Transcript AERODYNAMIQUE ET MECANIQUE DU VOL Résistance de l’air Origine de la portance Centre de poussée Equilibre des forces en palier stabilisé Equilibre des forces en.

AERODYNAMIQUE ET MECANIQUE DU VOL
Résistance de l’air
Origine de la portance
Centre de poussée
Equilibre des forces en palier stabilisé
Equilibre des forces en montée stabilisée
Equilibre des forces en descente stabilisée
QUELQUES RAPPELS
NOTION DE FORCE:
Toute cause capable de produire ou de modifier un mouvement ou
l’équilibre d’un corps
CARACTERISTIQUES:
UNE INTENSITE: mesurée en newton (N)
UNE DIRECTION
UN POINT D’APPLICATION
LES FORCES SONT DES GRANDEURS VECTORIELLES
POINT D’APPLICATION
INTENSITE
DIRECTION
CALCUL DE LA RESULTANTE DES FORCES
R
f1
f3
f2
LOI DES ACTIONS RECIPROQUES (NEWTON)
LORSQU’UN CORPS
A
F
EXERCE UNE FORCE
SUR UN CORPS
B,
A
B
LE CORPS
B
EXERCE UNE FORCE DE REACTION
– F
SUR LE CORPS
A
NOTION D’ACCELERATION
SI LA VITESSE D’UN POINT MATERIEL PASSE DE:
V à V + Dv
ENTRE L’INSTANT T ET dT SON ACCELERATION EST EGALE A:
dV/dT
L’UNITE D’ACCELERATION EST LE METRE SECONDE PAR SECONDE
DONC LE
m/S
2
TOUTE VARIATION DU VECTEUR VITESSE EN INTENSITE ET OU EN
DIRECTION DETERMINE UNE ACCELERATION
DÉFINITIONS RELATIVES À LA PRESSION
• NB: L’unité légale de mesure de la pression est le Pascal (Pa).
• 1°/ Corps au repos: la pression exercée par l’air immobile en chaque point
de la surface d’un corps au repos en contact avec lui s’appelle pression
statique (Ps);
St. EX
• 2°/ Corps en mouvement: En plus de la pression statique, l’air exerce en
tout point de la surface du corps perpendiculaire au déplacement une
pression appelée pression dynamique (Pd). Le savant Bernouilli a démontré
que:
Pd = ½ ρ V2
avec ρ = masse volumique de l’air en kg/m3
et V = vitesse en m/s.
Rappel: la masse volumique de l’air est la masse représentée
par un volume d’air de 1 m3.
DÉFINITIONS RELATIVES À LA PRESSION
• Cette vitesse V correspond à la vitesse de rapprochement entre les
filets d’air et l’avion. Les aérodynamiciens la nomment vitesse du vent
relatif et les pilotes vitesse air.
Vitesse air
St. EX
Vit. du vent relatif
• L’ULM en vol est donc soumis à une pression totale (Pt) appelée
également pression d’impact (Pi) et qui correspond à la somme des
pressions statique et dynamique.
Pt = Ps + Pd
• La pression totale sera mesurée à l’aide d’une sonde fixée sous l’aile ou
contre le fuselage et qui consiste en un tube appelé tube de pitot pour
les avions légers et antenne de Kollsman pour les autres.
NOTION DE FORCE AÉRODYNAMIQUE
• La force résultant de la pression dynamique sur une surface « S »
perpendiculaire au déplacement vaut:
F = Pd.S
• Pour un avion en vol, la surface « S » correspond par exemple à:
surface « S »
équivalente à la
surface offerte
« de face » par
l’avion en vol
• Comme elle n’est pas perpendiculaire en tout point de par sa forme
étudiée pour être la plus aérodynamique possible, on lui attribue un
coefficient Ca appelé coefficient aérodynamique, exactement comme
pour les automobiles et leur Cx. On aura donc:
Fa = Pd.S.Ca = ½ ρ V2.S.Ca
1 – RAPPEL DE NOTIONS ELEMENTAIRES
Le vent relatif :
Le vent relatif est le mouvement relatif de l'air par rapport à
un objet en déplacement.
il est toujours parallèle et de sens opposé
à la trajectoire de l’objet.
