Aujourd'hui, je compte expliquer, pour ceux qui ne le savent pas, quelques concepts de base et relativement simples sur l'aérodynamique.

Voici le plan du post:

-La portance
-Les bases d'une aile
-Le vol de croisière
-La traînée
-Le décrochage
-Le rôle des flaps / slats
-La vitesse de grimpée
-Le piqué
-Le verrouillage dû à la vitesse
-L'inversion des ailerons
-La compressibilité
-La divergence
-Le flottement
 
Mais d'abord, un rapide glossaire:
Bord d'attaque: LE (Leading Edge en anglais)
Bord de fuite: TE (Trailing edge en anlais)
symétrique: sym.
Angle d'attaque: AoA (Angle of attack en anglais)

La portance.
La portance est la composante verticale des forces qui permettent à l'avion de décoller et voler. Une aile perturbe le flux d'air, et crée un différentiel de pression ainsi qu'une déviation de l'écoulement. Ceci va créer une force qui va soulever l'avion. Cette force n'est pas nécessairement verticale, comme illustré ci-dessous: (Lift = portance, Drag = traînée)

La portance est générée par un flux. Un avion sans écoulement autour de lui ne peut pas voler.
 
La portance est majoritairement composée de deux facteur. Le premier est la différence de pression. C'est un scientifique Suisse (comme moi 8^D), nommé Bernoulli, qui démontra qu'un fluide répond à une relation qui combine vitesse, pression et altitude. Sachant qu'on peut considérer une aile comme à la même altitude, on a donc un lien entre pression et vitesse de l'écoulement. Si l'aile est bien conçue, l'écoulement sur le haut (l'extrados) est plus rapide que celui sur le bas (L'intrados). Donc la pression est plus faible en haut qu'en bas. Que ce passe-t-il quand la pression dans la cocotte est plus grande qu'au dessus du couvercle ? Le couvercle fait des bonds. Donc on "pousse" l'aile vers le haut.
 
Le deuxième facteur important est la déviation du flux d'air. Pas besoin de vous faire un dessin, si vous déviez quelque chose avec votre main, admettons à gauche, votre papatte sera déviée à droite. Si vous déviez l'air vers le bas, l'aile sera poussée vers le haut.
 
Votre aile crée de la portance, mais aussi de la traînée.

Les bases d'une aile.
En reprenant ce que j'ai dit avant, il y a deux points importants pour la création de portance à partir d'une aile.
1: la forme
2: l'angle d'attaque (AoA)

1: La forme peut être symétrique ou cambrée. Avec un AoA nul (0°), une aile sym. ne créera pas de portance, contrairement à l'aile cambrée. Cependant, une aile sym. générera moins de traînée avec un AoA équivalent. On peut résumer la chose avec l''image suivante:

En français:
Épais et/ou cambré = beaucoup de portance, préfère les basses vitesses, fin et/ou sym. = peu de portance, fonctionne bien à haute vitesse.
Il n'y a pas d'aile "parfaite", tout dépend de ce qu'on en fait.

2: L'angle d'attaque est l'angle entre la corde de l'aile et la direction de l'écoulement. La corde est la droite qui relie le LE au TE. Comme montré ci-dessous:

La corde n'est pas nécessairement dans l'aile. Si la cambrure est suffisante, elle peut se retrouver en partie dehors du profil.

Plus l'angle d'attaque est élevé, plus la portance est importante. Enfin, ceci est vrai jusqu'à une certaine limite.
Cependant, plus l'AoA est élevé, plus l'aile crée de traînée. Ceci ralentit l'avion. S'il ralentit trop, l'écoulement n'est plus suffisant pour créer de la portance, et finalement l'avion décroche (et éventuellement se crash)
 
Une chose remarquable mais peu connue est que pour une vitesse d'écoulement donnée, un AoA donné correspond à une valeur donnée de la portance.
Le vol de croisière.
Le vol de croisière est que toutes les forces de l'avion s'équilibrent. Il ne monte plus, il n'accélère plus. La traînée et la traction s'annulent, la portance et la gravité également.

La vitesse maximale d'un avion a une altitude donnée est quand l'avion est justement dans cet état, mais avec le moteur à fond et non pas en régime de croisière. La puissance du moteur et l'aérodynamique de l'avion influencent la vitesse max atteignable.
 
La traînée.
La traînée est la partie non souhaitée lors d'un vol. Mais très pratique pour ralentir. Il y a deux types de traînée: La trainée induite, qui découle directement du fait qu'on produit de la portance par différence de pression, et la traînée de forme, qui dépend de la forme de l'objet volant. Les deux dépendent de la vitesse, mais de manière totalement opposée.

