Pourquoi certains avions ont-ils des winglets ?
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Vous êtes assis dans un terminal, votre vol a un peu de retard et, pour passer le temps, vous regardez les avions stationnés derrière la baie vitrée.
Un Airbus A320 vient de s’aligner sur une porte d’embarquement. Au bout de ses ailes, deux grandes surfaces remontent vers le ciel.
Un peu plus loin, un autre avion possède des extrémités d’ailes beaucoup plus discrètes. Sur un Boeing 737, elles semblent presque former deux lames, l’une orientée vers le haut, l’autre vers le bas. Et puis arrive un autre appareil… qui ne possède presque rien de tout cela.
À première vue, on pourrait croire qu’il s’agit simplement d’une question de design.
Une sorte de signature esthétique permettant de reconnaître un avion.
En réalité, ces formes étranges situées au bout des ailes répondent à un problème aérodynamique très concret.
On les appelle généralement des winglets.
Et même s’ils semblent minuscules comparés aux dimensions d’un avion de ligne, leur influence peut être suffisamment importante pour permettre à une compagnie aérienne d’économiser des quantités considérables de carburant au cours de la vie d’un appareil.
Alors à quoi servent exactement les winglets ? Pourquoi réduisent-ils la consommation ? Pourquoi certains avions en possèdent-ils d’immenses alors que d’autres semblent pouvoir parfaitement s’en passer ?
Pour le comprendre, il faut commencer par regarder quelque chose que l’on ne voit presque jamais : ce que fait l’air au bout d’une aile lorsqu’un avion vole.
Qu’est-ce qu’un winglet ?
Un winglet est une surface aérodynamique placée à l’extrémité d’une aile.
Dans sa forme la plus facilement reconnaissable, il ressemble à une petite aile presque verticale qui remonte vers le ciel.
Mais tous les winglets ne se ressemblent pas.
Certains sont pratiquement verticaux. D’autres sont inclinés vers l’extérieur. Certains se fondent très progressivement dans la forme de l’aile. D’autres comportent même une partie orientée vers le bas.
Et certains avions utilisent une philosophie complètement différente : plutôt que d’ajouter une petite surface verticale, les ingénieurs prolongent simplement l’aile vers l’extérieur avec une extrémité effilée.
C’est notamment pour cette raison que le mot « winglet » est parfois utilisé un peu rapidement pour désigner tous les dispositifs que l’on trouve au bout des ailes.
Airbus utilise par exemple le nom Sharklet pour certains de ses dispositifs d’extrémité d’aile, tandis que l’on rencontre chez Boeing des blended winglets, des Split Scimitar Winglets ou encore les Advanced Technology Winglets du 737 MAX.
Leur forme varie énormément.
Mais derrière tous ces dispositifs se cache globalement la même obsession :
rendre l’aile plus efficace.
Pour comprendre les winglets, il faut d’abord comprendre ce qui se passe au bout d’une aile
Lorsqu’un avion vole, ses ailes produisent de la portance.
Sans entrer dans un cours complet d’aérodynamique, retenons simplement qu’une différence de pression existe entre les deux faces de l’aile.
Et au milieu de l’aile, tout se passe relativement bien.
Le problème apparaît à son extrémité.
Une aile réelle n’est pas infinie.
Elle s’arrête quelque part.
Et lorsque l’air arrive près de cette extrémité, l’écoulement est perturbé. L’air contourne le bout de l’aile et participe à la création d’un mouvement tourbillonnaire.
Derrière l’avion apparaissent alors de puissants vortex, appelés tourbillons marginaux.
Vous les avez peut-être déjà vus sans même savoir ce que vous regardiez.
Dans certaines conditions d’humidité, il est possible d’apercevoir une sorte de traînée tourbillonnante derrière l’extrémité des ailes, notamment pendant les phases de décollage ou d’atterrissage.
Ces vortex ne sont pas uniquement spectaculaires.
Ils représentent aussi une perte d’efficacité.
La NASA explique que les tourbillons créés aux extrémités des ailes participent à ce que l’on appelle la traînée induite, ou traînée liée à la production de portance.
Autrement dit, faire voler l’avion a un coût aérodynamique.
