Comment un avion reste-t-il en l'air ?

Tout avion en vol est soumis aux mêmes quatre forces. Le poids l'attire vers le sol. La portance, produite par les ailes se déplaçant dans l'air, agit vers le haut et s'oppose au poids. La poussée des hélices ou des moteurs à réaction propulse l'avion vers l'avant, et la traînée, la résistance de l'air, tire vers l'arrière. Lorsque l'avion vole en croisière à altitude et vitesse constantes, ces forces s'annulent exactement : la portance égale le poids, la poussée égale la traînée. Il n'y a pas de force nette, donc, selon la première loi de Newton, l'avion continue de faire ce qu'il faisait déjà, c'est-à-dire voler en ligne droite et à niveau. Rien d'exotique ne le maintient en l'air ; il est simplement en équilibre.

Cet équilibre n'est pas automatique, et une grande partie du travail du pilote, ou de l'autopilote, consiste à le maintenir. La portance dépend largement de la vitesse de l'air et de l'angle de l'aile par rapport au flux d'air. Si l'avion ralentit, la portance tombe sous le poids et il commence à descendre ; le pilote compense en relevant légèrement le nez, augmentant l'angle d'attaque, ou en ajoutant de la puissance. À mesure que le carburant est consommé lors d'un long vol, l'avion devient plus léger et a donc besoin d'un peu moins de portance, et les avions de ligne montent souvent par paliers vers un air plus ténu où l'aile produit exactement la portance désormais nécessaire à la même vitesse. Les compensateurs (trim) et les réglages du stabilisateur permettent à l'équipage de maintenir l'équilibre sans effort constant sur les commandes.

Comprendre l'équilibre explique aussi ce qui se passe quand il est perturbé. Si les moteurs s'arrêtent, la poussée disparaît, mais pas la portance : l'avion échange de l'altitude contre de la vitesse et plane, couvrant généralement environ 15 km de distance pour chaque kilomètre d'altitude dans le cas d'un avion de ligne moderne, c'est pourquoi les pannes moteur sont souvent survivables. Si le pilote relève trop le nez à basse vitesse, l'écoulement d'air se décolle de l'aile et la portance s'effondre lors d'un décrochage ; la récupération consiste à abaisser le nez et à retrouver de la vitesse pour que l'aile fonctionne de nouveau. Dans un virage, une partie de la portance s'incline sur le côté pour changer de direction, donc l'aile doit produire plus de portance totale qu'en vol en ligne droite et à niveau, et le pilote le ressent comme une augmentation de la charge en g. Dans tous les cas, l'avion ne reste en l'air que tant que les quatre forces peuvent se rééquilibrer.