En quoi les scientifiques ce sont-ils inspirés des écureuils volants pour fabriquer les combinaisons de wingsuit?
Un peu de physique
Quand on souffle en dessous d’une feuille ou entre deux feuilles, on pousse les molécules d’air créant un vide. Pour combler ce trou, les molécules d’air de l’autre coté des feuilles cherchent à y aller, poussant ainsi les feuilles en les forçant à se rapprocher ou à monter.
Au contraire, lorsqu’on souffle en dessous de la feuille, on créé une surpression forçant la feuille à monter.
repartition des forces exercée sur un profil d'aile
Intrados
Extrados
Les ailes du wingsuit sont comme celles des écureuils volants, elles possèdent un extrados, un intrados, un bord de fuite et un bord d’attaque. La forme du profil de l’aile et la vitesse influent beaucoup sur la portance. Pour avoir un effet de portance, il faut que les molécules d’air créent une dépression à l’extrados (au dessus de l’aile) et une surpression à l’intrados (en dessous). Pour cela, il faut influencer les flux d’air à aller où l’on souhaite par le profil de l’aile.
De plus, plus on est rapide, plus on est porté. A cause de la vitesse, les molécules ne peuvent suivre le profil de l’aile. Elles se séparent de celui-ci en créant un vide à l’extrados.
Distribution de la pression sur un profil asymétrique à incidence de portance zéro
Tout l'extrados est le siège d'une dépression locale généralisée, la couche limite, devient peu à peu turbulente, voir tourbillonnaire lorsqu'on approche du bord de fuite.
À l’intrados, le profil constitue un obstacle à l'écoulement, l'air va être freiné: on voit donc apparaître une surpression localisée sur l'intrados.
La portance s’exerce en angle droit par rapport à la vitesse, elle n’est donc jamais verticale, à une exception près : le vol horizontal.
La combinaison aide aussi à la portance car elle est composée de poches ou l’air s’engouffre, favorisant la surpression à l’intrados.
Il existe des formules de portance :
P=mg avec P la portance en Newton
m la masse en Kg
g l’accélération en m/s2
P/V2=k avec P en Newton
V la vitesse en m/s
k constante
Donc, si on double la vitesse, on multiplie la portance par 4 (22).
De même, si on triple la vitesse, on multiplie la portance par 9 (32).
La portance varie aussi en fonction de l’incidence. Plus l’incidence est grande, plus la portance est grande, jusqu'à un certain niveau. En effet, lorsque les ailes se cabrent trop, il n’y a plus de portance. C’est le décrochage, il se produit toujours à la même inclinaison.
Calcul de la portance :
P=Cz.ρ.S.V2 avec P en newton
Cz le coefficient de
portance
ρ la masse volumique
de l’air en kg.m-3
S la surface en m2
V la vitesse en m.s-1
Nous voyons que la portance dépend bien de la surface et de la vitesse. Ainsi nous pouvons voir pourquoi le polatouche vole sur de moins grandes distances que l’homme et avec de moins grandes vitesses.
Or, avec la portance vient la trainée.
Nous avons vu que la portance augmentait avec l’incidence, mais la traînée suit la même logique.
Formule de trainée :
Rx=½ρ.V2.S.Cx avec Rx la trainée
Cx coefficient
de trainée
ρ masse volumique
de l’air en kg.m-3
S surface en m2
V vitesse en m.s-1
Ainsi, elle dépend aussi de la surface et de la vitesse.
On appelle finesse, le rapport entre la portance et la trainée ou alors par la distance horizontale parcourue sur la hauteur perdue. Aujourd’hui, un wingsuit peut atteindre une finesse de 4 soit 4 km horizontal pour 1 km vertical perdu.
Il existe un point de finesse maximale, une incidence précise qui équilibre la portance et la trainée nous permettant de planer sur la plus longue distance possible. C’est cet angle d’incidence qu’il faut parvenir à trouver lors d’un vol.
La finesse suit une courbe appelée la polaire qui rassemble les deux courbes de la portance et de la trainée.
Courbes:
1- Portance nulle
2- Traînée minimale
3- Le point de finesse maximum
4- Portance maximale
5- décrochage
Portance:
Trainée:
La portance et la trainée forment une seule courbe : la polaire.
Ainsi nous avons vu comment la vitesse et la surface influent sur la portance du wingsuit et combien c’est important de bien choisir le profil de l’aile. De plus pendant le vol il faut bien calculer l’incidence que nous devons prendre pour effectuer la trajectoire choisie au risque de se trouver au mauvais endroit et de chuter. Cela explique pourquoi on s’est inspiré d’un animal plutôt que de fabriquer une combinaison de toutes pièces.
Mais avoir une combinaison ne suffit pas, il faut aussi organiser son vol et ses positions (pour faire des figures par exemple) ainsi que son décollage et son atterrissage.
L’organisation du vol :
A pas le mot exact, en effet comme les polatouches, un wingsuit ne permet pas de voler mais de planer. Il faut donc avoir un point de départ situé en hauteur. Ceux qu’on appelle les BASE jumpers sautent le plus souvent d’une montagne pentue, mais ils peuvent aussi sauter à partir de monuments. D’autres sautent à partir d’avions ou d’hélicoptères, mais cela rend plus difficile les procédures d’urgences, seul les parachutistes confirmés ayant effectués 150 sauts peuvent le faire.
Comme nous l’avons vu, le wingsuit est composé de poches d’air. Pour que le wingsuit commence à planer, il faut que ces poches se remplissent. Les premières secondes du saut sont donc la chute libre, jusqu'à ce que la combinaison prenne l’air et freine la chute.
Un wingsuit peut aller jusqu'à 200 km à l’heure. Le parachutiste saute avec les bras et les jambes déjà étendues et il doit rester dans cette position durant tout le vol pour pouvoir bien planer. Un vol en wingsuit dure environ deux minutes. Certaines combinaisons comporte une poignée de secours. Si la combinaison ne freine pas assez la chute, le parachutiste tire sur la poignée qui déploie une deuxième couche de tissu pour augmenter la portance.