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1°L'aérodynamisme

 

L'aérodynamisme

 

 

L'aérodynamisme est une branche de la dynamique des fluides qui porte sur la compréhension et l'analyse des écoulements d'air, ainsi éventuellement sur leurs effets sur des éléments solides qu'ils environnement. L'aérodynamisme qualifie un corps en mouvement dans l'air.

L'aérodynamisme s'applique aux véhicules en mouvement dans l'air, aux systèmes de propulsion, et aux installations fixes dans un air en mouvement subissant les effets du vent ou destinés à la production d'énergie.

 

Le champ de pression s'exerçant sur un obstacle induit globalement un schémas suivant où l'on considère généralement :

 

 

  • Une force de traînée: parallèle à la direction moyenne de l'écoulement.

  • Une force de Masse ( Poids): perpendiculaire à la direction moyenne de l'écoulement dans le plan horizontale.

  • Une force de Poussé: parallèle à la direction moyenne de l'écoulement.

  • Une force de Portance: perpendiculaire à la direction moyenne de l'écoulement, dans le plan vertical.

 

L'expression de la force est de la forme:       

 

p(rhô) : Masse volumique de l'air ( p varie avec la température et la pression )

S : Surface de référence

C : Coefficient aérodynamique

V : Vitesse de déplacement

 

définition de la surface de référence:

 

  • Pour une surface portante généralement bien profilée, S est la surface projetée dans le plan horizontal ( ou dans le plan vertical)

  • Pour un objet à forte traînée de forme comme une automobile, dont le Cx est 5 à 8 fois celui d'un fuselage d'avion, on prend plutôt le maître-chien ( la surface frontale)

     

Définition des coefficients aérodynamique:

 

ce sont des coefficients adimensionnels servant à quantifier les force en x, y , z.

 

  • Cx : le coefficient de traîné

  • Cy : le coefficient de portance latérale

  • Cz : le coefficient de portance

 

les forces étant calculées ou mesurées expérimentalement ( en soufflerie )

 

 

Un avion( ou corps) est maintenu en vol grâce à l'air qui l'entoure. On peut distinguer plusieurs phénomènes qui participe à cette effort.

                                                        

Commençons par nous intéresser au phénomène de sustentation: Quand le flux d'air arrive face à l'aile, il se divise. Une partie du flux suit l'extrados et une autre partie suit l'intrados. Grâce a des expériences avec un anémomètre nous avons pu observer que la vitesse de l'air qui passe sur l'extrados est supérieur à la vitesse qui passe sur l'intrados. Et d'après le principe de Bernoulli, si la vitesse de l'air augmente alors la pression diminue. Ainsi, il se crée une surpression à l'intrados et une dépression à l'extrados ( figure de dessous ). Donc l'aile est à la fois aspirée par la dépression et repoussée par le surpression. L'aéronef ( schématiser ici par une aile ) est tout entière tiré vers le haut et lévite dans les airs : c'est le phénomène de Sustentation.

     

                                             

 

Un second phénomène permet de créer une force pour soulever un avion, c'est celui qui est issu du principe de action et réaction, toujours valable en physique. Lorsque l'aile est légèrement inclinée par rapport au flux d'air ( on dit alors que l'aile est en Incidence celle-ci devient un obstacle à l'écoulement. Le flux d'air est alors dévié par l'intrados. Cela signifie que l'aile exerce une force sur le fluide d'air (l'action), et donc le fluide exerce une force sur l'aile (la réaction). Vous pouvez en faire l'expérience lorsqu'on sort la main par la fenêtre d'une voiture en roulant à vive allure, et en maintenant la main à l'horizontale, on a alors l'impression qu'elle est portée par l'air( elle est en sustentation). En effet, le dos de la main et un peu bombé, tout comme le profil d'une aile. Maintenant, si on incline légèrement la main, elle va être attirée vers le haut, c'est l'effet de la mise en incidence, qui accroît la force exercée par l'air. Toutefois, il existe une limite d'angle( représenté par ά en dessous ) à ne pas dépasser un angle critique qui dépend de la vitesse, au delà de laquelle notre main ( l'aile ) est violemment projetée en arrière sans plus être portée. Nous avons alors fait l'expérience du décrochage.

                                                     

 

Définition:

 

Bernoulli Daniel: Médecin, mathématicien et physicien Suisse du XVIIIe siècle. Il fut le premier à exposer le théorème fondamentale de la mécanique des fluides, qui porte son nom.

 

Aéronef : tout appareil capable de voler.

 

Sustentation : maintient en vol d'un aéronef, sous l'effet d'un équilibre de pressions.

 

Incidence : Angle entre le plan moyen de l'aile de l'avion et l'axe du vent.

 

Décrochage : Chute de l'avion due à une diminution trop importante de la portance.

 

Portance : Force crée par la sustentation et la déviation de l'air, qui permet de soulever l'avion.

 

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