Introduction à l’aérodynamique
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L'histoire commence par un certain monsieur Bernouilli qui découvrit la conservation du débit massique lors d'un écoulement d'un fluide, c'est à dire que la même masse d'un fluide va plus vite dans petit tube qu'un grand..
Comme une seringue pour une piqûre, faible vitesse de déplacement du piston, mais grande vitesse du liquide à la sortie de la petite aiguille, pourtant la quantité de liquide déplacée (donc sa masse) reste la même.
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Ps + Pd = Pt = constante
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S1.V1 = S2.V2
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Débit massique |
Q1.m1 = Q2.m2
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Débit volumique |
Q.v1 = Q.v2
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Il en déduit aussi que la Pression statique (Ps) diminuait dans un tube "convergent-divergent" comme celui-ci (appelé aussi tube Venturi ) :
Donc qu'il y avait une "dépression" à l'intérieur ET sur toute la longueur de ce Venturi, cependant la dépression est plus forte au "col".
Ce qui nous intéresse le plus : Ps = Pression statique
Ce tableau ainsi que tout ce qui suit, traite du domaine "subsonique incompressible"
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S1
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CONVERGENT |
S2
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DIVERGENT |
S3
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Pt
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constant
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S
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Mini
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v
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Maxi
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Pd
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Maxi
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Ps
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Mini
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||
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Ps
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Pression statique |
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P° qui s'exerce tout autour de vous par l'air ambiant, elle est donnée par un baromètre |
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Pd
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Pression dynamique |
Pd = ½ rv²
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Représente la force de déplacement d'un fluide (ex : le vent) ; caractérise aussi l'énergie cinétique du fluide. |
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Pt
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Pression totale |
Pt = Pd+Ps
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P° qui s'exerce sur votre main quand vous la sortez par la fenêtre de la voiture... |
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v
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vitesse |
m/s
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vitesse du fluide |
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S
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Surface |
m²
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Surface représentée par une "tranche" du fluide, sur le dessin ci-dessus, du cône ou cylindre. |
Et ceci nous intéresse au plus haut point, car c'est ce système convergent-divergent qui va régir une bonne partie de l'aviation actuelle, comme :
Vous n'êtes pas convaincu par ma ptite explication, bon, OK, voici donc des exemples concrets des effets d'un tube Venturi
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Pistolet à air comprimé Comment ça marche ??? L'air comprimé qui traverse le cylindre crée une dépression au "col".. Cette dépression est maximum juste à cet endroit. Le petit tube relie cette dépression au pot de peinture. La peinture est donc aspirée, puis vaporisée par l'air comprimé. |
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Aspirateur à air comprimé. Paradoxalement, de la même manière vous pouvez transformer de l'air comprimé en un zoli aspirateur, cela existe, et fonctionne (presque) fort bien.
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Un autre exemple ?? Prenez une feuille de papier, tenez un de ces bords proche de votre bouche, laissez le bord opposé retomber. Maintenant soufflez sur la partie supérieure de la feuille, et miracle, celle-ci se soulève.. La feuille représentait l'aile et vous avez crée le vent relatif. Comment ça marche ? Les filets d'air parcourant la courbure supérieure de la feuille créent une dépression qui aspire la feuille vers le haut. |
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Bernouilli c'est donc le B.A.BA de l'aviation, et une bonne partie des formules d'aéro y font référence, bien sur, ce n'est pas le seul, il y a d'autres "vieux" Messieurs qui ont apporté leur pierre à la théorie de l'aérodynamique, même si cette discipline était encore inconnue.
Voici pourquoi une aile se comporte comme un convergent-divergent (venturi) :
Les filets d'air supérieurs et éloignés ne sont pas perturbés par la voilure, ils forment la partie supérieure du convergent-divergent.
Les filets d'air proches de la voilure épousent celle-ci, et forment avec elle la partie basse du convergent-divergent.
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Voici une représentation graphique des champs de forces qui s'exercent sur une aile. Les filets d'air à l'extrados augmentent de vitesse suite à la courbure, il se crée donc une dépression. L'aile est aspirée vers le haut. |
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Oublions donc une fausse idée largement répandue : Non, ce n'est pas la (sur)pression de l'intrados qui soulève et fait voler l'avion. Mais 70 % de la portance est fourni par la dépression de l'extrados
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L'incidence c'est l'angle formé entre la direction du vent relatif et la corde de profil de l'aile .
De construction, les ailes ont en générale un angle de calage de ± 3°, le schéma plus haut représentait un angle a positif de vol normal.
Voici maintenant d'autres positions de l'aile par rapport au vent relatif :
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La couche limite se décolle sur l'extrados. Il se crée une "zone morte". L'aspiration diminue fortement; l'aile décroche.
Sur un profil classique, l'angle a de décrochage est aux environ de 15°. |
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L'extrados et l'intrados sont en dépression, selon les profils, les dépressions tendent à s'équilibrer (surtout pour les profils symétriques). Cependant il ne faut pas oublier le poids de l'avion, s’il y a équilibre des pressions, l'aile n'est plus aspirée vers le haut. |
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L'aile est poussée vers le bas Ex : en vol dos, le pilote est obligé de pousser le manche s’il veut garder une trajectoire rectiligne. |
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Les "vieux" scientifiques ont constaté que les molécules d'un fluide adhèrent à la paroi du corps. Plus la distance à cette paroi est importante, plus la vitesse du fluide croît, jusqu'à sa valeur initiale v.
Vous pouvez comparer cela comme un mince matelas d'air de quelques cm, entourant toutes les surfaces de l'avion.
Le type de couche limite, son épaisseur et ses caractéristiques conditionnent la résistance de frottement du corps dans le fluide (aile dans atmosphère).
elle est mince
offre peu de résistance au déplacement
adhère mieux à la paroi
résiste mieux au décollement
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Les caractéristiques de la couche limite dépendent :
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La couche limite est importante sur une aile, si elle se décroche, l'aile décroche également et l'avion tombe.
C'est pour cette raison que sur certains gros avions civil sont monté des petites lames sur l'extrados de la voilure, ils sont placés de telle sorte qu'ils créent des tourbillons dans leur sillage, provoquant ainsi une couche limite turbulente qui résiste au décollement, intéressant lors d'un atterrissage, où l'angle d'approche est élevé. (Ceci n'est que ma modeste conclusion).
Une autre solution est d'aspirer cette couche pour éviter son décollement, au travers de surface micro-perforée.
La couche limite est néfaste au Réacteur.
Et oui, comme on le verra plus tard, les aubes du réacteur ont besoin d'avoir une "veine" d'air la moins perturbée possible.
La couche limite diminue aussi la surface efficace de l'entrée d'air.
Pour palier à ce problème, les ingénieurs ont inventé le "piège à couche limite", c'est un espace entre le fuselage et l'entrée d'air où elle s'engouffre et se perd, elle est néanmoins souvent réutilisé en partie pour alimenter des échangeurs, choses que nous verrons plus tard également...
Dans les prochaines pages, en cours de réalisation, nous verrons :
- Les forces aérodynamiques
- Les différentes gouvernes et leur technologie
- Les phénomènes soniques
- La stabilité
- Etc...
Vous avez demandé l'expli ??? Ne quittez pas !!!
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