Notions d'aérodynamisme, ailes et empennages

Résumé du document

Lorsqu'un objet se déplace dans un fluide (et inversement) il est soumis à des forces aérodynamiques qui s'opposent à son déplacement (les molécules du fluide percutent l'objet et provoquent une force qui s'oppose à son déplacement). Ces forces sont proportionnelles à la surface perpendiculaire (appelée maître couple) à l'écoulement du fluide.
En effet l'air exerce une pression sur cette surface, nous avons donc FA= Pair. SMC avec FA : force aérodynamique, Pair : Pression de l'air, SMC : surface du maître couple.

En fait, ces forces aérodynamiques dépendent d'autres paramètres et notamment du profil aérodynamique de l'objet, qui va permettre de réduire ces dernières. Il est à noter que le profil doit être aérodynamique aussi bien en amont qu'en aval de l'objet. A l'arrière il peut se créer des tourbillons qui entraînent des phénomènes de dépression qui amplifient alors les forces qui s'opposent au déplacement.

Un autre paramètre qui intervient dans la force qui s'oppose au déplacement est la vitesse de déplacement de l'objet et cela d'autant plus que cette dernière intervient au carré de celle-ci. Bien entendu plus le fluide est dense (masse volumique) et plus le déplacement dans ce milieu est contrarié.

Lorsqu'un fluide se déplace dans un milieu il a tendance à entraîner avec lui les molécules du milieu et cela par viscosité. Il y a donc un phénomène d'aspiration qui est d'autant plus important que la vitesse du fluide est élevée.
Pour illustrer ce phénomène il suffit de prendre une feuille de papier et de souffler au-dessus pour que la feuille se soulève. Le courant d'air a donc créé une dépression qui a soulevée la feuille de papier (...)

Extraits

[...] Exemples d'écoulements laminaires et turbulents. Autre exemple Attention cette expérience est déconseillée car elle très dangereuse pour la santé 10 II- L'aile. Le profil. 1er Constitution d'un profil d'aile. Le profil d'une aile est constitué de différentes parties comme défini ci-dessous : Epaisseur Corde moyenne Extrados Flèche du profil Bord de fuite Bord d'attaque Corde Intrados La corde est une droite qui relie le bord d'attaque et le bord de fuite. La corde est aussi appelée : profondeur. L'extrados est la partie supérieure et externe de l'aile au dessus de la corde. [...]

[...] Aviation de loisir. Le profil cambré est très porteur mais assez instable lorsque l'incidence augmente, l'avion a tendance à se cambrer Le profil biconvexe symétrique ne porte pas aux faibles incidences. Ce profil est utilisé pour les gouvernes et les avions de voltige. Le profil à double courbure présente l'avantage d'une grande stabilité mais d'une portance moyenne et d'une forte traînée. Il est possible de créer artificiellement un angle d'incidence de l'aile grâce à l'angle de calage. Le calage d'une aile correspond à l'angle formé par la corde du profil de l'aile et l'axe de référence de l'avion (généralement l'axe du fuselage) Angle de calage L'aile dans son ensemble. [...]

[...] Cx = Coefficient aérodynamique ou de traînée dans ce cas. Remarque : La traînée totale qui s'exerce sur un avion doit prend en compte la traînée donnée par la formule ci-dessus, les forces de frottements de l'air sur la surface extérieure de l'avion (fuselage, ailes, empennage arrière etc et les tourbillons générés par les divers éléments de l'avion qui créent des traînées induites. Dépression. Lorsqu'un fluide se déplace dans un milieu il a tendance à entraîner avec lui les molécules du milieu et cela par viscosité. [...]

[...] Ce phénomène provoque alors une dépression et donc des forces qui vont soulever l'aile. Le profil en dessous de l'aile étant plat il n'y a pas d'augmentation de la vitesse de l'air et donc pas de création de forces dépressionnaires. La résultante des forces au-dessus et en dessous du profil est alors appelée portance. Elle est définie par la formule suivante : ρ = Masse volumique du fluide (qui dépend de la température et de la pression). S = Surface portante. La portance est proportionnelle à la surface de l'aile de l'avion. [...]

[...] Lorsque l'angle d'incidence n'est pas nul (les flux d'air forment un angle par rapport à la corde) les molécules d'air percutent surface inférieure de l'aile et provoque une portance supplémentaire par surpression. Par contre il y a aussi une augmentation de la traînée La polaire. On modélise les caractéristiques d'une aile par la ‘polaire'. La polaire concerne, suivant les cas, l'aile seule ou l'avion complet. Elle fait apparaître les caractéristiques aérodynamiques de l'aile ou de l'avion pour lesquels elle a été tracée. Ces caractéristiques sont obtenues lors d'essais en soufflerie pour différents angles d'incidence. [...]