Et c’est précisément ce coût que les ingénieurs cherchent à réduire.
Le véritable ennemi : la traînée induite
Lorsqu’un avion avance dans l’air, il doit vaincre différentes formes de traînée.
On peut imaginer la traînée comme une force qui cherche en permanence à ralentir l’avion.
Pour maintenir sa vitesse, les moteurs doivent produire suffisamment de poussée pour la compenser.
Plus la traînée est importante, plus il faut produire de poussée.
Et plus il faut produire de poussée, plus les moteurs doivent généralement consommer de carburant.
C’est là que les quelques centimètres ou mètres situés au bout de l’aile commencent soudain à devenir très importants.
La traînée induite est directement liée à la production de portance et aux phénomènes tridimensionnels qui apparaissent notamment autour des extrémités des ailes.
En simplifiant énormément, on pourrait résumer le problème ainsi :
l’aile produit de la portance → des vortex apparaissent → ces vortex participent à la traînée induite → cette traînée coûte de l’énergie.
Les ingénieurs aéronautiques cherchent donc depuis très longtemps à limiter ces pertes.
Et l’une des solutions consiste justement à agir sur l’extrémité de l’aile.
Alors, comment fonctionne réellement un winglet ?
Le winglet modifie l’écoulement de l’air au bout de l’aile.
Son objectif n’est pas de faire disparaître magiquement les vortex. Un avion équipé de winglets continue évidemment à créer des tourbillons marginaux.
Mais il permet d’en réduire les effets et d’améliorer l’efficacité aérodynamique globale de l’aile.
La NASA résume le principe de manière assez claire : un winglet correctement conçu réduit l’intensité du vortex de bout d’aile et contribue ainsi à diminuer la traînée induite.
Et c’est là qu’apparaît l’un des aspects les plus intéressants du système.
Le winglet peut en quelque sorte permettre à l’aile de profiter d’une envergure aérodynamique effective plus importante, sans nécessiter exactement la même augmentation d’envergure qu’un simple prolongement horizontal.
C’est important, car une aile plus longue est elle aussi une excellente manière de diminuer la traînée induite.
Alors une question se pose immédiatement.
Pourquoi ne pas simplement fabriquer des ailes gigantesques ?
Pourquoi ne pas faire des ailes beaucoup plus longues ?
Sur le plan purement aérodynamique, les ailes longues et fines sont très intéressantes.
Il suffit d’observer un planeur.
Ses ailes semblent parfois interminables.
Ce n’est évidemment pas un hasard.
Plus l’allongement d’une aile est important, plus il devient possible de réduire la traînée induite. La NASA rappelle d’ailleurs que cette dernière diminue lorsque l’allongement augmente.
Alors pourquoi un Airbus A320 ou un Boeing 737 ne possède-t-il pas simplement des ailes de planeur ?
Parce qu’un avion ne vit pas uniquement dans le ciel.
Il doit aussi fonctionner… dans un aéroport.
Imaginez un instant que l’on augmente brutalement l’envergure de tous les avions de ligne de plusieurs mètres.
Certains ne rentreraient plus correctement sur leur poste de stationnement.
Les distances entre les appareils devraient être modifiées.
Certaines voies de circulation deviendraient trop étroites.
Les infrastructures devraient être adaptées.
Et plus une aile devient longue, plus les contraintes structurelles peuvent également évoluer.
Une aile n’est pas une simple planche légère fixée sur un fuselage. Elle supporte des efforts considérables et contient, sur de nombreux avions de ligne, une partie importante du carburant.
Augmenter son envergure implique donc de considérer le poids, la structure, les charges en flexion, l’aérodynamique et les contraintes d’exploitation au sol.
Le winglet devient alors une sorte de compromis élégant.
Il cherche à obtenir une partie des avantages d’une aile plus efficace sans augmenter autant son encombrement horizontal.
Quelques pourcents de carburant… est-ce vraiment important ?
C’est peut-être ici que les winglets deviennent les plus impressionnants.
Supposons qu’une modification permette d’économiser seulement quelques pourcents de carburant.
À l’échelle de votre voiture personnelle, cela peut sembler intéressant, mais pas révolutionnaire.
