La traînée

Quand l'air rencontre l'aile, il pousse dessus avec une force globale appelée la résultante aérodynamique. On la décompose toujours en deux morceaux : la portance (ce qui soulève l'avion) et la traînée (ce qui le freine). Ce sont deux vecteurs — des flèches avec une direction précise, pas juste des nombres.

Le vent relatif, c'est l'air vu depuis l'avion : on imagine l'avion immobile et l'air qui souffle dessus, exactement comme dans une soufflerie. C'est par rapport à ce flux d'air que tout se définit.

La traînée est toujours parallèle au vent relatif, et va dans le même sens que lui — jamais dans le sens inverse. Comme le vent relatif est parallèle à la trajectoire de l'avion, on dit aussi que la traînée est parallèle à la trajectoire. La portance, elle, est perpendiculaire (à angle droit) au vent relatif.

Rx = ½ × ρ × S × V² × Cx — la traînée engendrée par l'aile dépend d'exactement 5 facteurs : la masse volumique de l'air ρ (rhô — 1,225 kg/m³ au niveau de la mer), la surface de l'aile S, la vitesse V, l'incidence de l'aile, et la forme du profil. Les deux derniers sont regroupés dans le coefficient Cx.

La traînée est proportionnelle au carré de la vitesse (V²) — exactement comme la portance. Concrètement : si tu doubles la vitesse, la traînée est multipliée par quatre (2² = 4), pas par deux.

Toutes choses égales par ailleurs, quand l'incidence augmente, la traînée augmente aussi — et elle grimpe encore plus vite juste avant le décrochage (voir la courbe Cx à la section 07).

L'épaisseur relative d'un profil, c'est le rapport entre l'épaisseur maximale de l'aile (la plus grande distance entre l'intrados et l'extrados) et la corde (la longueur totale du profil, du bord d'attaque au bord de fuite). Un profil mince a un faible rapport épaisseur/corde.

Toutes choses égales par ailleurs, la traînée d'une aile est d'autant plus faible que son profil est mince — un profil épais résiste davantage à l'air (plus de traînée de forme).

L'allongement λ (lambda) d'une aile trapézoïdale mesure à quel point elle est longue et fine (grand allongement) ou courte et large (faible allongement) : λ = envergure² / surface. C'est un rapport géométrique, sans unité.

C'est la méthode à appliquer sur n'importe quel plan coté d'avion : on relève l'envergure et la surface (données dans le manuel de vol ou sur le plan 3 vues), on élève l'envergure au carré, on divise par la surface. Un avion léger a typiquement un allongement de l'ordre de λ = 6.

La traînée totale d'une aile est la somme de deux traînées de nature différente : la traînée parasite et la traînée induite (vue à la section suivante). Elles n'ont pas la même origine, ni le même comportement avec la vitesse.

La traînée parasite n'a rien à voir avec la portance — c'est simplement la résistance de la forme de l'avion qui avance dans l'air, même s'il ne portait rien du tout. Elle vient de trois sources :

La traînée parasite augmente avec la vitesse — plus l'avion va vite, plus elle domine (c'est elle qui freine surtout en croisière rapide).

La traînée induite a pour origine la même différence de pression qui crée la portance — entre l'intrados (dessous, haute pression) et l'extrados (dessus, dépression). Les deux sont donc indissociables : pas de portance sans un peu de traînée induite.

Au bout de l'aile, l'air à haute pression "déborde" vers la dépression du dessus : ça crée un tourbillon marginal. Sa conséquence directe est une traînée supplémentaire, appelée traînée induite.

Elle est très forte à basse vitesse (il faut un Cz élevé pour compenser, donc une grosse différence de pression, donc un gros tourbillon) et quasi nulle à grande vitesse. Autrement dit : la traînée induite augmente quand la vitesse diminue — c'est l'inverse exact de la traînée parasite, qui augmente avec la vitesse.

Traînée globale = traînée parasite + traînée induite. L'une diminue avec la vitesse (induite), l'autre augmente (parasite) — leur somme dessine une courbe en U, avec un point bas bien identifiable. Ce point de traînée minimale correspond exactement à la vitesse de meilleur plané (finesse maximale, voir section 08).

Rappel de convention : Cx est le coefficient de traînée, Cz le coefficient de portance — jamais l'inverse. La polaire d'un profil, c'est la courbe qui combine directement Cz en fonction de Cx (sans passer par l'incidence).

Sur cette courbe, le point de traînée minimum a un nom : c'est le point A. C'est un point particulier et nommé de la polaire — différent du point de finesse maximale.

Finesse = Cz / Cx — le rapport entre portance et traînée. La finesse est maximale exactement lorsque ce rapport Cz/Cx est maximal : c'est la définition même de la finesse max, et c'est ce que représente le point tangent de la polaire vu à la section précédente.

En vol plané (moteur réduit ou en panne), sans vent et en air calme, la finesse a une application pratique directe : elle correspond au rapport distance parcourue / hauteur perdue. Une finesse de 10 veut dire : 10 mètres parcourus pour chaque mètre d'altitude perdu.

À la finesse maximale, la traînée vaut environ le dixième (1/10) de la portance — cohérent avec une finesse ≈ 10 (portance/traînée ≈ 10).

En cas de panne moteur, pour parcourir la plus grande distance possible avant de devoir se poser, il faut adopter la vitesse de finesse maximale — appelée Vg (velocity glide), donnée par le manuel de vol (POH). C'est la seule vitesse qui donne le maximum de distance pour l'altitude qu'on va perdre.

La formule hauteur = distance / finesse permet de calculer, avant de voler, la hauteur minimale à laquelle survoler une zone hostile (mer, forêt, estuaire...) pour être sûr de pouvoir la franchir en cas de panne moteur, en planant à la vitesse de finesse maximale.

Le raisonnement à toujours suivre : on prend le pire cas, c'est-à-dire la panne survenant pile au milieu de la zone à traverser — c'est là qu'il reste le plus de distance à parcourir en plané, dans n'importe quelle direction.

Exemple 1 — estuaire de 6 km, finesse 6

Il faut donc survoler cet estuaire à 500 m minimum au-dessus du sol pour être certain, en cas de panne au pire endroit, de rejoindre la côte en plané.

Exemple 2 — estuaire de 12 NM, finesse 10

Il faut donc survoler cet estuaire à 3600 ft minimum pour pouvoir, en cas de panne au pire endroit, rejoindre la terre ferme en plané à la vitesse de finesse maximale.