Le profil d'une aile représente une coupe verticale de l’aile parallèle au plan de symétrie de l’avion. Un profil créant un minimum de traînées et offrant un maximum de portance sera plus apte à être utilisé pour une aile d'avion, mais il faut savoir que certains types de profils peuvent aussi êtres utilisés dans la fabrication de dérives ou de dispositifs hypersustentateurs. Le profil d’une aile varie selon les performances attendu de celui-ci. Aujourd’hui il existe différents profils qui n’assument pas les mêmes fonctions. C'est pourquoi, les profils sont étudiés de manière à, avec un angle d'incidence faible, avoir un écoulement le plus laminaire possible et ayant le meilleur rapport portance/traînées possible. On peut distinguer plusieurs catégories de profils, selon la forme qu'adopte leur ligne moyenne.
Quelques caractéristiques :
La taille, la puissance et le poids
de l’avion influent sur le choix du profil. Par exemple un profil épais
sur un petit avion léger et peu puissant apportera un rendement beaucoup
moins bon qu’un profil plus fin car il engendrerait une trop grande
résistance (traînée).
Il faut savoir qu’un profil mince décrochera
plus brutalement qu’un profil épais. Plus le rayon
du bord d’attaque est important plus le décrochage se fera
en douceur.
La traînée augmente avec l’épaisseur du profil car
il oppose une surface de contact plus importante à l’air. Il
faut aussi savoir que plus un profil est cambré, plus il créer
une traînée importante mais une portance élvée.
En effet, l'épaisseur maximum
augmentant, les traînées sont plus importantes ; mais étant
donné que l'extrados est plus grand,
la portance est plus importante. Il faut donc prendre en compte ce paramètre
pour définir un rendement parfait . On sait également que plus
une aile est cambrée plus son décrochage se fera avec un angle
d’incidence fort car elle diminue l’effet de décollement
des fluides.
La ligne moyenne est rectiligne (confondue avec la corde)
Ici l’intrados et l’extrados sont symétriques donc l’air s’écoule à la même vitesse de chaque cotés. Il produit de la portance si son angle d’incidence est positif. Ce type de profil est la plupart du temps fin, ce qui lui permet d'offrir peu de résistance, mais le rend fragile. De ce fait, les ailes adoptant ce type de profil sont souvent courtes. Ce profil n'étant pas cambré, il ne perturbe quasiment pas l'écoulement de l'air et étant peu épais, il diminue considérablement la formation de trainées. Ce type de profil est adapté pour une vitesse de vol moyenne. Sa symétrie lui confère la capacité de réagir de la même manière si elle est retournée, il est donc aussi utilisée en voltige. Lors de la construction de dérive ou d'empennages, ce type de profil est utilisé car l'air circulant à vitesse égale de chaque coté, la stabilité de l'avion n'est pas perturbée.
Ce profil possède tout de même quelques défauts : comme il n’est pas cambré il dérochera à angle d’incidence peu élevé et sa construction nécessite beaucoup de précision car la moindre dissymétrie ferait varier les résultats souhaités.
La ligne moyenne est à simple courbure (intrados et extrados convexes).
Sur ce profil l’extrados est plus grand que l’intrados car la ligne moyenne est légèrement cambrée. La cambrure de cette ligne lui permet de décrocher à un angle d’incidence plus élevé que le symétrique. Ce type de profil est favorable au vol lent (utilisé sur les petit avion de loisir). Il crée en revanche plus de traînée que le symétrique car il perturbe davantage l’écoulement de l’air et accepte moins la voltige du fait de sa dissymétrie.
La ligne moyenne est à simple courbure (intrados plat et extrados convexe)
Il décroche à un angle d’incidence
plus grand que le profil biconvexe symetrique mais n’est pas adapté
à la voltige : il faudrait alors que l'incidences soit négative,
ce qui crérait une importante trainée. En revanche, il est adapté
à des vols plutôt rapide si son extrados est peu cambré.À
l'inverse il sera adequat pour les avions lents, peu puissants si son extrados
est tres cambré. Il est utilisé dans le modélisme car
sa fabrication n’est pas très difficile.
