Initiation à l'aéronautique - Questions.

[ooKAISERSOZEoo]

Ta question c'est vaut il mieux un gros camber sur une petite corde ou un petit camber sur une grande corde.

Les seuls avions qui ont un gros camber me venant à l'esprit sont les avions STOL (short take of and landing je crois) donc pour avoir de la portance malgré une vitesse faible.

Mais ça doit générer une trainée inacceptable à vitesse élevée pour la plupart des avions. Or une fois que tu as de la vitesse, tu n'as plus besoin de tant de camber (cambrure, ou bombé en Français, je ne sais pas...), la vitesse étant l'élément le plus important pour générer de la portance.

Les avions a très grande corde sont les avions supersoniques, concorde, avions de chasse. Donc pour aller vite.
Les planeurs ont des ailes à l'opposée, petite corde et grande envergure.
En Anglais ça s'appelle l'aspect ratio

Dans l'équation (physique) de la portance, la vitesse est au carré par rapport aux autres valeurs. C'est l'élément le plus important.

Je me souviens que mon prof de mécanique de vol nous avait dit que des ingénieurs avaient calculé qu'a 800knd IAS, un 747, vu la forme de son fuselage, pourrait voler sans ailes. Ce qui tombe assez bien car à cette vitesse, il n'aurait plus d'ailes.

[Dubble]

Donc est-il mieux d'accélérer l'air mais "perdre" cette air très rapidement et crée un écoulement turbulent ou bien de ne pas accélérer l'air (bon, cela créer moins de portance) mais comme l'air reste plus longtemps sur la couche limite, avoir une plus grande surface à créer cette depression?

Merci beaucoup,

A+

Je vais faire un calcul de Reynolds avec toi
Reynolds : on peut citer le théorème de Vaschy Buckingham (c'est la base de la physique ce truc :p) pour arriver à ce Re_x
Re_x = u * x / nu
nu c'est la viscosité cinématique de l'air, son inverse vaut, en unités SI, 6,4*10^5
Ca tombe bien, tout écoulement sur une aile avec un Re de plus de 5 * 10^5 est turbulent !

Donc pour un avion qui va à 36 km/h, en 10cm d'aile tu es turbulent
A 180km/h il te suffit de 2cm pour être turbulent !

Tu vois donc qu'on a pas le choix d'avoir un écoulement laminaire


Si tu parles de l'approche du décrochage, à vrai dire c'est plus raisonnable de voler dans un domaine ou la finesse est meilleure
On dit que Cx=Cx0+k Cl², mais en fait c'est plus grand que ça aux grands angles d'incidence

[AF340]

Bonjour,

Merci beaucoup! Mais je suis assez perdu....

Qu'est-ce qu'un " Reynold "?
Re_x??u? x?

Je suis très confus....

Enfaîte, je connais la réponse à ma question (en augmentant l'incidence, la portance augmente). Mais je ne comprends pas pourquoi puisque une grande partie de l'aile après le point de transition ne crée pas de depression (ecoulement turbulent/tourbillonnaire).
Au contraire, avec une incidence faible, le point de transition est plus proche du bord de fuite donc une plus grande partie de l'aile crée la sustentation.

Merci de m'expliquer,

[Marduk]

@Dubble, tu as un interlocuteur de 14 ans, doucement avec les démonstrations scientifiques ^^

Perso j'ai plutôt tendance à expliquer la portance simplement, quand tu augmentes l'incidence, le point d'impact de l'air sur le bord d'attaque est plus bas qu'à faible incidence.
Pour que les filets d'air se rejoignent au bord de fuite en même temps, les filets passant au dessus de l'aile ont une plus grande distance à parcourir que ceux passant au dessous, donc ils accélèrent, et en accélérant ont tendance à s'éloigner du profil créant une dépression (laquelle les "recolle" vers l'aile).

Plus l'incidence est élevée, plus la distance/vitesse/dépression/portance est importante, mais à trop forte incidence la dépression n'est plus suffisante pour permettre aux filets de revenir, et l'aile décroche.

Ça marche avec des profils d'aile laminaire comme turbulents, après pour les détails très précis sur les spécificités de chaque... Il faudrait que je me replonge dans mes bouquins.

[chuck_73]

C'est en anglais, mais tu dois comprendre AF340;
http://airfoiltools.com/calculator/reynoldsnumber

C'est plus joli à lire que l'écriture de Dubble (à quand un éditeur d'équation sous phpBB...).

Le nombre de Reynolds, détermine l'épaisseur de la couche limite. Plus on va vite plus elle est faible.

Dans le cas actuel, il y a plusieurs effets: des effets je dirais quasi microscopiques (qui se passe à quelques mm/cm autour de l'aile) et d'autres macroscopiques (les effets sur l'aile en entier). Passer de l'un à l'autre n'est pas simple à appréhender.
Typiquement, On peut très bien avoir une couche limite turbulente, mais ne pas avoir de décrochage... ce sont deux notions issus de deux mondes différents.
Dans le cas d'une aile, on est toujours dans le cas d'un fluide turbulent: c'est à dire que l'inertie l'emportera sur la viscosité et qu'à un moment ou un autre on aura des turbulences.

