Page d'accueil	encyclopedie-enligne.com en page d'accueil
Liste Articles: [0-A] [A-C] [C-F] [F-J] [J-M] [M-P] [P-S] [S-Z] | Liste Catégories | Une page au hasard | Pages liées

Aérodynamique

L'aérodynamique est une branche de la mécanique des fluides dont le champ de recherche porte sur les effets des déplacements de l'air sur des éléments solides qu'il environne. Le champ d'études se subdivise en aérodynamique des gaz incompressibles et aérodynamique des gaz compressibles. L'aérodynamique des gaz incompressibles concerne les vitesses de l'air inférieures à 140 m/s. L'aérodynamique des gaz compressibles se subdivise en aérodynamique subsonique, transsonique, supersonique et hypersonique. Nous considérerons ici seulement l'aérodynamique des gaz incompressibles en régime subsonique sur les profils d'ailes. La connaissance des forces agissantes et résultantes sur un profil d'aile permet d'en déduire le comportement dans les différentes phases du vol.

Principe physique:

Les termes de l'aérodynamique de l'aile

• Allongement : L'allongement est, sur un aérodyne, le rapport entre l'envergure et la profondeur moyenne de l'aile. C'est un des facteurs qui contribue à l'augmentation de la finesse. À envergure égale, plus l'allongement est grand, plus l'aile est dite fine et plus l'angle de plané est petit.
• Angle d'incidence : Angle formé par la corde de profil de l'aile et le vecteur de vent relatif aussi appelé angle d'attaque. Lorsque à vitesse constante du fluide on accroit la valeur de cet angle la portance générée par le profil croît, passe par un maximum et décroît brutalement lorsque l'angle dépasse 15 à 18°, il y a décrochage de l'aile. C'est en fait la couche limite qui a décroché.
• Angle de plané : Angle compris entre la trajectoire descendante et l'horizontale.
• Bord d'attaque : Dans le sens de la marche, partie avant du profil de forme arrondie sur les machines subsoniques et profilée sur les machines supersoniques.
• Bord de fuite : Dans le sens de la marche, partie arrière et amincie du profil optimisée pour diminuer la trainée aérodynamique.
• Corde de profil : Droite reliant le bord d'attaque (partie arrondie avant de l'aile) au bord de fuite (partie fine à l'arrière de l'aile).
• Couche limite : Couche d'air au contact de la surface de l'aile. La vitesse des particules au voisinage immédiat de l'aile sont dotées d'une vitesse propre inférieure à celles situées dans la couche plus externe.
• Emplanture : Partie de l'aile en contact avec le fuselage.
• Extrados : Partie supérieure de la surface de l'aile.
• Finesse : Rapport entre le coefficient de portance et le coefficient de traînée. Ce nombre dépendant de l'angle d'incidence de l'aile mesure aussi le rapport entre la distance parcourue depuis une altitude donnée, il peut être aussi déduit par le rapport de la vitesse de la machine sur la vitesse de chute. Pour un appareil volant à 180 km/h (soit 50 m/s) et une vitesse de chute de 2 m/s la valeur du rapport donne donc une valeur de 25, ceci peut s'énoncer aussi de la façon suivante : pour 1 m d'altitude perdu, 25 m seront parcourus par l'aéronef.La finesse maximum est indépendante du poids mais la vitesse de finesse maximum augmente avec le poids pour un même avion.
• Intrados : Partie inférieure de la surface de l'aile.
• Hypersustentateurs : Les dispositifs hypersustentateurs sont des surfaces mobiles dont la fonction est de modifier la forme de l'aile afin soit d'en augmenter la portance soit d'en réduire la trainée. Ils sont généralement constitués de volets de courbure et/ou de becs de bord d'attaque. Le bec de bord d'attaque prolonge vers l'avant la forme du profil de l'aile. Cette action a pour conséquence une augmentation de la portance. Les volets de courbure peuvent être positionnés en positif, ils augmentent la courbure de l'aile, augmente la portance tout en augmentant sa trainée aérodynamique. Ils sont utilisés ainsi pour les phases de vol à basse vitesse. Ils sont aussi utilisés en négatif pour conférer une diminution de la courbure réduisant ainsi trainée et permettant une vitesse de vol plus élevée.
