au vent afin de faciliter la manœuvre. Une fois à terre, les volets doivent être complètement sortis et la puissance des réacteurs peut être inversée pour servir de freinage.

les phases particulieres

le vol horizontal(1),laforce de propultion doit etreégal au poids .Anssi le pilote tire plus ou moins sur le manche,tout en actionnant la manette des gaz

En descente(2), une partie du poids est compensée par la portance et l'autre renforcée par la propultion.Afin de conserver la même vitesse, le pilote pousse le manche en avant en diminuant le régime du moteur.

le pilote doit accroîte la propultion:il tire le manche et auguemente le régime du moteur (3)

pendant le virage (4),le pilote commande la gouverne de direction par l'intermédiaire du palonnier.Il incline le manche à l'interieur du virage et appuie sur la pedale intérieur au virage .En plus, il doit auguementerle régime du moteur

comparaison du comportement

• Le comportement pour le décollage :Certains oiseaux doivent prendre de la vitesse pour pouvoir décoller ; les avions font de même. L’avion et l’oiseau se cabre, de manière à mieux « perforer » l’air. Ce sont les 2 manières essentielles du décollage. L’oiseau bat des ailes, tandis que l’avion se sert de la portance au niveau de ses ailes.
  
• Le comportement pour l’atterrissage :Il en est de même pour l’atterrissage : l’avion perd de l’altitude en diminuant sa vitesse, se cabre, puis touche terre, et l’oiseau fait de même, mais se sert du vol battu pour achever sa manœuvre d’atterrissage.
  
• Le comportement aérien :En vol, l’oiseau se sert des courant d’air pour se déplacer, reprendre de l’altitude, et les planeurs font de même. Les avions, comme les gros porteurs, doivent garder, comme vu précédemment, leurs moteurs en marches pour ne pas perdre d’altitude.

L'envol d'un avion est quasiment identique à celui d'un oiseau même si ce dernier fourni énormément d'effort lors du décollage afin de soulever son poids. Afin de vous rendre conte de l'allure d'un decollage d'oiseau, nous vous conseillons cete vidéo http://videostream.over-blog.com/article-5474527.html et en ce qui concerne l'envol d'un avion, plusieurs vidéos sont visibles notament celle-ci http://fr.youtube.com/watch?v=jF0-wDHRjE4. On constate ici que l'avion necessite une trèsgrande prise de vitesse avant de pouvoir s'élancer ans les airs, l'oiseau lui en revanche bat des ailes et s'envole quasiment sur place...Cependant, au début de l'aviation, Léonard de vinci avait mis au point un avion copié de la chauve souris:

Planer:

Dans un premier temps, un planeur arrive à se maintenir en sustentation en générant une force compensant exactement son poids : c’est la portance.Dans tous les cas, on aboutit au fait que le planeur reste en l’air puisqu’il existe une dépression au-dessus des ailes (à l’extrados), et une surpression en dessous (à l’intrados).

En second lieu, une fois le principe de sustentation (propre à tous les avions) appréhendé, on peut s’interroger sur ce qui fait avancer le planeur. En effet, génération de portance signifie vent relatif, mais vent relatif signifie mouvement de l’appareil. Et c’est ici qu’intervient la spécificité des planeurs, « engins volants non motorisés ». En fait, l’astuce est de pencher le nez de celui-ci vers l’avant. Dans cette position, le système {planeur} est pseudo isolé est il conserve donc sa vitesse initiale donnée par un avion remorqueur… En l’interprétant par un bilan énergétique, la portance et la traînée consomment l’énergie dont elles ont besoin dans l’énergie potentielle de pesanteur, ce qui induit la perte d’altitude

Cependant, on vous expliquera la mécanique « du vol plané » plus detallé en s’intéressant plus précisément aux transferts d’énergies car c'est la plus grande difference avec l'avion :

c’est-à-dire en réalisant un bilan énergétique du système {planeur} en l’air.

