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Table des matières

Esquisse théorique de l'Aviation mécanique

Surfaces portantes.

Sachant que l'air a un poids, une densité, et constitue un milieu d'une certaine résistance; ayant d'autre part compris comment un plan ou plusieurs plans peuvent soutenir des poids en utilisant la résistance de l'air et la force du vent, il devient aisé de comprendre le mécanisme de sustentation du cerf-volant. Mais, pour le préciser, il faut entrer dans quelques détails techniques d'ailleurs fort simples.

Fig. 26

Dans l'air, le cerf-volant enlevé,—représenté dans la figure 26 comme s'il était vu de côté par sa tranche AB,—subit l'action de diverses forces qui s'opposent les unes aux autres.

Le vent qui le frappe exerce sur lui une pression, cette pression est invariablement perpendiculaire à sa surface quelle que soit l'orientation du cerf-volant par rapport au vent.

Il faut donc, dans le cas de la figure 26, représenter cette pression par la ligne droite CR perpendiculaire au cerf-volant AB. Or, on voit que cette pression CR dont la direction est perpendiculaire à AB tend à remonter le cerf-volant en raison de son inclinaison par rapport à la direction du vent.

Mais cette pression CR s'exerce en se décomposant en deux forces. L'une: CS combat l'action de la pesanteur CP, qui tend à ramener le cerf-volant vers le sol; l'autre CT est en antagonisme avec la résistance de la corde qui retient le cerf-volant.

S'il y a égalité de puissance entre ces diverses forces, le cerf-volant plane, à peu près immobile. Il ne bougerait pas du tout dans le cas de cet équilibre, si l'action du vent restait constante. Ses légers mouvements sont dus aux ondulations dont aucun vent n'est exempt.

Si le vent augmente, la pression devient plus forte: la force CS sustentatrice, l'emporte sur l'action de la pesanteur CP et le cerf-volant remonte.

Si le vent faiblit, au contraire, c'est l'action de la pesanteur qui triomphe et le cerf-volant descend[14].

Dans les deux cas, on suppose que la force CT reste invariablement équilibrée par la résistance de la corde du cerf-volant, car si elle venait à casser, l'équilibre instable du système serait aussitôt rompu.

Faute de vent, le cerf-volant ne peut ni s'enlever, ni demeurer en l'air. Mais l'enfant parvient pourtant à faire élever son jouet en courant. Il renverse les rôles: au lieu d'opposer obliquement la surface de l'engin à la pression de l'air précipité contre lui, il précipite le cerf-volant contre la résistance de l'air et crée, par la vitesse de sa course, la pression nécessaire pour vaincre, la force de la pesanteur et déterminer l'ascension. C'est exactement ce que fait l'aéroplane dont l'hélice, actionnée par le moteur, remplace la rapide traction de la corde par l'enfant.

Néanmoins, quoique le principe de la solution du problème de l'aviation ait été donné ainsi depuis plus de deux mille ans par le cerf-volant[15], il fallait, pour appliquer ce principe à une machine capable de porter un homme, divers éléments de réalisation pratique qui n'ont été acquis qu'en ces dernières années. Le moteur à explosion, à la fois léger et puissant, était un de ces éléments. L'étude théorique et surtout l'étude pratique des surfaces portantes ou plans sustentateurs en était un autre, non moins capital. On comprend, en effet, quand on entre dans un examen plus approfondi du problème, que les moteurs légers empruntés à l'industrie de la locomotion automobile par les constructeurs d'aéroplanes, n'auraient pas suffi pour enlever des plans sustentateurs quelconques.

Fig. 27

Les cinq anciennes lois formulées jadis par l'illustre physicien anglais Newton sur la résistance de l'air, ne sont pas rigoureusement applicables à l'aviation et jusqu'à nos jours elles ont gravement induit en erreur, sur certains points[16].

Ainsi, par exemple, la cinquième de ces lois affirme que la résistance de l'air est proportionnelle à l'étendue de la surface qui lui est opposée. Or, ceci n'est pas rigoureusement vrai dans toutes les conditions.

Fig. 28

La résistance est bien proportionnelle à la surface, comme le disait Newton, si l'on considère, par exemple, un plan carré poussé ou tiré, l'air étant immobile, dans une direction perpendiculaire à sa surface. La figure 27, page 42, montre ce cas où la résistance de l'air est bien proportionnelle à l'étendue de la surface du plan.

Fig. 29

Mais cette loi n'est plus exacte s'il s'agit d'une surface affectant la forme d'un carré long comme ABCD (parallélogramme rectangle),—dont ici deux côtés: AB et CD sont six fois plus longs que les deux autres: AC et BD afin de rendre l'exemple plus saisissant (fig. 27).

Fig. 30

Si cette surface, représentée dans la figure 29, vue par sa tranche AB, se meut obliquement dans l'air suivant une direction comme celle qui est indiquée par la flèche, c'est-à-dire si elle aborde l'air par son petit côté AC (fig. 30), la résistance qu'elle rencontre est beaucoup moins grande que si elle progresse en abordant l'air par le grand côté CD (figure 30, p. 44).

