Tourbillon marginal


Tourbillon marginal
Traces de condensation dues au tourbillon marginal aux extrémités des ailes d'un F-15E après un ravitaillement en vol

Le tourbillon marginal (en anglais wingtip vortex ou au pluriel wingtip vortices) est le tourbillon qui se crée à l'extrémité d'une aile ou d'une pale d'un avion produisant de la portance. Il est aussi appelé Tourbillon de Prandtl.

Le tourbillon marginal s'explique par la portance du corps portant considéré, se traduisant par la différence de pression entre l'intrados et l'extrados, et par la déflexion de l'écoulement vers le bas qui en résulte. La pression à l'intrados étant normalement supérieure à la pression à l'extrados, un écoulement de contournement depuis l'intrados vers l'extrados se crée. Par rapport à l'air situé à l'extérieur de l'aile, non déléchi, cette composante de vitesse vers le bas se traduit par un enroulement tourbillonnaire issu des extrémités de l'aile, d'où son appellation de tourbillon marginal.

Sommaire

En aéronautique

Le tourbillon marginal est un élément important de ce que l'on nomme la turbulence de sillage qui est un phénomène dangereux si un avion entre dans la turbulence laissée par un autre avion qui le précédait. Cela a conduit la FAA à définir des distances minimales entre avions en fonction de leurs poids respectifs au décollage, à l'atterrissage et en vol.

Article détaillé : turbulence de sillage.

Un tourbillon peut également apparaitre sur des parties formant des angles avec le plan des ailes, telles que par exemple les volets quand ils sont abaissés.

Une image du tourbillon marginal est parfois visible avec de la condensation de vapeur d'eau qui se forme dans des conditions de basse pression. C'est surtout le cas des avions de chasse en forte accélération ou avec un angle d'incidence élevé. Ou encore des avions de ligne au décollage ou à l'atterrissage dans un air humide.

Il ne faut pas confondre cette condensation avec les trainées de condensation qui sont provoquées par la vapeur d'eau échappée des moteurs.

Tourbillon marginal sur une aile conventionnelle et une aile avec winglet

Le tourbillon marginal est moins fort sur les avions avec des ailes de grand allongement) tels que les planeurs. Cependant, il reste dangereux surtout à basse vitesse (lors de l'approche, pour les avions de ligne). Il est plus élevé sur les avions avec des ailes d'allongement réduit comme les avions de combat.

Les winglets (ailettes de bout d'aile) tendent à diminuer l'importance du tourbillon marginal en transformant une partie de son énergie pour réduire la traînée et la consommation de carburant. On dit qu'elles augmentent l'allongement aérodynamique.

Article détaillé : winglet.
Oies du Canada en formation en V.

Chez les oiseaux

Les oiseaux migrateurs utilisent l'effet du tourbillon marginal en adoptant une formation en V. A l'exception de celui de tête, tous les oiseaux bénéficient d'une légère portance supplémentaire occasionnée par l'oiseau qui le précède dans la formation.

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Références


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