En effet, on a déjà vu qu’une certaine puissance, était indispensable pour pouvoir voler. Et c’est ici qu’intervient la notion du travail d’une force. Lorsqu’une force s’exerçant sur un système travaille de façon motrice, celui-ci gagne de l’énergie ; et lorsque qu’elle travaille d’une manière résistante, celui-ci en perd. Ce phénomène s’applique parfaitement au planeur : la traînée travaille dans le sens opposé au mouvement du planeur, on dit qu’elle « consomme » en quelque sorte de l’énergie.

Le planeur, quelque soit sa phase de vol, possède une réserve d’énergie mécanique notée Em somme de deux d’énergies différentes :

• Energie cinétique de formule Ec=1/2mV²
  
• Energie potentielle de pesanteur telle que Ep=mgz
  

Avec m la masse du planeur. V sa vitesse.

z l’altitude du planeur.

g l’intensité de la pesanteur.

Ainsi une diminution de l’énergie cinétique équivaut à une diminution de la vitesse du planeur; et une perte d’énergie potentielle équivaut à une perte d’altitude.

Si le système était conservatif, les échanges entre ces deux énergies seraient infinies et le planeur pourrait gagner de la vitesse en perdant de l’altitude et inversement. Mais ceci est valable dans le cas où seul le poids travaille. Or les frottements entre l’air et l’appareil sont loin d’être négligeables, la traînée travaille, le système n’est alors plus conservatif, et son énergie mécanique totale diminue inexorablement sans aide extérieure.

=> Dès lors deux cas se présentent à nous :

• Si on décide de fixer l’énergie potentielle, on ne perd plus d’altitude. Mais la traînée entre autre va puiser son énergie là ou elle le peut c’est-à-dire dans l’énergie cinétique. Le planeur perd donc de la vitesse ! Cela n’est donc pas une bonne solution pour voler.
  
• Mais si on décide de laisser l’énergie potentielle comme source d’énergie ou la traînée pourrait venir puiser ce dont elle a besoin, on arriverait à conserver une énergie cinétique constante. Ceci équivaut à voler en ligne droite, à vitesse constante tout en perdant de l’altitude, et rien ne peut plus s’opposer au planeur jusqu’au sol.
  

Finalement, on aboutit au fait que pour voler un planeur doit nécessairement descendre.

Mais attention, un tel appareil peut aussi monter de ses propres ailes. C’est le cas de la voltige. En effet, c’est en réalité le couple altitude/vitesse qui constitue le réservoir énergétique du planeur (comme le sont les cuves à kérosène d’un airbus...). Si un planeur incline son nez vers le haut, il génère plus de portance, prend de l’altitude et donc gagne de l’énergie potentiel au déficit de l’énergie cinétique. Il lui suffit donc de redescendre pour reprendre de la vitesse.

Lors de ces échanges d’énergies, la traînée consomme toujours autant, seulement elle change sa source. Le mécanisme décrit plus haut peut donc être inversée. Cependant, c’est le seul valable pour un vol dit stabilisé.

Tout ceci nous amène à parler de la notion de finesse. La finesse d’un planeur représente sa capacité à planer. En effet, cette caractéristique correspond au rapport de la distance par l’altitude ou de la vitesse par le taux de chute, c'est à dire l'angle de piqué que doit adopter le planeur pour avoir une trajectoire rectiligne à vitesse constante. Par exemple, un planeur de finesse 40 pourra parcourir, à partir d’une altitude de 1000 mètres, une distance de 40 kilomètres avant de toucher le sol. En fait, la finesse dépend de l’aérodynamique de l’appareil : elle consiste à générer une portance optimale pour une traînée la plus réduite possible.

La finesse d’un planeur.

Ainsi, pour conclure cette partie, le vol d’un planeur est une longue glissade silencieuse, une descente lente et régulière. Cependant un planeur peut rester en l’air beaucoup plus longtemps. Pour cela, il suffit de recharger le réservoir d’énergie potentielle à l’aide de forces atmosphériques, et c’est ici que commence véritablement ce qu’on appelle le « vol à voile ». Mais comment réussit-il à utiliser l’énergie de l’environnement pour reprendre de l’altitude ?