Pour ce qui concerne la cambrure:
Les "premiers" avions avaient des cambrures très fortes (profils Joukovski typiquement - Disons que c'était les seuls profils que l'on savait à peu près calculer et comprendre à l'époque). Par contre l'épaisseur est très faible et l'aile est donc fragile (regarde l'épaisseur de l'aile des biplans... on comprends mieux pourquoi ce n'était pas des monoplans et qu'ils sont haubanés de partout). Cependant, c'est un profil qui porte bien à faible vitesse, mais on ne peut pas aller vite avec...

On peut diminuer la cambrure et augmenter l'épaisseur et en contrepartie on gagne en solidité de l'aile. Ce n'est pas encore optimum pour aller vite, mais on peut supprimer les haubans et mettre du carburant dedans. On retrouve beaucoup de ces profils sur les appareils monomoteurs de performances moyennes (TB20, TB10...) ou même sur des appareils plus porteurs qui doivent être solides au détriment de la vitesse (le Bombardieur CL415 par ex).

Bon, par contre, si on veut aller plus vite, là commence la lutte réelle contre la trainée et comme cela a été dit un peu plus haut, la vitesse contribue au carré... donc à quoi bon avoir un profil qui porte beaucoup (et par conséquent traine bcp) à faible vitesse quand on veut aller vite ...? Pour réduire cette trainée, on va réduire l'épaisseur... c'est ce que l'on retrouve sur des appareils de chasse de la seconde guerre. Des ailes assez fines, mais par contre pour atterrir, c'est un peu galère, faut arriver vite, sinon... on décroche, on vient donc installer plus ou moins toutes les solutions connues (volets, volets à fente, bec,...) pour éviter d'atterrir à des vitesses élevées (et c'est valable aussi pour le décollage). Les ailes possèdent peu de cambrure, car plus ou met de cambrure plus cela influence aussi le moment piqueur, qu'il faudra compenser -> la cambrure impact donc la stabilité en plus de trainer.

Mais maintenant que l'on va vite, on se retrouve limité avec les effets de Mach. Sur l'extrados, du fait de la dépression, de la chute de température associée à la dépression,... on peut se retrouver dans des conditions supersoniques.
Alors, pour les conditions proches du supersonique (typiquement les Airbus, Boeing...) on met des ailes en flèche. Du fait de la géométrie, on arrive à faire travailler l'aile dans des conditions subsoniques, mais on perd en portance au passage (et encore d'autres effets en stabilité) et le décrochage peut ne pas être très propre (on développe alors divers solutions, comme les cloisons d'ailes qui limite la circulation de l'air sur l'aile). On a aussi adapté les profils des ailes, c'est ce que l'on nomme les profils supercritiques. Sur l'extrados, ces profils sont quasiment plats, ce qui permet de garder de la portance tout en travaillant un peu dans des domaines soniques. C'est les profils des Airbus, Boeing, ... Ils sont assez reconnaissables. Cela explique aussi pourquoi, un avion moderne (Airbus 330/350...) à moins de flèche qu'une Caravelle.
Pour les appareils plus rapides, pas le choix, faut un profil adapté et dans ces conditions une aile trop épaisse et qui a trop de cambrure, perd énormément en efficacité et traine beaucoup. On développe alors des ailes qui sont quasiment des lames de rasoir (l'aile du F104 typiquement). Ça ne porte rien à faible vitesse (enfin si un peu, mais bon...) mais par contre, ça fait le travail à très grande vitesse.
Mais comme on se retrouve avec des profils peu épais, pas le choix, si on veut que la structure tienne et avoir assez de surface, faut augmenter la corde et on arrive, alors, à des formes d'ailes du type de celles du Concorde, des ailes Delta,...

En fait, en cherchant de quoi détailler un peu tout a, je suis tombé sur cette vidéo:
https://www.youtube.com/watch?v=q_eMQvDoDWk

Petit coup d'œil aussi :
http://www.heliciel.com/aerodynamique-h ... 20pale.htm

[Dubble]

Bonjour,

Merci beaucoup! Mais je suis assez perdu....

Qu'est-ce qu'un " Reynold "?
Re_x??u? x?

Je suis très confus....

Enfaîte, je connais la réponse à ma question (en augmentant l'incidence, la portance augmente). Mais je ne comprends pas pourquoi puisque une grande partie de l'aile après le point de transition ne crée pas de depression (ecoulement turbulent/tourbillonnaire).
Au contraire, avec une incidence faible, le point de transition est plus proche du bord de fuite donc une plus grande partie de l'aile crée la sustentation.

