règle des aires

La règle des aires est un principe aérodynamique qui permet aux concepteurs de prédire et de minimiser la traînée d'onde en contrôlant la variation de la surface transversale totale d'un aéronef le long de sa longueur. La traînée d'onde transsonique, la résistance qui s'accumule lorsqu'un aéronef approche la vitesse du son, dépend presque entièrement de la distribution longitudinale des aires, et non de la forme réelle du fuselage ou des ailes. Si vous arrangez la section transversale totale de votre aéronef pour qu'elle corresponde à une forme optimale théorique appelée corps de Sears-Haack, vous obtenez la même faible traînée d'onde, que vous construisiez un fuselage large avec des ailes minces ou un fuselage élancé avec des ailes épaisses.

Le corps de Sears-Haack est une forme lisse, dérivée mathématiquement, qui minimise la traînée d'onde pour un volume et une longueur donnés. Conçu pour les vitesses transsoniques, il présente un nez qui s'effile en douceur jusqu'à une section transversale maximale à environ 60 pour cent de la longueur, puis s'effile à nouveau vers la queue. Lorsque la surface transversale cumulative d'un aéronef à chaque station le long du fuselage correspond à ce profil, l'aéronef atteint ce minimum de traînée théorique même si sa géométrie réelle semble complètement différente.

Application et le fuselage en forme de bouteille de Coca-Cola

En pratique, la règle des aires a conduit à la conception distinctive du fuselage en «bouteille de Coca-Cola» ou en «taille de guêpe», où le fuselage est pincé vers l'intérieur au niveau de l'emplanture des ailes. Cette indentation compense la structure épaisse de l'aile en réduisant la surface du fuselage dans cette région, maintenant ainsi une distribution lisse de la surface transversale totale. Les concepteurs utilisent des tracés de surface le long de l'axe central pour vérifier si la somme de la surface du fuselage plus la surface de l'aile plus la surface de l'empennage correspond à la courbe cible. Si l'aile ajoute une surface significative à l'altitude de croisière, le fuselage doit se rétrécir localement pour éviter un renflement qui créerait une traînée d'onde.

La règle des aires s'applique de manière la plus critique dans le régime transsonique, soit environ Mach 0,8 à 1,2, où la traînée d'onde domine. En dessous de cette vitesse, la traînée de pression conventionnelle est plus importante et les nuances de forme redeviennent importantes. Au-dessus de Mach 1,2 en vol entièrement supersonique, la règle reste valide mais est en concurrence avec d'autres phénomènes supersoniques. Pour les aéronefs uniquement subsoniques, la règle des aires est moins critique mais influence toujours la conception; pour les chasseurs et les avions de ligne volant à des vitesses subsoniques élevées, elle détermine le profil du fuselage.

En maintenance et inspection, la règle des aires elle-même n'est pas une vérification structurelle mais plutôt un contexte pour comprendre pourquoi certains aéronefs ont leur forme particulière. Un technicien ne calcule peut-être pas les distributions de surface lors d'une inspection de routine, mais reconnaître que le fuselage pincé d'un jet haute performance, par exemple, est une caractéristique aérodynamique délibérée, et non un défaut, aide à expliquer les zones de concentration de contraintes et les priorités d'inspection. Les fissures ou la déformation dans la région de la taille affectent la distribution de surface prévue et peuvent dégrader l'efficacité que la conception visait à atteindre.