Vent Relatif
Résistance de l ’air
R.F.A
PORTANCE
Rz
Vent relatif
TRAINEE
Rx
Angle d’incidence
Vent Relatif
Résistance = 100 %
Bernoulli
Vent Relatif
Résistance =1050%%
LE THEOREME DE BERNOULLI – 1/3
Le principe qui nous intéresse …
… Lorsque la vitesse d’un fluide incompressible
augmente, sa pression statique diminue…
Ce qu’il faut comprendre …
Exemple du tuyau d’arrosage
LE THEOREME DE BERNOULLI – 2/3
A) Relation vitesse/pression.
La pression totale d’un fluide incompressible est constante.
Pt = Pd + Ps = constante
B) Relation Vitesse/section
Le produit de la vitesse d’écoulement par la section est
constant.
Section (S) x vitesse (V) = débit = constante
APPLICATION A L’AILE D’AVION
Angle d’incidence
Rz
RFA
Centre de poussée
Dépressions = 2/3 de RFA
Rx
Vent relatif
Surpressions = 1/3 de RFA
L’ ÉCOULEMENT DE L’AIR
La soufflerie permet l'étude des filets d'air (suite de particules d'air
ayant la même trajectoire) autour d’une maquette.
Le déplacement de l'air est appelé "écoulement" de l'air autour de la maquette
On distingue 3 types d'écoulements :
Ecoulement laminaire :
Les particules d'air ont des trajectoires rectilignes
et parallèles entre elles (écoulement idéal sur le
profil avec traînée minimum)
Ecoulement turbulent :
Les particules ont des trajectoires pratiquement
parallèles entre elles mais non rectilignes (la finesse
de l'appareil se dégrade)
Ecoulement tourbillonnaire :
L'ensemble est très désordonné, certaines particules
peuvent remonter le courant principal et former des
tourbillons (à éviter autant que possible mais
inévitable dans certains cas !)
L’ ÉCOULEMENT DE L’AIR
Écoulement turbulent
Écoulement laminaire
Écoulement tourbillonnaire
Exemple de visualisation de l’écoulement d’air sur la DS 19
Différentes formes de profil
Profil creux
Profil plat
Profil biconvexe
dissymétrique
Profil à double
courbure
Profil biconvexe
symétrique
Les forces en présence
1 force de gravitation :
Le poids (P) qui est le produit de la masse d’un corps (M) par
l’accélération de la pesanteur (g : 9,81 m/s/s en France)
1 force aérodynamique :
La résultante des forces aérodynamique (RFA)
décomposée en 2 vecteurs :
La portance (Rz) définie par la formule : 1/2 r S V² Cz
La traînée (Rx) définie par la formule : 1/2 r S V² Cx
1 force motrice :
La traction ou propulsion du GMP (T)
Equilibre des forces en palier stabilisée
PORTANCE (Rz)
TRACTION (T)
TRAINEE (Rx)
POIDS (Mg)
Equilibre des forces en montée stabilisée
Poids (Mg)
Equilibre des forces en descente stabilisée
PRESSION STATIQUE
Pression atmosphérique
Pression statique
Pression atmosphérique
Pa = Ps
PRESSION STATIQUE
Fluide au repos
Pression atmosphérique
Pression statique
PRESSION STATIQUE
Pression atmosphérique
Pression statique
Pression atmosphérique
Pression atmosphérique
Pression statique
PRESSION DYNAMIQUE
C’est la pression due au mouvement du fluide.
Elle exprime l’énergie cinétique d’une masse en mouvement.
Concernant l’air, la pression dynamique se calcule par la formule :
Ec = ½ r V²
PRESSION DYNAMIQUE
Pression dynamique
A
B
PRESSION TOTALE
Pression atmosphérique
Pression totale h
C’est la somme des pressions statique et dynamique :
Pt = ½ ρ V² + Ps
LE THEOREME DE BERNOULLI – 3/3
La vitesse en S2 est supérieure à la vitesse en S1 pour
respecter l’équation de continuité : S1 x V1 = S2 x V2 = débit
Si la vitesse augmente en S2, la pression dynamique augmente
proportionnellement.
La pression statique doit diminuer pour que la pression totale
reste constante.
Débit
S2
S1