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Et enfin, dernier point important, le vol à voile commence véritablement lorsqu’un planeur peut voler sur de longues distances. Or il descend toujours à taux fixe. Pour reprendre de l’altitude, un tel appareil peut utiliser des ascendances (thermiques ou orographiques) en utilisant le principe que l’air monte plus vite que lui ne chute, sur ces zones précises.

def :Vol à voile : vol sans moteur en usant d’ascendances pour parcourir de grandes distances ou pour des vols de longue durée.

III-L'amélioration des performances

Le furtif et le supersonique:

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  le futif

la flèche des ailes sont étudiée car le bord d’attaque peut être un réflecteur d’ondes (si l’onde arrive face à l’appareil). donc pour coriger ce defaut il faut modifier le bord d’attaque afin que l’onde soit renvoyée loin de la source. Cette flèche permet aussi d’éviter de créer des ondes de choc,qui serait fatale à la furtivité.

si une aile volante à une vitesse élevée alors L’onde sera réfléchie la source(comme une balle sur un mur).
les ouvertures et les raccords entre différents matériaux et de même nature (train d’atterrissages par example) sont en dents de scie car cette surface est très réflectrice.

• le supersonique
  

On dit qu'un avion vole à vitesse supersonique lorsque sa vitesse dépasse les 380m.s-1, ce qui correspond à un nombre supérieur au nombre de Mach critique supérieur.

Lors du passage dans le ciel d'un tel avion, nous percevons au sol un "bang" sonore.

Lorsqu'un avion vole à vitesse supersonique, les zones de compressions qui se sont accumulées devant le nez de l'avion, formant un "mur", sont expulsées de partet d'autre du nez : l'avion passe alors le "mur du son".

Il se forme alors un cône de choc puisque les vibrations sont libéréesbrutalement. Ce cône se déplace durant toute la période où l'avion est à vitesse supersonique.

C'est pourquoi le "bang" lié au cône de choc est audible tant que l'avion se déplace à vitesse supersonique.

La place de l'avion aujourd'hui:

Il existe plusieurs types d’avion :

L’avion de ligne : moyen de transport aérien

Les avions d’observation : conçus pour toutes les interventions de survol (incendies de forêts, circulation automobile, etc.).

Les hydravions :les trains d’atterrissage conventionnels sont remplacé par des floteur, pour permettre des amerrissages sur l'eau.

Les avions de combat et de transport militaire : utilisés dans l’arméea des fin militaire.

Les technologies de demain:

le projet l'A2

Depuis quatre ans, une entreprise britannique planche sur un cahier des charges ambitieux : relier l'Europe à l'Australie en quatre heures avec un avion de ligne. Financé en partie par l''ESA (European Space Agency) est l'Agence spatiale européenne. Equivalent de la NASA en Europe
un avion hypersonique, baptisé A2, immense, taillé comme une fusée, capable de voler à Mach 5, soit deux fois la vitesse du ConcordeOn nous explique que cet engin reliera Bruxelles à Sydney en 4 h 40 et les informations précisent même le prix du billet : 3.500 dollars, soit environ 2.400 euros. Les mêmes articles de presse admettent toutefois que le prochain décollage aura lieu au mieux dans vingt-cinq ans.

voici une photo de l'A2

L'appareil, baptisé A2, serait gigantesque. Sa longueur atteindrait 143 mètres, soit deux fois celle de l'Airbus A380 (73 mètres). Ses ailes, en revanche sont en comparaison minuscules puisque l'envergure est moitié moindre que celle du même A380. La capacité serait de 300 passagers pour un rayon d'action de 20.000 kilomètres. Avec une vitesse de Mach 5, soit environ 5.000 kilomètres à l'heure à 25.000 mètres d'altitude, Sydney n'est plus, d'après Reaction Engines, qu'à quatre heures et 40 minutes de Bruxelles. L'A2 devra commencer son parcours en subsonique puis accélérer au-dessus de l'Arctique pour continuer le voyage en mode hypersonique. Un voyage transatlantique avec passage du mur du son au-dessus de l'océan, comme le faisait le Concorde, est possible également.