La traînée induite diminue avec la vitesse. La traînée de forme (parasite) augmente. L'addition des deux donne un point minimal, gardez-le en tête.
 
Le décrochage.
Le décrochage résulte en l'absence de portance, quelle qu'en soit la raison.
Il y a deux types de décrochage: le décrochage par LE (ailes minces) ou par TE (ailes épaisses). Le premier est "instantané, quand ça commence, tout décroche d'un coup. Le deuxième est progressif, s'approchant du LE petit à petit.

Les biplans, légers et avec des ailes relativement épaisses, décrochent moins vite et récupèrent plus vite qu'un avion plus rapide pour cette raison entre autres.
 
Les Slats / flaps.
Les Slats (sur le LE)  et les Flaps ( sur le TE) sont des pièces (en général) mobiles. elles peuvent se déployer / se rétracter à volonté, et font varier la corde effective de l'aile.
Il est possible de voler plus lentement, sans décrocher. Ces systèmes retardent le point où l'AoA est trop important pour le flux d'air, menant au décrochage. Mais ceci à un coût: une augmentation (massive) de la traînée. Mais pour décoller ou atterrir, on recherche généralement plus la portance que la vitesse, ce qui les rend très bien dans ce cas.

L'avantage, c'est qu'en les gardant "rentrés", on conserve une aile aérodynamiquement "propre", et quand on a besoin de portance, on les sort. Cela permet à un avion de réunir à la fois les avantages d'une aile épaisse et d'une aile fine. Mais le système est généralement lourd et complexe, ce qui nécessairement rend la chose plus rare sur les avions de tourisme basiques.
 
En combat, plus de portance = pouvoir tourner plus serrer. Mais ceci uniquement à base vitesse !
 
La vitesse de grimpée.
Vous vous rappelez du point minimum que j'avais mentionné ? C'est pour maintenant !
Chaque avion a une vitesse préférentielle pour grimper. C'est à la vitesse où la traînée est la plus faible. Aller plus lentement génère trop de traînée induite, aller plus vite trop de traînée de forme, et accessoirement pas assez d'angle pour monter. Pas de solution miracle, il faut chercher, se documenter, trouver cette vitesse.
 
La mécanique du piqué.
C'est relativement technique, donc je vais faire très simple, sans détail. Il y a deux phénomènes qui se concurrencent: l'avion qui a le meilleur ratio puissance/poids va accélérer plus vite dans la première phase. Une fois la vitesse maximale (en vol de croisière) de l'avion atteinte, la traînée devient très importante, et l'avion le plus lourd va alors être plus à même de contrer ceci, grâce à sa masse.
 
Il faut aussi prendre en compte la vitesse maximale supportée par l'avion. Rien ne sert de poursuivre quelqu'un si c'est  pour s'arracher les ailes avant même d'avoir rattrapé l'autre.
 
Le verrouillage dû à la vitesse.
Le piqué nous a amené sur le sujet de la vitesse. Cette dernière peut être très dangereuse. Pour piloter un avion, vous agissez sur les surfaces de contrôle. Ces surfaces dévient le flux d'air.

 
Cependant, pour dévier un écoulement on applique une force dessus (rien ne dévie si on ne fourni pas une force). Mais par Newton et sa troisième loi (actio-reactio), toute force générée par A sur B se voit couplé d'une force équivalente mais opposée, de B sur A. L'air est léger on me dira. C'est vrai que 1,225kg/m^3, c'est peu. Mais à 700kmh, vous avez tellement de m^3 par seconde que ça finit par faire trop.
C'est pour ça qu'à haute vitesse, un avion semble répondre en général plus lentement aux commandes. C'est entre autre le pilot qui n'arrive pas à pousser le manche assez fort pour dévier les ailerons à leur position maximale.
 
L'inversion des ailerons.
C'est une conséquence directe du chapitre précédant. Admettons que vous arriviez justement a placer vos ailerons en position extrême, malgré l'énorme force requise. Du coup, une force importante se trouve appliquée sur l'aileron. Ce dernier n'est pas au centre de l'aile, et crée un levier qui tord littéralement l'aile. Et si elle se tord suffisamment, on inverse la commande. L'avion par du mauvais côté!

