Hors Srie N1 - Janvier 2014

Histoire

Nature

Physique

High-Tech

Origine de l'aviation

L'oiseau, l'inspiration

Les forces ariennes

Nouvelles technologies,cologie, quel estl'avenir rserv auxavions ?

Edito

Dans ce numro spcial de Janvier, nous allons nous intresser aux oiseaux et auxavions....Depuis toujours, l'homme a rv de s'envoler pour pouvoir goter cette libertd'tre dtach de la gravit terrestre. Pouvoir se dplacer rapidement sans lescontraintes de l'attraction, quel bonheur ! Alors l'homme a essay de faire commel'oiseau et s'en est inspir. Quelles ressemblances subsistent encore entre l'oiseau etl'avion ? Quelles diffrences les opposent ? En quoi leurs vols sont-ils smilaires ? Autantde questions auxquelles vous trouverez les rponses dans ce magazine labor par noscollaborateurs.

-Clment Rousseau

Remerciements

Nous tenons remercier :

-M.DELBROUQUE-M.DOS SANTOS

-M.GOBE-M.GUILLOTIN

AVIATORSEquipe de RedactionROUSSEAU ClementGUERILLOT Romain

NOL Tom

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Sommaire

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6

3

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HISTOIREd

NATUREDossier

PHYSIQUE

GLOSSAIRE

Glossaire

4 L'origine de l'Aviation

6 L'inspiration des oiseaux

12 Les forces de l'Avion

23 Glossaire de l'Aviation

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HISTOIRE

Origines de l'aviation

Depuis toujours l'Homme rve deconqurir le ciel. Cette ide fut abordepar de nombreux savants notammentLeonard de Vinci qui au XV sicle,passionn par le vol, s'inspira des oiseauxpour laborer des prototypes d'appareilscapables de voler (ex: le prmisse del'hlicoptre nomm "vis arienne"). Avanttout, il a fallu faire une tude approfondiede lair, lment de base dans laviation.Cest en exploitant toutes ses propritsquil a pu par la suite laborer desaronefs. Mais qu'est ce que sont lesaronefs ?

Ils comprennent les arostats (ou pluslgers que lair ) ils font appel la flottabilit(ex : ballons), et enfin les arodynes (ou plus lourds que lair) qui est objet principalde ce magazine, bass sur le principe desforces arodynamiques comme les planeurs,les avions ou encore les giravions. Tout cesaronefs ont pour origine un mme anctrecommun, l'oiseau, l'animal qui a su inspirces diverses constructions.

es aronefs dsignent tous lesappareils capables de slever etde circuler dans lespace arien.

L

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Tout d'abord intressonsnous au mot aviation ilvient du latin avis , qui,

-gnifie oiseau , et actio, qui signifie action .Il at employ pour lapremire fois par Gabriellede La Landelle, en 1863,dans le livre Aviation ounavigation arienne sansballon, un ouvrage rendantcompte des tentativesd'envol de Jean-Marie LeBris dans un appareil pluslourd que l'air. Le terme avion sera ensuite cr par Clment Ader pourdsigner sa sried'appareils volants, puisbrevet par lui mme. Dansles premires annes del'aronautique, aprs lesvols en planeur des frresWright de 1902 et leurpremier vol motoris du 17dcembre 1903, on ne parlepas encore d'avions maison utilise le termed 'arop lanes. Ce n'estqu'avec la Premire GuerreMondiale que les mots avion et aviation deviennent communs. Unavion est un arodyne ( unaronef plus lourd que l'air),entran par un moteur.

Lorsque l'engin est sansmoteur nous parlons d'unplaneur. C'est un engindont la portancearodynamique est obtenuepar des surfaces fixes.Un avion quip d'undispotif lui permettant dedcoller et de se poser surl'eau ( amerrir ) est unhydravion.

D'autres accessoirespermettent l'aterrissage etle dcollage commel'utilisation des skis sous lesroues de l'avion afind'atterrir et de dcoller surdes surfaces enneiges. Lapersonne qui dirige cetengin est appel, pilote ouencore aviateur/aviatrice.

HISTOIRE

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Une inspiration venue tout droit de l'oiseau

Les passereaux reprsentent eux seuls plusde la moiti des oiseaux. En gnral de petitetaille, ils sont adapts tous les milieux. Ilscomprennent la quasi-totalit des oiseauxchanteurs et des espces qui se regroupent entroupes pour chapper aux prdateurs.

Les impennes sont des oiseaux adapts lavie aquatique et dont les ailes sonttransformes en nageoires. Ils frquentent leple Sud et les terres avoisinantes. Lesmanchots sont les seuls reprsentants de cesoiseaux.

