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· Ecoulement de l'air
Le vol de l'avion est réalisé grâce aux interactions existant entre les éléments
sustentateurs (en particulier les ailes) et la masse d'air dans laquelle
l'avion se déplace. Durant un vol, c'est l'avion qui est en mouvement par
rapport à l'air, cependant pour étudier les phénomènes aérodynamiques liés à
la sustentation, on se place dans le référentiel de l'avion où l'on considère
l'avion comme immobile et l'air en déplacement: c'est la manière de procéder
en soufflerie. On distingue ainsi trois grands types d'écoulement:
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- écoulement laminaire
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Les
particules d'air ont des trajectoires rectilignes et parallèles.
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- écoulement turbulent
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Les
particules d'air ont des trajectoires rectilignes et ondulatoires.
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- écoulement tourbillonnaire
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L'écoulement
est désordonné et les particules ont approximativement toute la même
direction.
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Résistance de l'air
Mise en évidence: Si on prend une plaque verticalement en la
déplaçant de façon horizontale on ressent une force qui tend à s'opposer au
déplacement: cette force s'appel la résistance de l'air. En se plaçant dans
une soufflerie, on constate que sur la partie avant de la plaque il se crée une
pression exercée par l'air alors que sur l'arrière il se forme un vide
relatif qui tend à aspirer la plaque. Cette dépression entraîne la formation
d'un écoulement tourbillonnaire.
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Expression de la résistance de l'air
- paramètres influençant la résistance de
l'air
1. l'aire : si on double l'aire de la plaque la force mesurée au dynamomètre
double également. La résistance de l'air est donc proportionnelle à l'aire
2. la vitesse: en augmentant la vitesse de l'écoulement de l'air, la force
exercée par l'air augmente. Expérimentalement on peut mettre en évidence que
la résistance à l'air est proportionnelle au carré de la vitesse.
3. Masse volumique: en altitude la densité de l'air diminue. On peut
considérer qu'il y a moins de particules d'air pour un même volume, or si le
nombre de particules diminue la résistance diminue elle aussi. La résistance
de l'air est donc proportionnel à la masse volumique.
4. La forme du corps: selon la forme du corps la résistance de l'air sera
plus ou moins grande. Pour un corps sphérique, la résistance de l'air sera
moins importante que pour une plaque.
La résistance de l'air est proportionnelle à la surface présentée
perpendiculairement à l'écoulement, au carré de la vitesse de l'écoulement, à
la masse volumique de l'air et dépend de la forme du corps. On peut donc
écrire que :
R = K . pV2S
R résistance de l'air(en newton)
K le coefficient tenant compte de la forme du corps et de l'état de sa
surface
p masse volumique de l'air (en kg.m-3)
V la vitesse en m.s-1
S l'aire (en m2)
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Visualisation de l'écoulement autour de l'aile
- Profil d'une aile
- Ecoulement en vol rectiligne
l'écoulement est principalement laminaire.
- Ecoulement avec vol en inclinaison
l'écoulement est laminaire sur la partie avant de l'aile et devient
tourbillonnaire sur la partie arrière.
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Forces s'exerçant sur un avion
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Traînée et Portance
Définition :
- La traînée est la force représentative de la résistance à l'avancement est
due essentiellement aux forces de frottement sur le profil, à la forme du
profil, et elle prend en compte également la traînée induite. Elle est
proportionnelle aux mêmes paramètres que la résistance de l'air et s'écrit
sous la forme:
Rx=1/2 P V2.S.Cx
où Cx est le coefficient de la traînée(sans unité)
Remarque: En comparaison à la résistance de l'air on voit apparaître un
coefficient (1/2.PV2) représentatif de la pression dynamique et il
est donc fonction de la vitesse de déplacement.
-En vol, des dispositifs permettent d’augmenter
considérablement la traînée :il s’agit des aérofreins, plaques situées
au niveau de l’extrados de l’aile qui sont activées afin d’augmenter la
résistance à l’avancement. Les aérofreins permettent d’autant plus :
-en palier, de diminuer la vitesse ;
-en descente, d’augmenter la pente ;
-à l’atterrissage, de diminuer les distances de roulement par freinage
aérodynamique.
- Expression de la portance: la portance est
la composante de la résultante aérodynamique . Elle va équilibrer le poids de
l'aéronef pour lui permettre de voler. Elle est définie par la relation
suivante: RZ=1/2PV2.S.CZ
où Cz est le coefficient de la portance.
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