Dans les deux cas, la surface est pourtant la même; la direction et l'inclinaison sont supposées identiques. Or, la pratique démontrant que cette augmentation de résistance est invariable pour les surfaces portantes des aéroplanes, il faut reconnaître ce fait.

On l'explique par le glissement des molécules de l'air sous la surface considérée. Pressé par la surface en mouvement, l'air tend à s'échapper sur les deux grands côtés AB et CD, lorsque la surface aborde le fluide par le petit côté AC (figure 30), tandis que les mêmes filets d'air, sous la même surface, lorsqu'elle aborde le fluide par son grand côté CD (figure 31), ne peuvent s'échapper que sur une petite région des extrémités CA et DB. Dans ce second cas, il y aurait donc moins de déperdition de la résistance de l'air que dans le premier.

Fig. 31

Mais, si cette supposition,—difficile à vérifier,—n'explique pas complètement le phénomène invariablement observé, une autre considération s'impose encore plus fortement:

Fig. 32

Supposons que la surface ABCD (figure 31), qui mesure 1 mètre sur 6 mètres, a parcouru en une seconde de temps une distance de six mètres, en allant de ABCD en A'B'C'D'. On voit par la figure même, qu'en abordant l'air par son petit côté BD cette surface s'est appuyée, pendant la durée d'une seconde, sur une étendue d'air de 12 mètres carrés.

Si, pendant la même durée de temps, elle aborde l'air par son grand côté AB avec la même vitesse et parcourt la même distance de six mètres, on voit, par la figure même, qu'elle s'appuie sur une étendue d'air de 36 mètres carrés pour aller du côté: AB en A'B' (fig. 33).

En principe, dans ce deuxième cas, elle a donc dû vaincre une résistance triple.

Fig. 33

Ainsi, la sustentation dans l'air au moyen de surfaces planes agissant sur la résistance du fluide ne dépend pas seulement de l'étendue et de la vitesse de déplacement de ces surfaces (ou de la vitesse du vent, ce qui revient au même), mais encore de la forme des surfaces et de la façon dont elles abordent l'air par rapport à cette forme.

La Nature, par l'oiseau, donne d'ailleurs un exemple frappant de l'importance de cette disposition puisque tous les planeurs, sans exception, étendent des ailes dont l'envergure est invariablement en travers du sens de la marche.

Par rapport à son étendue, la profondeur de l'aile des oiseaux bons planeurs varie dans des proportions qui dépassent même de beaucoup pour l'envergure totale le 1/6^e du plan ABCD pris comme exemple précédemment. La profondeur de l'aile n'a que le 10^e de l'envergure chez les oiseaux de mer et se réduit au 20^e pour l'albatros.

Il reste sous-entendu qu'il n'y a pas lieu, dans la construction de l'aéroplane, de copier servilement la Nature, puisque les surfaces portantes de nos «plus lourds que l'air» ne peuvent être mues comme le sont les ailes des oiseaux et puisque le fuseau rigide de ces appareils qui porte le moteur, l'aviateur, l'hélice et les divers autres organes, n'a pas la souplesse et les moyens d'équilibrage du corps des oiseaux.

Fig. 34

Pourtant, le rapport entre l'envergure totale et la profondeur des surfaces portantes n'est pas le seul élément de sustentation pour lequel il y a lieu de s'inspirer de l'oiseau. À défaut de théorie, la pratique enseigne encore que les plans sustentateurs «portent mieux» s'ils sont légèrement incurvés; c'est-à-dire s'ils ont dans le sens de la profondeur du plan une courbure dont la concavité est opposée au sens de la marche.

Fig. 39

Cette incurvation est très visible dans le schéma du biplan Farman que représente la figure 34 où l'on voit le stabilisateur d'avant Gp; les plans sustentateurs S P et les plans d'empennage ou plans stabilisateurs de la cellule arrière Ps, affectant cette disposition courbe.

Elle est également très apparente dans la photographie du monoplan Blériot (fig. 35) et dans celle du biplan Delagrange (fig. 36) reproduites pp. 49 et 51.

En poursuivant l'observation des analogies qui existent entre nos «plus lourds que l'air» et les oiseaux, on constate que ceux-ci sont tous des monoplans. Leurs ailes, qui cessent d'être des organes de propulsion pour devenir uniquement des surfaces sustentatrices dans le vol plané, se tendent alors, restent rigides et forment comme un bloc avec le corps de l'oiseau. Mais ce bloc n'est pas rigoureusement rectiligne comme la surface portante du monoplan de Blériot par exemple (fig. 37, page 48), ou comme les deux plans sustentateurs de l'appareil des frères Wright (fig. 38, page 55). Il affecte la forme d'un V extrêmement ouvert ou d'un accent circonflexe retourné (fig. 39, p. 46).