L'idée des planeurs nous est venue alors que nous regardions un avion en papier. Contrairement à un caillou qui tombe perpendiculairement au sol, l'avion en papier, lui, une fois lancé, forme une courbe et plane sur quelques mètres. C'est le même phénomène qui se produit sur un planeur.

 

  Dans cette partie, nous allons nous intéresser plus particulièrement aux forces qui s’appliquent sur le planeur. En effet, durant un vol, il existe 4 forces qui permettent au planeur de rester en l’air et d’effectuer un vol sur une grande distance. Mais n’oublions pas que l’aéronef est toujours incliné vers le bas (jamais à l’horizontale) et est par conséquent en constante chute libre !

 

Les forces qui s’appliquent sont donc :

-Le poids du planeur qui l’attire verticalement vers le bas.

-La trainée qui est la résistance de l’air sur les surfaces du planeur.

-La traction qui tire le planeur vers l’avant à cause de son inclinaison.

-Et enfin la portance qui « soulève » le planeur vers le haut.

L’addition de la trainée et de la portance est appelé résultante aérodynamique.

Cette résultante est parfaitement opposée au poids. Le planeur est donc en

équilibre (trajectoire constante, vitesse constante). On dit qu’il plane.

 

Comment cela se fait-il ?

La portance élève le planeur et compense une partie du poids du planeur, lui évitant de chuter à la verticale et lui permettant ainsi de planer. Lorsque le planeur vole, de l’air passe au-dessus et en dessous des ailes.

Les lignes du flux d’air passant au-dessus (extrados) et en dessous (intrados) des ailes se rejoignent de part et d’autre de l’aile. La distance sur l’extrados de l’aile et plus importante que la distance sur l’intrados. Pourtant les flux d’air se rejoignent en même temps. Pour que cela soit possible, il faut donc que les flux d'air sur l'extrados soient plus rapides que ceux passant sur l'intrados. Ceci crée une différence de pression. Ce phénomène est énoncé dans le théorème de Bernoulli et est appelé effet Venturi.

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     Le théorème de Bernoulli qui a été établi en 1738 par Daniel Bernoulli est la formulation mathématique du principe de Bernoulli qui énonce « que dans le flux d'un fluide, une accélération se produit simultanément avec la diminution de la pression. Dans un flux de fluide sans densité et donc dans lequel une différence de pression est la seule force d'accélération, la vitesse est équivalente à celle donnée par les lois du mouvement de Newton. " Pour faire plus simple, à une altitude égale, la pression du milieu diminue lorsque la vitesse d'écoulement dans ce même fluide augmente. Voici un exemple qui explique bien ce phénomène :

     

      Comment faire pour que deux feuilles de papier, l'une tenue dans la main gauche et l'autre dans la main droite soit attirée l'une vers l'autre (sans bouger les mains et sans ustensile) ?

Il suffit de les tenir l'une pas trop loin de l'autre et de souffler entre les deux feuilles par-dessus. Au lieu de s'écarter comme on pourrait l’imaginer, les deux feuilles se rapprochent. Comment est-ce possible ? C’est parce que l'air à l'intérieur se met en mouvement, sa vitesse est alors supérieure à la vitesse de l'air à l'extérieur des deux feuilles. La pression de l'air est alors plus faible à l'intérieur qu'à l'extérieur c'est pour cela que les feuilles sont poussées l'une vers l'autre par la pression extérieure. Il y a une dépression entre les deux feuilles.
Ce théorème peut se calculer de la façon suivante :

 

Calcul du théorème de Bernoulli :

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    est la masse volumique en Kg/m3.

V est la vitesse du fluide en m/s.

g est la gravité terrestre 9.81 m/s².

Z est l’altitude en mètres.

P est la pression en un point en Pascals.

On retrouve dans ce calcul trois parties qui sont en fait les expressions mathématiques de la pression cinétique (V² / 2), de la pression de pesanteur (g.z) et de l’Energie de pression ( P /   ). La constante obtenue à la fin montre qu’il y a conservation de l’énergie malgré le changement de pression. A la base, chaque partie du calcul ont pour formule :

ec (énergie cinétique)=  1/2 .   .V²

ep (énergie de pesanteur) = p

ez (énergie de pression) =  .g.z

La loi de conservation s'écrit donc :

ec + ez + ep = constante
ce qui amène à l'équation ci-dessus en divisant par ρ.

 

Pour améliorer cet effet et donc la portance, les ailes sont biconcaves, c’est-à-dire bombées au-dessus et relativement planes en dessous. C’est un profil Joukowski. Il présente néanmoins des inconvénients en termes de fabrication et de résistance mais améliore largement la portance. Ceci nous explique pourquoi les planeurs et les avions en général décollent toujours face au vent, de façon à augmenter la vitesse de l'air par rapport aux ailes, et non en profitant du vent pour augmenter leur vitesse par rapport au sol.