Ceci annule voir inverse la commande d'un pilote. Les Spitfires avant la grande refonte des modèles MK21+, ainsi que les Mig-17 (premiers modèles) et prédécesseurs ont en souffert. Ceci est toujours d'actualité sur les avions de ligne, et une part raisonnable de l’électronique de bord se charge d'empêcher le pilote de trop en faire et d'arriver dans cette situation.
 
Les régimes de vitesse.
-Subsonique: vous êtes lents (moins que Mach 0.3). Rien n'est supersonique dans l'écoulement, tout va bien.
 
-Transsonique: Souvenez vous: l'écoulement sur l'extrados (haut) est plus rapide que l'intrados (bas). Au dessus de Mach 0.3, il existe une chance que l'écoulement supérieur soit localement supersonique, créant une onde de choc locale. Cette onde de choque perturbe énormément le flux, et ceci peut résulter un décrochage post onde de choc. Vous êtes rapide, mais vous avez localement décroché !
 
-Supersonique: l'écoulement avant le profil d'aile est supérieur à Mach 1. Rien de la théorie expliquée plus haut (l'ensemble des chapitres) ne s'applique. Le supersonique est un autre monde. L'onde de choc crée une importante augmentation de la pression, qui génère des contraintes importantes sur la structure de l'avion, et modifie l'écoulement. Cette surpression, réduisant quasi-instantanément l'avion en miette, est la source de notre bien connu "mur du son".
 
La compressibilité.
La compressibilité est une propriété bien connue des gaz, mais également des liquides. Sans compression, l'onde de choc annoncée préalablement n'aurait pas lieu. Mais la loi de Bernoulli non plus. Quand l'aile se déplace dans l'air, elle occupe un espace ou l'écoulement ne peut pas aller. Donc l'écoulement doit localement se comprimer et accélérer pour que tout le monde puisse "passer". Ce qui mène parfois à l'onde de choc annoncée.

Le flux accélère progressivement à une vitesse supersonique, mais après l'onde de choc, devient quasi-instantanément subsonique. Une énorme perte d'énergie, qui crée parfois une séparation de l'écoulement derrière. Si l'écoulement décroche au niveau des ailerons, vous  n'avez plus d'influence sur ce dernier, et donc vous ne contrôlez plus l'avion.
 
Je précise que beaucoup de gens confondent le verrouillage par vitesse et la compression. Gaijin n'a, pour l'instant, pas modélisé la compression (contrairement à ce que 3/4 du forum croit comprendre), mais à modélisé (de manière pas très impartiale entre les avions) la "pétrification" des commandes avec la vitesse.
 
La divergence.
Alors que le flottement (prochain chapitre) peut vous sauver la vie en vous indiquant que vous vous rapprocher de la vitesse maximale tolérée par votre avion, la divergence est une conséquence mortelle, qui ne s'annonce pas.
Votre aile est une surface tenue par une/des poutres (le(s) longeron(s)). Mais une poutre a une résistance en torsion et en flexion. Des grosses valeurs diminuent la déformation pour une contrainte donnée, mais ne l'empêche pas.
Quand vous êtes très rapide, vous créez beaucoup de portance et de traînée. Ces forces, rarement placées sur la poutre de l'aile, vont donc créer un levier, qui va tordre l'aile. Voici le schéma: vous avez un petit AoA. En allant vite, vous tordez donc un peut l'aile. L'AoA augmente, vous avez plus de portance, donc un plus grand levier. Vous tordez encore plus l'aile. => Réaction en cascade, vos tordez tellement l'aile qu'elle s'arrache.
 
Le principal moyen d'éviter ceci, de nos jours, c'est d'utiliser des ailes en flèche. Passer un certain angle de flèche, la divergence ne peut plus se produire.
 
Le flottement.
Le flottement est un mélange complexe de plusieurs phénomènes, qui excitent l'aile à sa fréquence de résonance. Vous avez déjà vu un drapeau dans le vent ? Il oscille, il vibre. C'est du flottement. Quand l'aile se met à vibrer, c'est l'indicateur qu'il faut immédiatement ralentir. Si vous ne le faites pas, vous allez finir avec un phénomène de divergence et perde vos ailes (à nouveau!)
Le flottement peut apparaitre avant ou après la vitesse de divergence, les deux phénomènes ne sont pas directement liés. Cependant, il est préférable de l'avoir avant, pour signaler au pilot qu'il se rapproche d'une zone dangereuse, alors qu'après, c'est déjà trop tard, et vous n'avez plus d'ailes pour vérifier de toute façon.
 
Pour les plus curieux (crédits àBludo29):
http://aerodynamique.chez.com/

Je viens de me rendre compte qu'on a un cours sur l'aérodynamique