La ligne moyenne est à simple courbure (intrados concave, extrados convexes)
D’après la ligne moyenne de ce profil, l’extrados est plus long que l’intrados car elle possède une forte cambrure. Plus cette ligne est cambrée plus le coefficient de portance est important. Comme ce type de profil est très cambré son angle d’incidence maximal avant décrochage est l’un des plus important de toutes les catégories. L’intrados est concave ce qui créé une importante surpression, et donc augmente la portance. Son proncipal avantage est de créé une portance correcte à vitesse faible.
Mais du fait de sa cambrure il génère une forte traînée. La traîné est plus forte pour un profil creux que pour un profil biconvexe de la même épaisseur car sa ligne moyenne est plus cambrée.
Un dénommé Jedelsky a inventé un profil creux qui porte aujourd’hui son nom et qui consiste à transformer les deux tiers du profil en une simple planche ce qui rend sa construction beaucoup plus facile :
Voici un exemple de profil creux le JN-153 :
Avec sa grande épaisseur il crée une forte portance mais une grande traîné également .Son épaisseur et sa cambrure lui assure un décrochement en douceur et a un angle d’incidence élevé.
Double courbure (ou autostable)
La ligne moyenne est à double courbure
Ce profil, dit "autostables", à la particularité d’avoir une ligne moyenne à double courbure, ce qui lui permet d’adapter son angle d’incidence aux conditions de vol. Ce type de profil se suffit à lui seul pour faire voler l'avion dans toutes les situations (les empennages ne jouent pas un grand rôle). Sa cambrure permet un décrochage en douceur. Sa seconde courbure lui permet de remplacer le plan canard de certains avions (ce qui allège l’avion et créé moins de traînées) car il est compensé par l'effet inverse du couple piqueur : le couple cabreur.
La ligne moyenne est à double courbure (extrados convexe et intrados plat, creusé dans la partie arriere de l'intrados).
Dans les années soixante, suite aux travaux de l'ingénieur Richard T. Whitcomb de la NASA, des profils de type "supercritiques" ont été développés. Sur ce type de profil, l'intrados est aplati et est creusé dans sa partie arrière. L'extrados est légèrement convexe. La particularité de ce type de profil est de garantir, à trainée et portance égale, une augmentation de la vitesse maximum. En effet, sur un profil "classique", le Mach maximum est d'environ 0.75 alors que ce profil permet d'atteindre les 0.88 Mach, c'est à dire 17% de plus ! Autre avantage de ce profil, si la vitesse maximal est dépassée, l'onde de choc créée au bord de fuite de l'aile sera moindre, car le creux situé à l'arrière de l'intrados permettera une recompression de l'air en douceur, et ainsi limité la trainée de décompressibilité de l'air. De plus, étant donné que son épaisseur est plus importante qu'un profil classique, l'aile peut être plus rigide, donc avoir une plus grande envergure possible ; on nottera aussi que son volume plus important permet d'emporter plus de carburant dans l'aile. Ce profil est donc très utilisé, notamment sur les avions de ligne comme les Airbus, à partir de l'A310.
L’air circulant sur l'extrados n’a pas un écoulement laminaire mais plutôt turbulent. Ayant un imposant bord d’attaque, il crée une grande résistance au vent relatif et crée énormément de traînées. Pour que le rapport portance/traînée sois correcte, il faudrait une énorme force de poussée, donc de gros moteur qui consommerait d’avantage et augmenterait la masse de l’avion. C’est pourquoi ce type de profil n’est que très peu utilisé. Il aurait quand même un point positif : le décrochage se ferait en douceur car son rayon de bord d’attaque est très important.
Sachant que les angles favorisent la formation de traînées, et avec un bord d’attaque si important, sa résistance à l'air est optimal. L’écoulement laminaire est impossible avec ce type de profil. Il lui est impossible de créer une force de portance, car son bord d'attaque droit empeche l'air de circuler sur l'extrados à vitesse plus importante que sur l'intrados. Ainsi le profil rectangulaire n’est pas utilisé. Il n'a aucun point positif.