À l’échelle d’un avion de ligne, le calcul n’a plus rien à voir.
Un appareil commercial peut voler plusieurs milliers d’heures par an.
Puis recommencer l’année suivante.
Et l’année suivante.
Pendant parfois deux décennies ou davantage.
Multipliez ensuite cela par plusieurs dizaines, voire plusieurs centaines d’avions dans une flotte.
Tout à coup, économiser quelques pourcents devient énorme.
Airbus indique par exemple que ses Sharklets peuvent apporter 4 % ou davantage d’économie de carburant dans certaines applications sur la famille A320.
De son côté, Aviation Partners Boeing annonce pour ses Blended Winglets des gains pouvant atteindre plusieurs pourcents selon les missions, avec une amélioration du rendement carburant en croisière pouvant aller jusqu’à environ 6 % dans certaines conditions.
Évidemment, ces chiffres ne peuvent pas être appliqués indistinctement à tous les avions, toutes les routes et tous les types de winglets.
Mais ils montrent bien pourquoi les compagnies s’y intéressent autant.
Pour une compagnie aérienne, un winglet n’est pas juste une jolie pièce au bout de l’aile.
C’est potentiellement du carburant qui n’a pas besoin d’être acheté pendant des milliers de vols.
Pourquoi les winglets ont-ils des formes si différentes ?
Maintenant que l’on connaît leur rôle, une autre question apparaît.
Si le principe fonctionne, pourquoi les ingénieurs ne mettent-ils pas exactement le même winglet sur tous les avions ?
Parce qu’en aéronautique, une solution qui fonctionne parfaitement sur un appareil peut être beaucoup moins intéressante sur un autre.
L’aile d’un Boeing 737 n’a pas été conçue comme celle d’un Airbus A350.
Les vitesses, les masses, la structure, l’envergure, la flèche, le profil de l’aile et les missions prévues ne sont pas exactement les mêmes.
Le dispositif d’extrémité doit donc être adapté à l’ensemble de l’avion.
Les winglets classiques
Les premiers modèles facilement reconnaissables sont généralement des surfaces assez verticales.
Le Boeing 747-400 en est probablement l’un des exemples les plus célèbres.
Si vous comparez un 747-400 avec certains 747 plus anciens, les petites surfaces dressées au bout des ailes sautent immédiatement aux yeux.
Les blended winglets
Le principe du blended winglet consiste notamment à rendre la transition entre l’aile et le winglet beaucoup plus progressive.
Au lieu d’avoir l’impression qu’une petite aile verticale a simplement été collée sur l’extrémité, les deux formes se rejoignent avec une courbure douce.
On en trouve notamment sur de nombreux Boeing 737 de générations précédentes.
Aviation Partners Boeing explique que cette intégration progressive contribue à réduire la traînée et à améliorer les performances.
Les Sharklets d’Airbus
Si vous prenez régulièrement l’avion, vous en avez probablement déjà vu.
Les Sharklets sont les grandes extrémités d’ailes relevées que l’on retrouve notamment sur de nombreux appareils de la famille A320.
Ils donnent immédiatement une allure plus moderne à l’avion, mais leur intérêt est avant tout aérodynamique.
Airbus indique qu’ils augmentent l’envergure effective de l’aile et réduisent la traînée induite.
Les Split Scimitar et autres winglets doubles
Et puis il existe les winglets qui semblent avoir décidé qu’une seule surface ne suffisait plus.
Sur certains Boeing 737, on remarque une grande partie orientée vers le haut accompagnée d’une deuxième extrémité plus petite dirigée vers le bas.
C’est notamment le cas des Split Scimitar Winglets.
La forme est spectaculaire, presque agressive, mais elle répond là encore à une recherche d’optimisation de l’écoulement.
Le 737 MAX et ses Advanced Technology Winglets
Le Boeing 737 MAX pousse encore plus loin cette logique avec un dispositif très reconnaissable comportant deux surfaces.
Boeing explique que ce système augmente la portance et l’envergure effective tout en réduisant la traînée, avec un gain de consommation attribué au winglet pouvant atteindre environ 2 %.
Et les avions qui n’ont pas de winglets verticaux ?
C’est là que le sujet devient particulièrement intéressant.
