Profil d'aile supercritique

Le profil d'aile que nous utilisons pour notre étude est un profil supercritique conçu par Dassault. Il doit permettre à la couche limite de demeurer laminaire le plus longtemps possible, avec une transition estimée à 30% de la corde.

 

Les premiers profils supercritiques sont apparus dans les années 1965. L'origine du développement de ces profils vient de la nécessité de faire évoluer les avions de ligne à des vitesses plus élevées. Cependant, les ingénieurs ont été confrontés pendant longtemps à un problème à la fois théorique et pratique : une forte augmentation de la traînée à mesure que l'écoulement amont se rapproche de M=1. En effet, d'après la théorie de Prandtl, le coefficient de pression Cp  est défini de la manière suivante :

 

$ \frac{C_{p,0}}{\sqrt{1-M}}$

 

Comme nous pouvons le constater quand le nombre de Mach de l'écoulement amont tend vers 1, le coefficient de pression tend vers l'infini. De même, pour un profil d'aile donné à une incidence donnée, des expériences ont montré que le coefficient de traînée reste constant pour des Mach faibles. En revanche, quand on s'approche de M=1, celui-ci augmente fortement.

 

Evolution de la traîne en fonction du nombre de Mach, source : Anderson, fundamentals of aerodynamics.

 

On peut distinguer deux points remarquables sur ce graphique, le Mach critique (Mct), qui correspond au nombre de Mach de l'écoulement amont à partir duquel commencent à apparaître les premières régions supersoniques, et le Mach de divergence de la traînée (Mdrag-divergence), qui correspond à la valeur du Mach amont pour lequel la traînée commence à diverger.

 

Entre les années 30 et les années 60, la philosophie des concepteurs de profils était de repousser le plus loin possible le Mach critique en affinant le plus possible les profils. Cependant, ceci pose un problème de résistance de la structure et de stockage de carburant pour les avion de ligne. Une approche différente à due être mise au point, c'est le principe des profils supercritiques. L'accent est mis sur le Mach limite de divergence de la traînée, le but étant d'augmenter l'écart entre Mct et Mdrag_divergence. Ce profil favorisent des nombres de Mach plus faibles dans les régions supersoniques que pour des profil fins classiques. Ainsi, le choc est plus faible ce qui à tendance à réduire la traînée.

Evolution du coefficient de traînée en fonction du Mach pour un profil NACA64-A215 et un profil supercritique, source : Anderson, Fundamentals of aerodynamics.

 

La figure ci-dessus montre bien que la divergence de traînée a lieu plus tard pour le profil supercritique que pour le profil NACA.

 

Visualisation des zones supersoniques sur un profil NACA 64-A215 et un profil supercritique, source : Anderson, Fundamentals of aerodynamics.

 

La figure ci-dessus met en évidence que la région supersonique sur le profil NACA s'étend beaucoup plus loin que sur le profil supercritique. Le choc est alors plus faible, ce qui réduit considérablement la traînée. Ces profils présentent aussi l'intérêt de pouvoir être plus épais, la structure sera donc plus résistante et davantage de carburant pourra être stocké dans l'aile.