Les coureurs ont des ailes rudimentaires et sontpour la plupart incapables de voler.Dots de pattespuissantes, ils atteignent de grandes vitesses decourse et comptent parmi les plus grands oiseaux.

NATURE

Un oiseau est un vertbr ovipare couvert de plumes dont les membres suprieurs luipermettent dans la plupart des cas de voler. Tous les oiseaux sont dots de plumes,mais ils ne sont pas tous capables de voler. Certaines espces comme les autruches

ont un en effet des ailes trop rduites pour cela.

Les Passereaux

Les Impennes

Les Coureurs

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NATURE

Les Rapaces

Les Echassiers

Les Grimpeurs

Les rapaces sont des oiseaux carnivoresaux pattes termins par des ongles forts(serres) et dots dun bec crochu etpuissant. Certaines espces sont diurnes(aigles, faucons), dautres nocturnes(chouette, hiboux).

Les chassiers ont des pattes, un bec et un cou pluttlongs. Ces caractristiques leur permettent de marchersur les sols meubles et instables et dattraper des proiesaquatiques vivantes dont ils se nourrissent. On distingueles grands chassiers, comme le hron ou la cigogne,des petits chassiers comme le bcasseau.

Les grimpeurs sont caractriss par un beccrochu et fort dont la mandibule suprieure estarticule et par une disposition particulire desdoigts (deux en avant, deux en arrire) qui leurpermet de saccrocher et de grimper aisment auxarbres.

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Les oiseaux sont la base de lacration des diffrents types d'avionet de leurs caractristiques.

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Des ressemblances externes...

Dans leur aspect gnral. L'oiseau a un corpsmince et lanc, de mme chez l'avion avecson fuselage conu afin d'aqurir unarodynamisme maximal qui est manifestementinspir du corps de l'oiseau.

Tout est ressemblant en passant galementpar l'avant de l'avion que l'on peut comparer aun ... bec! Ce dernier sert notamment favoriser l'arodynamisme de deuxinteresss.

La dernire ressemblance frappante sont sansaucun les ailes grce auxquels ils arrivent volercomme dans l'exemple du planeur. C'est cetlment qui forme la base de la construction !

NATURE

Au tout dbut, l'homme a d prendre pour exemple l'oiseau pour dvelopper sestous premiers prototypes d'avions. Clment Ader s'est inspir de la chauve sourismais cette invention n'tait pas en capacit de parcourir de longues distances, desmodifications ont ensuite eu lieu et les ressemblances sont devenues flagrantes

Des ressemblances physiques normes

Mais encore...

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... mais galement internes

L'os de l'oiseau est constitu du moins dematire possible pour nouveau allger le pluspossible le tout,l'aile tant au maximum vide, cequi permet par la suite d'assurer de bonnesperformances de vol.

Nanmoins tout est fait pour garantir unesolidit maximale de tout l'ensemble, Sur lapartie rouge on met en vidence la partieintrieure de l'aile de l'oiseau et de l'avion.Les deux sont constitues de nombreuxvides.

Sur la partie bleu, on retrouve la partie extrieure del'aile et l'os de l'oiseau, la matire qui les composeest trs fine mais toutefois trs rsistante. Pourl'avion elle est coffre puis entoile.

NATURE

Tout d'abord, les ressemblances rsident dans les composites de chacun. Ils ont pourcaractristiques communes d'tre le plus lger possible afin d'avoir une lgret

optimale en vol. De plus, ils allient cette lgret une forte rsistance.

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NATURE

L'aile de l'oiseau

Des pattes revisites en train d'atterrissage

Une ressemblance dans la structure

Les os des ailes d'oiseaux ( humrus,radius,cubitus ) possdent une structuretrabculaire. On remarque que les ailesd'avions, composes de longerons et denervures, adoptent le mme type destructure.

Intressons-nous maintenant aux pattes. Les tendonsdes oiseaux sont comparables dans leurs fonctions auxamortisseurs de l'avion situs sur le train d'atterrissagede celui-ci. Ils sont tous deux utiliss lors de la mise envol et lors de l'atterrissage.

Nous avons donc une structure interne et externesimilaire chez l'oiseau et l'avion ce qui tend confirmer notre hypothse selon laquelle l'homme,dans la conception d'avion, est majoritairementinspir par les oiseaux.

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PHYSIQUE

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PHYSIQUE

Ce qu'il faut savoir c'est que c'estla rotation du ventilateur l'avant du racteur de l'avion quifait avancer l'avion et nonl'jection des gaz bruls l'arrire de l'avion, comme lavoiture entre l'explosion dumlange entre l'air et lecarburant.