Parce qu’après avoir lu tout cela, on pourrait penser :
« Très bien. Si les winglets sont si efficaces, tous les avions devraient en avoir. »
Et pourtant ce n’est pas le cas.
Regardez par exemple certains avions modernes : leur extrémité d’aile peut être très longue et effilée sans former le grand appendice vertical auquel on associe généralement le mot winglet.
Ce n’est pas parce que leurs ingénieurs ont oublié le problème.
C’est simplement parce qu’il existe plusieurs manières de l’attaquer.
On peut utiliser un winglet.
On peut augmenter l’allongement de l’aile.
On peut employer une extrémité effilée et prolongée, souvent appelée raked wingtip.
On peut également concevoir dès le départ une aile dont toute la géométrie est optimisée pour réduire les pertes.
Et c’est un point essentiel.
Le winglet n’est pas une pièce magique que l’on doit absolument ajouter à chaque avion.
Il s’agit d’une solution parmi d’autres.
Un winglet a aussi des inconvénients
Si les winglets ne présentaient que des avantages, la question serait vite réglée.
On en installerait partout.
Mais ajouter une surface au bout d’une aile ajoute aussi du poids et modifie les charges supportées par la structure.
Prenons un exemple particulièrement parlant.
Aviation Partners Boeing indique que l’installation de winglets sur un Boeing 757-200 implique non seulement le poids des winglets eux-mêmes, mais aussi celui des modifications structurelles associées.
Cela montre bien que l’opération ne consiste pas à prendre une pièce de carbone, à la visser au bout de l’aile et à repartir voler.
Lorsqu’un winglet crée des forces aérodynamiques supplémentaires au saumon de l’aile, celles-ci doivent être transmises à toute la structure.
Il faut donc calculer les charges.
Renforcer certaines parties lorsque c’est nécessaire.
Tester.
Certifier.
Et vérifier que le bénéfice obtenu dépasse le coût en masse, en complexité et en maintenance.
Un winglet mal conçu pourrait même aller dans le mauvais sens en ajoutant davantage de traînée qu’il n’en économise.
La question n’est donc jamais :
« Peut-on installer le plus grand winglet possible ? »
Mais :
« Quelle forme donne le meilleur compromis pour cet avion précis ? »
Peut-on ajouter des winglets sur un ancien avion ?
Oui, et c’est justement ce qui rend le sujet intéressant économiquement.
Certains avions ont reçu des winglets alors qu’ils n’en possédaient pas lorsqu’ils sont sortis d’usine.
On parle alors de retrofit.
Imaginez une compagnie exploitant un appareil qui possède encore dix ou quinze années de carrière devant lui.
Modifier plusieurs avions représente évidemment un investissement important.
Mais si cette modification réduit suffisamment la consommation sur chaque vol, le calcul peut devenir intéressant sur le long terme.
Une dépense unique aujourd’hui peut permettre d’économiser du carburant pendant des milliers d’heures de vol.
C’est pour cela que l’on a vu au fil des années de nombreux Boeing 737, 757 ou 767 recevoir différents systèmes de winglets.
Mais encore une fois : on ne peut pas installer n’importe quoi sur n’importe quel avion.
La structure doit pouvoir supporter les nouvelles charges et la modification doit être étudiée et certifiée.
Les winglets suppriment-ils les turbulences de sillage ?
Non.
Et c’est une confusion assez fréquente.
Puisque les winglets réduisent les effets associés aux vortex de bout d’aile, on pourrait imaginer qu’un avion équipé de winglets ne crée presque plus de turbulence derrière lui.
Ce serait largement exagéré.
Un avion produisant de la portance continue à générer une circulation et des tourbillons de sillage.
Un Airbus A380 ne devient donc pas soudain inoffensif pour un petit avion qui le suivrait simplement parce que ses extrémités d’ailes sont optimisées.
Les procédures d’espacement entre appareils restent indispensables.
Les winglets sont conçus avant tout pour améliorer l’efficacité aérodynamique de l’avion qui les porte.
Les winglets servent-ils uniquement à économiser du carburant ?
La consommation est généralement le bénéfice dont on parle le plus.
