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Lavoilure est la surface assurant laportance d'unaérodyne pardéflexion d'une masse d'air, due à son mouvement[1]. Dans le cas d'un appareil « à voilure fixe » (avion ouplaneur) il s'agit de l'aile, par opposition à un appareil à « voilure tournante » (hélicoptère,autogire), où il s'agit d'unrotor.
La surface de voilure nécessaire au vol dépend de la masse et de la vitesse et donc de la puissance des moteurs disponibles. C'est du moins le crédo de l'aviation motorisée avant lesprogrès pratiques réalisés par le vol sans moteur[2]. Au début de l'aviation les moteurs disponibles étaient lourds et peu puissants, la vitesse faible ; il fallait donc une grande surface portante, ce qui a conduit à réaliser desaérodynes à plusieurs voilures superposées reliées entre elles par des mâts et des haubans, car la technique de l'époque ne permettait pas de construire des ailes à grand allongement. Les appareils multiplans étaient donc une configuration fréquente aux débuts de l'aviation. Dans la première moitié duXXe siècle, on a donc construit des avionsbiplans (à deux voilures superposées) voiretriplans (à trois voilures superposées). Ceci permettait d'obtenir uneportance supplémentaire sans trop augmenter l'envergure et la masse de l'aile.
Pendant laPremière Guerre mondiale, l'avion a été perfectionné comme arme, mais l'adaptation aux besoins militaires l'a rendu inadapté aux fins de la paix : il était dangereux pour le sport et peu économique pour le commerce. Letraité de Versailles interdisant toute forme de vol motorisé en Allemagne, de nombreux jeunes pilotes et concepteurs d'avions se sont tournés vers levol à voile en tant que sport. Avant la guerre, le vol sans moteur en Allemagne, comme en Amérique, était pratiquement à l'arrêt, relégué dans les musées. SousOskar Ursinus (en) etTheodore von Kármán, des amateurs et des groupes d'études universitaires sérieux ont commencé à construire desplaneurs, et mené différentes campagnes pour le développement d'avions civils basés sur une conception aérodynamique saine plutôt que sur la force brute d'une puissance moteur excessive[2]. Les Allemands apprennent duvol à voile sur l'aérodynamique, le design structurel et lamétéorologie ; rompant avec la configuration d'aile bi- ou triplan de la Première Guerre mondiale, ils ont été les premiers à comprendre que seule une longue portée d'aile améliore l'efficacité des planeurs[3]. En 1928, avec des machines sûres, l'Allemagne avait modernisé le vol à voile. LeD-17 Darmstadt (en) est le premier planeur à véritablement ressembler à un planeur moderne.
Avec l'augmentation de la puissance des moteurs, l'apparition de nouvelles méthodes constructives et de nouveaux matériaux, l'amélioration des moyens de calcul et de dimensionnement et le développement de la science de larésistance des matériaux, la construction d'avions à ailes métalliques plus épaisses mais sans haubans a permis de réduire la traînée et de gagner en vitesse. Depuis laSeconde Guerre mondiale, la quasi-totalité des avions sontmonoplans : leur voilure est constituée de deux ailes en porte à faux oucantilever placées de chaque côté dufuselage.
On distingue les ailes en fonction de leur implantation sur le fuselage :
Les ailes hautes permettent de surélever les moteurs et les hélices pour pallier l'ingestion de corps étrangers (ou d'eau dans le cas des hydravions, comme sur leBeriev Be-200) ou faciliter l'emport de charges volumineuses en soute (ex. :C-160 Transall). Sur les avions de tourisme légers, elles assurent une meilleure visibilité vers le bas, sauf en virage (exemple :Cessna 152).
En longitudinal : le bord avant est appelébord d'attaque et le bord arrièrebord de fuite.
En transversal : la jonction de l'aile au fuselage s'appelle l'emplanture. La jonction du bord d'attaque au fuselage peut être prolongée vers l'avant par unapex (LERX en anglais).
L'extrémité de l'aile (ousaumon) peut être simplement coupée net, ou bien se terminer par une forme spéciale courbée vers le haut ou vers le bas. Il existe aussi des ailettes marginales ouailettes de bout d'aile, simples (vers le haut) ou doubles (vers le haut et vers le bas). C'est sur l'extrémité de l'aile que sont placés les feux de navigation : rouge à gauche et vert à droite.
Chaque demi-voilure est constituée d'un (ou de plusieurs)longerons attachés aufuselage au niveau de l'emplanture. Lesnervures supportent les revêtements supérieur (extrados) et inférieur (intrados) et transmettent les charges aérodynamiques aux longerons. En général, la construction des ailes est basée sur l'une des trois conceptions fondamentales: longeron unique, multi longeron et caisson: la combinaison des longerons d'aile avant et arrière et les revêtements d'aile supérieur et inférieur forment ce qu'on appelle lecaisson de voilure. Les longerons peuvent être constitués de métal, de bois ou en matériaux composites selon les critères de conception d'un avion spécifique.
La voilure peut également être le support de différents systèmes de navigation comme les feux de position (aux extrémités), les phares d'atterrissage, ou de pilotage (détecteur de décrochage). Y sont également fixés d'autres dispositifs, par exemple de fines tiges parfois terminées par des brosses en fibres de carbone (déperditeur de potentiel) permettant d'éliminer la charge électrostatique formée par la friction de l'air.
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L'aile présente des surfaces mobiles permettant de faire varier la portance et la traînée :
et desgouvernes permettant le contrôle de l'avion :
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L'aile peut aussi servir de point d'attache pour lesmoteurs, pour letrain d'atterrissage et pour l'emport de charges sur lesavions militaires. Elle contient généralement des caissons servant de réservoirs de carburant.
La géométrie d'une aile se définit en fonction de plusieurs éléments (voir sousaérodynamique les définitions des termes se rapportant à une aile d'avion) :
La stabilité en tangage est obtenue généralement par un positionnement spécifique du centre de gravité et par le différentiel de portance de deux surfaces portantes éloignées l'une de l'autre.
Ces deux surfaces présentent descalages différents : c'est leV longitudinal. Les surfaces peuvent être disposées de plusieurs façons :
Les solutions (aile volante avec ou sans flèche,aile delta) sont diverses :
Faute d'empennage reculé, la stabilité longitudinale, obtenue par des artifices diminuant la portance, est faible et ne permet pas le montage de volets qui amèneraient des moments piqueurs trop élevés. Le coefficient de portance maximale reste limité, ce qui oblige à augmenter la surface de l'aile.
Dans ce cas l'avion peut être centré plus arrière et instable aérodynamiquement. La stabilisation en tangage est assurée par un calculateur et des actionneurs qui contrôlent les gouvernes en permanence (fly by wire). L'empennage étant moins déporteur, la traînée due à la stabilisation est plus faible.