L'air aspir se divise en deux type de flux, l'air froid et l'airchaud. Le flux d'air froid longe les parois intrieures dumoteur et sert refroidir le moteur. Le flux d'air chaud estcomprim encore plus par des compresseurs. cemoment, l'air est trs chaud. Il arrive alors dans lafameuse chambre combustion o il est mlang avecle krosne. Ce mlange se consume. L'air encore pluschaud, ce moment , est rejet vers l'arrire du moteuret quitte le racteur en traversant une couronne de pales.Ces pales l'arrire du racteur sont relies auventilateur l'avant du racteur et font tourner leventilateur encore plus vite ! Mais comment l'avion unefois dans le ciel fait-il pour se maintenir en vol ?

otre avion a d par la suite prendre son envol,le racteur est dsormais le type de propulsionle plus utilis .

N

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Comment l'avion fait-ilpour se"maintenir" dansle ciel une fois envol ?

Il faut tout d'abord savoirqu'un avion est soumis trois forces diffrentes quisont le poids, la portanceainsi que la trane. Lepoids est une force exercesur un corps du fait de lapesanteur, il est l'effet de lagravitation sur l'avion; on lereprsente par un vecteurrectiligne dirig vers le bas la verticale. Ce poidsvarie selon la masse del'avion et on peut le calculergrce la formule suivante: P=m.gLa portance est lephnomne qui permet l'avion de voler dans le ciel

Il faut savoir que la formede l'aile joue un rle trsimportant de part sa formeincurve. En effet lors deson passage sur l'aile, l'airpeut s'couler plus vite sursa partie suprieure quisera aussi appelel'extrados que sur sa partieinfrieure appele intrados.pour arriver en mmetemps l'extrmit de l'aile. La pression est diffrentesur les deux parties de l'aileet c'est cela qui est l'origine de la portance.

C'est donc pour cela quel'avion est alors aspir versle haut. La portance dpendgalement d'un angled'incidence ( Angle du ventet les ailes ), plus il estlev plus la portancediminue. La portance estmaximale quand l'angle estgal zro. Lorsque cetangle est trop grand il y'adcollement del'coulement sur l'extradosde l'aile et ainsi que ledcrochage. La portances'exprime selon la formule Fp= 1/2 . p . S . Cz . VQuand la traine il s'agitde la force due au auxfrottements quand l'avionpntre dans l'air. C'est lasomme de trois traines quisont : la traine induite , latraine parasitaire ainsi quela traine d'onde. L'quationde cette force s'critexactement sur la mmeforce que celle de laportance, on utilisera doncla formule Ft = 1/2 . p . S . Cz . VCe sont les mmes forcesqui sont exerces sur lesoiseaux.

PHYSIQUE

C'est donc srement la forcela plus importante exploitepar un avion.

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Le roulage

Le dcollage

C'est le moment o l'avion quitte sonpoint de stationnement pour rejoindre lapiste de dcollage et inversement celleo il quitte la piste d'atterrissage pourrejoindre son point stationnaire. Leroulage de dpart se termine lorsquel'avion atteint le point d'arrt situ l'entre de la piste .Le roulage l'arrivecommence lorsque le pilote annoncequ'il a le contrle de son appareil au sol.

Pour dcoller, l'avion doit avoir unevitesse assez suffisante afin d'opposersuffisamment de portance la forced'attraction terrestre ( Poids ) . Pendantle dcollage en prenant de la vitesse ,l'avion lve son nez de manire prendre une position permettant la prised'altitude. Ce mouvement va permettred'accentuer l'angle d'attaque des ailesdont la portance permet de soutenir lepoids de l'avion

L'avion a exactement les mmes phases de vol que l'oiseau dontl'homme s'est inspir pour faire voler un avion.

Les diffrentes phases de vol

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La croisire

L'atterrissage

C'est la phase de vol situe entre ledcollage et l'atterrissage. Elle inclut lamonte vers l'altitude de croisire et ladescente vers l'atterrissage. Pendant levol, l'avion doit garder en permanenceles moteurs allums pour ne pas gnrerune perte d'altitude, contrairement auxplaneurs qui utilisent, eux, les courantsd'airs afin de se dplacer. Lorsqu'il y ades perturbations l'avion va orienter sesailes de manire toujours quilibrer les4 forces.

Pour atterrir l'avion doit diminuer savitesse et sortir son train d'atterrissage (seulement s'il est repliable ) , se cabrere t poser ses roues arrires avant lesroues avant pour amortir le choc.L'atterrissage se droule face au ventpour faciliter la manuvre . Une fois terre les volets doivent trecompltement sortis et la puissance desracteurs peut tre inverse afin deservir de freinage .