Pour une raison évidente : le carburant représente une dépense considérable pour une compagnie.
Mais réduire la traînée peut apporter d’autres avantages.
Si l’avion consomme moins de carburant pour parcourir une certaine distance, cela peut améliorer son autonomie ou sa capacité à transporter une charge donnée.
Certaines configurations peuvent aussi offrir de meilleures performances dans des conditions particulières de décollage.
Aviation Partners Boeing cite par exemple des améliorations possibles de performances, de rayon d’action et de capacité de charge selon les avions et les missions.
Et naturellement, brûler moins de carburant signifie également produire moins de CO₂ pour accomplir une mission équivalente.
Encore une fois, le winglet ne transforme pas radicalement l’avion à lui seul.
Mais en aéronautique commerciale, accumuler de petites améliorations est justement l’un des moyens les plus efficaces de faire progresser les performances.
D’où viennent les winglets modernes ?
L’idée d’améliorer les extrémités des ailes n’est pas nouvelle.
Les ingénieurs travaillent depuis très longtemps sur le problème de la traînée induite.
Mais le développement du winglet moderne est particulièrement associé à l’ingénieur américain Richard Whitcomb, qui travaillait au centre de recherche Langley de la NASA.
Au milieu des années 1970, Whitcomb étudie et teste différentes configurations de surfaces presque verticales placées au bout des ailes.
La NASA indique que ses recherches ont notamment été influencées par l’observation du comportement aérodynamique des extrémités d’ailes chez les oiseaux planeurs.
Des essais en soufflerie sont réalisés, puis le concept est testé en vol.
À la fin des années 1970, un KC-135 modifié vole ainsi avec d’impressionnants winglets expérimentaux.
Les essais montrent alors des réductions mesurables de traînée, confirmant que l’idée n’était pas seulement élégante sur le papier.
Quelques décennies plus tard, il suffit de regarder autour de soi dans n’importe quel grand aéroport pour mesurer le chemin parcouru.
Pourquoi les nouveaux avions n’ont-ils pas tous des winglets géants ?
Parce que l’avenir de l’aile ne consiste probablement pas à ajouter des surfaces verticales toujours plus grandes.
Les progrès en matière de matériaux composites et de calcul aérodynamique permettent aujourd’hui de concevoir des ailes beaucoup plus fines, plus longues et plus sophistiquées.
Les constructeurs cherchent à améliorer l’aile entière plutôt qu’une seule petite zone.
Les appareils modernes montrent d’ailleurs plusieurs philosophies différentes.
Sur certains, le winglet reste très visible.
Sur d’autres, l’extrémité semble presque se prolonger naturellement dans une courbe extrêmement travaillée.
Et sur de futurs avions, les ailes pourraient devenir encore plus longues.
Le défi sera toujours le même : obtenir un maximum d’efficacité sans transformer l’appareil en cauchemar structurel ou en avion impossible à stationner dans les aéroports existants.
C’est finalement toute l’histoire de l’ingénierie aéronautique.
Un compromis permanent.
Winglet ou aile plus longue : quelle solution est la meilleure ?
Il n’existe pas de réponse universelle.
Une aile plus longue peut être extrêmement efficace pour réduire la traînée induite.
Un winglet peut apporter une partie de cet avantage tout en limitant l’augmentation d’envergure.
Une extrémité effilée peut être préférable sur un autre avion.
Et une aile entièrement nouvelle peut permettre de combiner plusieurs solutions.
Tout dépend de la mission de l’appareil.
Un avion régional effectuant plusieurs décollages et atterrissages chaque jour n’a pas exactement les mêmes contraintes qu’un long-courrier passant quatorze heures en croisière.
Un avion devant utiliser de petits aéroports n’a pas les mêmes contraintes d’envergure qu’un appareil conçu exclusivement pour de grandes plateformes internationales.
C’est pour cela que deux avions construits à la même époque peuvent avoir des extrémités d’ailes complètement différentes…
tout en étant tous les deux parfaitement optimisés pour ce qu’on leur demande.
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Conclusion : ces petites extrémités d’ailes sont loin d’être décoratives
La prochaine fois que vous serez installé près d’un hublot, regardez le bout de l’aile.
