Dièdre de l'aile dans un biplan
Un biplan pourrait-il voler si les ailes supérieure et inférieure étaient dans le dièdre opposé? Imaginez une configuration d'aile similaire à la conception fictive "X-wing" de StarWars. Quels seraient les avantages et les inconvénients théoriques d'une telle approche? Ignorez les moteurs, le fuselage, la queue, etc.
Que se passe-t-il si vous le prenez à son extrême logique et que toutes les ailes sont à un angle de 45 degrés?
Réponses
Le principal problème avec les biplans est la séparation entre les plans, par rapport à la corde de l'aile. Ils doivent être bien séparés pour éviter les interférences et donc l'inefficacité. Une partie inférieure et une partie supérieure du dièdre augmentent la séparation vers les pointes, ce qui les rend plus efficaces. Une autre façon de voir les choses est que les sections centrales sont regroupées, ce qui les rend inefficaces. Mais les pointes souffrent déjà de plus grandes inefficacités en raison du déversement d'air autour des extrémités, les sections centrales fournissant l'ascenseur principal. Donc, ce que vous faites réellement, c'est rendre toute l'aile inefficace. C'est pourquoi de nombreux biplans soulèvent la partie centrale supérieure bien au-dessus du fuselage sur des entretoises de cabane.
En ce qui concerne le dièdre, les deux angles s'équilibrent. Si vous voulez un plan stable, vous devrez augmenter le dièdre sur l'anédrique.
À des angles extrêmes, disons 45 degrés, l'aile offre une surface latérale importante. Cette configuration est en fait courante sur les missiles air-air à grande vitesse, en conjonction avec une queue cruciforme, car les gouvernes peuvent désormais générer des forces latérales et cela peut grandement améliorer la maniabilité.
Il y a une ligne d'avions qui l'ont déjà fait, au moins un peu.
Les conceptions Quickie d'aile tandem Rutan sont exactement cette configuration, sauf que les ailes sont radicalement décalées parce que l'avant est la surface de contrôle de réglage / inclinaison, et les angles dièdre / anédrique sont moins profonds. Mais vu tout droit, il est là.
L'édrique de l'aile avant est principalement là parce que c'est là que vont les roues. Les versions du Q2 à 2 places qui ont un engrenage de tricycle classique, ont une aile inférieure presque droite car la majeure partie de l'anédrique est "gênante" (les pointes près du sol deviennent maintenant un problème sans roues).
Le problème avec la configuration est autre que de pouvoir mettre l'engrenage au bout des ailes dans l'application de Rutan, cela ne sert à rien. Ces ailes anédriques annulent les ailes dièdres, forment une perspective de stabilité au roulis, ce qui rend le résultat plus ou moins identique à celui de rendre toutes les ailes droites. Si vous voulez mettre les roues là-bas, vous devez faire en sorte que les longerons fassent double emploi en tant que ressorts à lames très longs (les charges de flexion de l'atterrissage sont beaucoup plus difficiles sur les longerons que les charges de vol), et il y a des problèmes de manutention au sol avec les roues, donc loin l'un de l'autre.
Autant éviter les tracas liés à la fabrication de longerons courbés et les rendre droits en premier lieu, ou du moins avec des angles dièdres plus normaux. C'est plus ou moins juste quelque chose qui avait l'air cool du point de vue de la science-fiction.
Il n'y a aucun besoin particulier , d'un point de vue physique, d'avoir un dièdre dans un avion. C'est là pour la stabilité. Si vous roulez d'un côté, vous commencez naturellement à glisser de ce côté. Dans un avion qui a un dièdre positif, ce glissement signifie que l'aile inférieure aura une plus grande portance que l'aile supérieure. Cela crée un moment de roulement vers le niveau.
Une aile anédrique (dièdre négatif) aurait l'effet inverse, augmentant le taux de roulis loin du niveau. Notez que ce n'est pas forcément une mauvaise chose: il est possible que des avions (comme l' An-225 ) soient trop stables, et donc trop difficiles à rouler quand vous le souhaitez réellement. Avoir des ailes anédriques résout ce problème.
Mais il y a un autre effet. Les deux dièdres et anhédriques réduisent légèrement la portance. Étant donné que les vecteurs de portance de chaque aile ne sont pas parallèles, une petite partie de la portance que les ailes auraient pu générer est perdue. Cela se traduit par des vitesses de décrochage légèrement plus élevées et un peu plus de traînée.
En bref, tout «bien» que les deux ensembles d'ailes opposés pourraient faire s'annulerait *, tandis que le «mauvais» s'additionnerait. Vous pourriez faire voler un tel avion, ce serait juste moins efficace qu'il ne l'aurait été autrement.
* Bien sûr, s'ils ne sont pas à angles égaux, ou si l'un est plus grand que l'autre, ou s'ils ont des formes de profil aérodynamique différentes, etc., ils ne s'annuleront pas parfaitement et vous obtiendrez toujours un effet basé sur lequel l'un est "plus fort".
Dans les années 1980 (lorsque Star Wars était encore assez récent), il y avait quelques modèles de modèles de radiocommande différents qui avaient la disposition "X-wing" - un biplan sans jambe de force avec un dièdre supérieur et un anédrique inférieur à peu près égaux. L'un était un canard, l'autre était sans queue (pour ressembler encore plus à un X-wing du film).
Ils ont volé bien, avec la stabilité très neutre "va où vous le pointez" d'un avion de voltige (pré-3D, pré-retournement). Ils ne pouvaient pas voler sur le tranchant du couteau, car ils avaient peu d'autorité sur le gouvernail et ne pouvaient pas garder le nez à 90 degrés (et étaient bâclés dans les rouleaux de point pour la même raison), mais en vol non acrobatique, ils se comportaient à peu près comme ainsi qu'un modèle conventionnel à mi-aile, à zéro dièdre du jour.