Les diffrentes phases de vol

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L'Avion du Futur

HIGH-TECH

L'osieau le plus rapide du mondeinspire le supersonique.

L'inspiration du faucon plerin estfrappante dans la conception.

Mais l'Homme ne compte pas s'arrter ses simples avions, il ne cesse d'en inventer denouveaux, toujours plus rapides, toujours plus lgers et surtout plus puissants. Nous allons

aujourd'hui nous intresser deux types d'avions, le supersonique ainsi que le furtif etencore une fois nous allons voir que ces modles viennent de la Nature.

Il faut tout d'abord savoir que l'oiseau leplus rapide du monde est le fauconplerin. En effet cet oiseau atteintenviron 180km/h. Mais commentl'Homme s'en est il inspir afin de creun avion dit supersonique ? Maiscommenons par le commencement,qu'est qu'un avion supersonique ? Unavion supersonique est un avion quipar dfinition russit dpasser lavitesse du son qui est de 340m/s. Lesavions supersoniques vont la vitesseMach 1 c'est dire 1224km/h dans unair 15C et au niveau de la mer.C'est l la dfinition d'un avionsupersonique. Quant l'avion "habit"le plus rapide du monde c'est le X-15, ilatteint la vitesse Mach 6.7.

Tout d'abord, on remarque uneressemblance au niveau de la crationdes ailes de ces avions supersoniques.En effet ils sont inspirs de celle dufaucon avec une forme de "faux" avecune pointe sur l'angle de l'aile. On peutremarquer aussi des becs assezressemblants. En effet sur un avionsupersonique, c'est ce bec qui vapermettre de traverser le mur du son, lepercer plus facilement. On a doncencore une inspiration de la Nature afinde crer de nouveaux types d'avions. Ilfaut savoir que actuellement un avionsans pilote a russi dpasser lavitesse de Mach 9.6. On parle alorsd'avion non plus supersonique maisd'avion hypersonique ( > Mach 5 ).

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Le faucon plerin, la principale inspiration des avions supersonique pleine vitesse( ~180km/h )

Avion le plus rapide du monde cettefois ci, sans pilote, le X-43.

L'avion le plus rapide du monde avecpilote, le X-15.

HIGH-TECH

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HIGH-TECH

Le furtif, un avion compltementindtectable,pourquoi et comment ?

On va alors utiliser une forme en didrepour l'avion afin de concentrer,

Nous allons tout d'abord nous intresser pourquoi un avion furtif est ilindtectable ? Il faut savoir qu'un avion"basique" met de l'nergie sous formelectromagntique, thermique etacoustique et reoit ces mmesnergies. C'est par l'intermdiaire de cesnergies qu'il va pouvoir tre dtect parles radars. Un avion furtif pour but derduire toutes ces missions vers unedirection ou bien dans toute lesdirections possibles afin d'tre beaucoupmoins dtectable qu'un avion classique.Mais comment fait on pour diminuer cesmissions d'nergies ? Dans laconstruction de l'avion on va tout d'abordfavoriser des formes prcises.

l'nergie ou encore une forme arrondieafin de diffuser l'nergie et pour finir uneforme plane pour mettre l'nergie versune direction privilgie. On va ensuiteutiliser des matriaux absorbants etisolants afin de limiter la chaleur mise.Pour limiter la chaleur mise on va aussidiliuer et mlanger le gaz d'chappementavec de l'air froid. Pour finir on va aussise servir de "brouilleurs" en parsemantl'avion d'objet mtalliques afin de crerdes chos supplmentaires et par lamme occasion faire perdre la piste de lacible au radar. Mais en quoi toutes cesinventions tirent-elles une inspiration dela Nature ?

Les avions furtifs, inspirs de la Nature ?

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Le furtif est un avion qui chercher trecompltement indtectable.

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Le Glossaire

GLOSSAIRE

Nous utilisons beaucoup de termes techniques dans notre magazine, voici leursdfinitions sur cette page.

Arodyne : Terme gnriquedsignant les aronefs Aronef : Moyen de transport capablede voler dans les airs. Bord d'attaque : Partie de l'aile d'oarrive l'air. Bord de fuite : Partie la plus reculede l'aile/ Extrados : Partie suprieure de l'aile. Intrados : Partie infrieure de l'aile. Portance : Force qui permet dedcoller.

Incidence : Angle reliant le bordd'attaque au bord de fuite avec le ventrelatif. Poids : Effet de gravit exerc surl'appareil. Raction du sol : Force vers le hautqui est oppose au poids. Traction : C'est la force s'opposant latrane. Trane : Force de aux frottements del'avion dans l'air. Elle va vers l'arrire.

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