• Moments aérodynamiques : Ce sont les trois principaux couples qui s'appliquent à une machine à pilotage des trois axes, on distingue le moment de tangage de roulis et de lacet.
• Portance : Force perpendiculaire à la corde de profil de l'aile et orientée vers l'extrados (surface extérieure de l'aile située sur le dessus). Pour comprendre la portance, il faut se remémorer nos cours de physique newtonienne. Tout corps au repos reste au repos, et tout corps animé d'un mouvement continue rectiligne conserve cette quantité de mouvement jusqu'à ce qu'il soit soumis à l'application d'une force extérieure. Si l'on observe une déviation dans le flux de l'air, ou si l'air à l'origine au repos est accéléré, alors une force y a été imprimée. La physique newtonienne stipule que pour chaque action il existe une réaction opposée de force égale. Ainsi pour générer une portance, l'aile doit créer une action sur l'air qui génère une réaction appelée portance. Cette portance est égale à la modification du moment de l'air qu'elle dévie vers le bas. Le moment est le produit de la masse par la vitesse. La portance d'une aile est donc proportionnelle à la quantité d'air dévié vers le bas multipliée par la vitesse verticale de cet air. Pour obtenir plus de portance, l'aile peut soit dévier plus d'air ou augmenter la vitesse verticale de cet air. Cette vitesse verticale derrière l'aile est le flux descendant.
• Nombre de Reynolds : Nombre sans dimension déterminant le passage de flux laminaire en flux turbulent d'un fluide doté d'une viscosité spécifique.
• Saumon : Extrémitée de l'aile permettant d'éviter les tourbillons marginaux dus à la différence de pression entre l'intrados et l'extrados.
• Traînée : La traînée aérodynamique est une force qui s'oppose au mouvement d'un mobile ; c'est la résistance à l'avancement. Elle s'accroît avec la vitesse et s'exerce dans la direction opposée à la vitesse du mobile. Le déplacement d'un aérodyne dans l'air crée une traînée aérodynamique, qui représente environ 5 % de la portance. Pour que l'aérodyne vole à une vitesse constante, une force de propulsion fournie par son moteur ou par la perte d'énergie potentielle (cas des aérodynes sans moteur) doit équilibrer exactement la traînée pour cette vitesse donnée.
• Vortex d'aile : Le flux d'air quittant l'aile a une forme fonction de la distribution de la charge sur l'aile. La distribution de portance évolue de l'emplanture de l'aile jusqu'au saumon de façon elliptique. Ainsi, la quantité d'air dans le flux descendant doit aussi évoluer le long de l'aile. La portion d'aile située près de l'emplanture dévie plus d'air que celle située à l'extrémité, l'effet induit est que le flux descendant va commencer à s'enrouler vers l'extérieur autour de lui même, tout comme l'air s'enroule autour du sommet de l'aile à cause du changement de vitesse de l'air. C'est le vortex de l'aile. La taille de l'enroulement du vortex de l'aile est fonction de la modification de la portance tout le long de l'aile. À l'extrémité son extrémité, la portance s'annule et provoque un enroulement plus étroit. En général le vortex d'extrémité d'aile qui en est une petite partie est fréquemment visible.
• Winglet : Ce sont de petites extensions verticales fixée à l'extrémité de l'aile dans le but d'augmenter la longueur effective de l'aile pour en améliorer l'efficacité. La portance sur une aile normale s'annule à son extrémité parce que c'est la zone où l'intrados fusionne avec l'extrados. Les winglets empêchent cette communication de sorte que la portance peut s'étendre plus loin sur l'aile. Comme l'efficacité d'une aile augmente avec sa longueur, cela contribue à en augmenter l'efficacité.