Cette petite surface qui remonte vers le ciel paraît presque insignifiante par rapport aux dizaines de mètres d’envergure de l’avion.
Pourtant, elle raconte assez bien la manière dont fonctionne l’aviation moderne.
Les ingénieurs ne recherchent pas forcément une révolution spectaculaire.
Ils cherchent parfois à économiser quelques pourcents ici.
Quelques kilogrammes là.
Un peu de traînée en moins.
Une structure légèrement plus légère.
Un moteur légèrement plus efficace.
Pris séparément, chacun de ces progrès peut sembler presque anecdotique.
Mais multipliez quelques pourcents de carburant par plusieurs vols chaque jour, plusieurs centaines d’avions et vingt années d’exploitation…
et le petit détail aérodynamique situé au bout de l’aile commence soudain à peser très lourd.
Les winglets ne sont donc pas là pour donner un air moderne aux avions.
Ils sont le résultat d’un problème que les ingénieurs cherchent à résoudre depuis les débuts de l’aviation :
comment produire la portance dont nous avons besoin tout en gaspillant le moins d’énergie possible ?
Et c’est probablement ce qui les rend aussi intéressants.
Parce que derrière cette petite pièce que la majorité des passagers ne remarque même pas se cachent des décennies de recherches, de calculs, d’essais en soufflerie et de compromis.
La prochaine fois que vous observerez plusieurs avions alignés devant un terminal, amusez-vous à comparer leurs extrémités d’ailes.
Vous verrez des winglets.
Des Sharklets.
Des doubles surfaces.
Des bouts d’ailes effilés.
Et parfois presque rien.
Des solutions très différentes…
à un problème aérodynamique vieux comme l’aviation elle-même.
🎬 Pour aller plus loin : à quoi servent vraiment les winglets ?
Vous avez maintenant compris pourquoi ces petites surfaces au bout des ailes sont bien plus importantes qu’elles n’en ont l’air. Pour visualiser encore mieux leur fonctionnement et leur rôle dans la réduction de la traînée, voici une vidéo qui résume le principe.
FAQ : tout comprendre sur les winglets
À quoi servent les winglets d’un avion ?
Les winglets améliorent l’efficacité aérodynamique de l’aile en réduisant notamment les effets associés aux tourbillons de bout d’aile et à la traînée induite. Cela peut permettre de diminuer la consommation de carburant et d’améliorer certaines performances.
Pourquoi les winglets sont-ils orientés vers le haut ?
Cette orientation permet au dispositif d’agir sur l’écoulement de l’air au bout de l’aile sans nécessiter la même augmentation d’envergure qu’un prolongement entièrement horizontal.
Les winglets permettent-ils vraiment d’économiser du carburant ?
Oui. Le gain dépend cependant énormément du type d’avion, du dispositif et de la mission. Airbus annonce par exemple des économies pouvant atteindre environ 4 % ou davantage avec certains Sharklets de la famille A320.
Quelle différence entre un winglet et un Sharklet ?
Sharklet est le nom utilisé par Airbus pour certains de ses dispositifs d’extrémité d’aile. Le principe général reste proche de celui d’un winglet : améliorer l’efficacité aérodynamique et réduire la traînée.
Pourquoi certains Boeing 737 ont-ils deux surfaces au bout de l’aile ?
Certains utilisent des Split Scimitar Winglets ou, sur le 737 MAX, des Advanced Technology Winglets. Leur géométrie permet d’exploiter plus efficacement l’écoulement autour de l’extrémité de l’aile.
Pourquoi certains avions n’ont-ils pas de winglets ?
Parce qu’un winglet n’est pas la seule manière de réduire la traînée induite. Une aile plus longue, une géométrie différente ou une extrémité effilée peuvent obtenir un résultat similaire ou plus adapté aux contraintes de l’appareil.
Peut-on ajouter des winglets à un ancien avion ?
Oui, certains appareils disposent de programmes de retrofit. Mais la modification nécessite une étude aérodynamique et structurelle ainsi qu’une certification adaptée.
Les winglets suppriment-ils les turbulences de sillage ?
Non. Ils peuvent réduire certains effets des vortex, mais un avion produisant de la portance continue à générer un sillage turbulent.