Pourquoi les ailes sont-elles utiles pour voler ?

Une aile est une surface conçue pour dévier l'air. Son profil, bombé sur le dessus et avec le bord de fuite incliné vers le bas, force l'air qui la traverse à changer de direction et à repartir vers le bas. Selon la troisième loi de Newton, si l'aile pousse l'air vers le bas, l'air pousse l'aile vers le haut. Du point de vue des pressions, l'air accélère au-dessus de la surface supérieure et ralentit sous la surface inférieure, de sorte que la pression au-dessus de l'aile est plus faible qu'en dessous : cette différence, intégrée sur toute la surface, constitue la portance. Les deux descriptions sont la même physique vue sous des angles différents.

La portance augmente avec le carré de la vitesse, avec la surface alaire et avec l'angle d'incidence. Un avion de transport génère avec ses ailes une force égale à son propre poids en échange d'une traînée qui n'en représente qu'une fraction : la finesse d'un avion de ligne, le rapport portance/traînée, avoisine 17 pour 1, et celle d'un planeur dépasse 50 pour 1. Cela signifie que les moteurs n'ont besoin de fournir qu'une poussée équivalente à une petite partie du poids. Une fusée, qui n'a pas d'ailes, doit vaincre tout son poids par la poussée directe et brûle du propergol à un rythme bien plus élevé.

Les ailes longues et étroites, comme celles d'un planeur, génèrent de la portance avec peu de traînée induite, mais elles sont lourdes et difficiles à manœuvrer. Les ailes courtes et en flèche, comme celles d'un avion de chasse, pénalisent l'efficacité à basse vitesse mais permettent de voler vite. Les avions de ligne recherchent un équilibre avec une flèche modérée, un allongement élevé et des dispositifs hypersustentateurs, volets et becs, qui augmentent la courbure et la surface lorsqu'il faut décoller et atterrir à basse vitesse.