Merci de m'expliquer,

L'écoulement est quasiment toujours turbulent autour d'une aile. La partie laminaire est vraiment négligeable
En fait il ne faut pas confondre écoulement turbulent et tourbillonnaire. Tourbillonnaire c'est décroché donc moins de portance. Turbulent tu as toujours de la portance.

Pour savoir si un écoulement en un point est turbulent ou pas on utilise le critère du nombre de Reynolds
Le nombre de Reynolds vaut u (la vitesse) * x (la distance au bord d'attaque) / la viscosité. Du coup le nombre de Reynolds augmente linéairement au fur et à mesure qu'on avance sur une corde de l'aile.
Quand il atteint 5x10^5, on constate une transition vers le turbulent. Cette valeur de 5x10^5 arrive très très vite, voir les valeurs données ci haut

Pour le reste Chuck explique très bien

[AF340]

Bonjour,

Merci de vos réponses.

Je lis - relis - rerelis vos messages tous les jours! C'est assez compliqué pour moi...

En un premier temps, est-ce que quelqu'un pourrait m'expliquer le "concept" de la couche limite?
Sur plusieurs sites, on peut lire que la couche limite est la partie ou l'écoulement de l'air s'écoule moins vite.

Bon, si on part de là, on peut dire qu'une bonne partie de l'aile est la couche limite (bord de fuite)....
Mais une partie de l'aile a un écoulement turbulent/tourbillonnaire. Est-ce que cette air est-elle aussi accéléré?
Donc la couche limite est la zone ou il y a un écoulement turbulent/tourbillonnaire? Ou le profil d'aile n'accélère plus vraiment les filets d'air?

Merci

[Feeel]

La couche limite c'est la couche à partir de laquelle les filets d'air de l'écoulement commencent à être ralentis (par la proximité d'une surface) il me semble

[AF340]

Merci Feeel,

Je vois ça maintenant dans mon livre!

Disons qu'il y a une surface fixe. Pourquoi est-ce que l'air ralentit? La première couche arrive et "frappe" la surface fixe. La couche suivante s'arrête et "frappe" la première couche bloqué.

Donc comment est-ce que l'air "ralentit"?

Merci!

[Feeel]

Non c'est pas comme ça que ça se passe je pense, fin je suis pas le plus apte à te répondre :/

[chuck_73]

l'air es visqueux.

Reprend l'image que je donnais avec les feuilles de papier face à un obstacle.
La première feuille frotte avec l'obstacle. Si c'est du papier de verre ou au contraire un surface plus lisse, cette feuille glissera plus ou moins bien (elle acrochera sur du papier de verre et glissera bien sur une surface lisse).
Maintenant rajoute une feuille sur ta première feuille et recommence, la dernière feuille va glisser sur ta première feuille et cette dernière ne bougera quasiment pas. Recommence ceci avec une quantité infinie de feuilles et tu auras quelques chose comme:
-la feuille au contact de l'objet (papier de verre, plan de table ou autre) ne bougera pas (vitesse nulle)
-les feuilles glisserons les unes sur les autres,... et celle qui est en haut, aura la vitesse que tu voudras lui donner.

Dans le cas d'une aile d'avion, c'est sensiblement la même chose, à l'exception, que l'on ne donne pas de la vitesse uniquement à la dernière feuille. En effet, contrairement à nos feuille, l'air est un fluide.
Et donc, on aura, à l'interface avec la surface, de l'air avec une vitesse nulle. Plus on va s'éloigner de la surface, plus l'air va tendre à avoir la vitesse qu'on veut lui imposer (dans le cas d'un avion, ca sera la vitesse de l'avion dans l'air).

Maintenant, il peut y avoir une couche limite turbulente. Là, le concept de la couche de feuille n'est plus valable. Imagine au contraire des petits boulles de polystyréne (comme on en trouve dans certains coussin). Prends en et imagine mettre ca dans un cube en verre dont le fond est fait de telle sorte qu'on peut le faire bouger et qu'il a ressemble a des montagnes, collines... Sans grand mystère, tout imagine bien que ces boulles vont venir combler les creux entre les montagnes et collines, maintenant, si tu fais déplacer ces collines/bosses, les billes vont continuer à suivre les contours, mais ca va chambouler un peu tout et les billes vont rouler les unes sur les autres, il peut y avoir un petit temps avant que les billes ne retombent combler un trou, etc.... bref, ca devient le bazar.
Maintenant si tu mets une bonne épaisseur de billes, ca va être le bazar au contact avec la surface montagneuse, mais tout en haut du tas... on ne vas pas voir grand chose. Les frottements entre les billes et leur élasticité va faire en sorte que le bazar ne va pas se transmettre indéfiniment.
Maintenant, tu mets le tout à une échelle millimétrique, microscopique et tu as le concept de la couche limite turbulente. et tu percois que plus les montagnes sont hautes, plus le bazar va avoir tendance à se répecuter loin .

Bon, si un physicien me lit, il va hurler... mais tant pis.