le concorde est un Avion supersonique, dont la vitesse de croisière du Concorde était de Mach 2,04 à une altitude de 15 650 mètres. Il était doté d'une aile delta et de moteurs à postcombustion. Son premier vol commercial date du 21 janvier 1976, et, suite à un tragique accident, ses vols ont été suspendus. Son dernier vol date du 26 novembre 2003.

autre projet:
L'avion à grande vitesse : AGV

l'ATSF ont pour objectifs de contruire un avion ou qui a une vitesse proches du Concorde ce projet pourrais voir le jour dans les premières années du XXIème siècle
pour cela l'ATSF est aidé par l'Aerospatiale ou leur compétences en matière d'aéronautique et de spatial permeterons un nouveau mode de transport à grande vitesse

lexique

Aérodynamique: Caractère qui est lié au mouvement relatif de solides par rapport à l'air.

Angle d'incidence: Angle entre la corde et le trajectoire de l'aile.

Angle du bord d'attaque: Angle entre la corde et l'extrados.

Aile: Principal plan de sustentation d'un avion

Convexe: Se dit d'une partie du plan ou de l'espace telle que tout segment ayant ses extrémités dans cette partie y est inclus tout entier.

Corde: Segment de droite passant par le bord d'attaque et le bord de fuite.

Écoulement Laminaire: Écoulement dans lequel les couches de fluide glissent les unes sur les autres sans échange de particules entre elles, par opposition à turbulent.

Écoulement turbulent: Écoulement dans lequel les filets fluides se mélangent, au lieu de conserver leur individualité, par opposition à laminaire.

Extrados: Face supérieure d'une aile d'avion.

Force: Action mécanique capable de déformer un corps, d'en modifier l'état de repos ou de mouvement. Elle est définie par un vecteur, avec un point d'application, une direction, un sens et une norme

Masse Volumique: c'est le quotient de la masse d'un corps par son volume.

Poids: Résultante des forces exercées sur un corps en repos sur la Terre. Le poids est égal au produit de la masse du corps par l'intensité de pesanteur:
P=m.g
P le poids en Newton (N), m la masse en kilogramme (kg) et g l'intensité de pesanteur en Newton par kilogramme (N.kg-¹)

Portance: Force perpendiculaire à la direction du mouvement et dirigée vers le haut, résultant du mouvement d'un corps dans un fluide. La sustentation d'un avion est assurée par la portance qu'engendre le mouvement de l'air autour des ailes. La portance aérodynamique définie par la formule:
P=½.µ.Cz.S.V²
P la portance aérodynamique en Newton (N), µ la masse volumique du fluide en kilogramme par mètre-cube (kg.m-³), Cz le coefficient de portance (sans unité), S la surface du corps en mètre-carré (m²) et V la vitesse du corps dans le fluide en mètre par seconde (m.s-¹)

Sustentation: Etat d'équilibre d'un aéronef en vol.

Traînée: Force aérodynamique qui s'oppose au mouvement d'un corps dans un fluide. La traînée aérodynamique est définie par la formule:
T=½.µ.Cx.S.V²
T la traînée aérodynamique en Newton (N), µ la masse volumique du fluide en kilogramme par mètre-cube (kg.m-³), Cx le coefficient de traînée (sans unité), S la surface du corps en mètre-carré (m²) et V la vitesse du corps dans le fluide en mètre par seconde (m.s-¹)

Conclusion

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  L'avion a donc bien été inspiré de l'oiseau en géneral aussi bien au niveau de leurs morphologies et de leurs anatomies: comme les os ou la légèreté (chauve-souris)
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  L’homme a toujours rêvé de voler, et maintenant, ceci n’est plus un rêve mais la réalité depuis le XIXe siècle. Ce qui est certain, c’est que si des pionniers de l’aviation comme Léonard de Vinci et Clément Ader se sont vraiment inspiré de l'oiseau n'avait pas existés , l’aviation n’en serait certainement pas là où elle en est aujourd’hui sans leurs recherches.
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  le vol d'un avion est le fruit de plusieurs siecles d'essais,de mise en communs.Depuis son premier vol de 1903 ,il n'a cessé de se perfectionner et continura le progré(avion hypersonique) tandi que l'oiseau lui sera toujours le même (mise à part mutation)