pourquoi lavion vole-t-il ? sommaire 1.lexplication 2.facteurs influants 3.parametres subis et...
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POURQUOI L’AVION POURQUOI L’AVION VOLE-T-IL ?VOLE-T-IL ?
SOMMAIRE
1. L’EXPLICATION
2. FACTEURS INFLUANTS
3. PARAMETRES SUBIS ET PILOTES
1. L’EXPLICATION
• NECESSITE D’UNE FORCE VERS LE HAUT POUR CONTRER LE POIDS
1. L’EXPLICATION
• NECESSITE D’UNE FORCE VERS LE HAUT POUR CONTRER LE POIDS
• COMMENT CRÉER CETTE FORCE ?
1. L’EXPLICATION
• NECESSITE D’UNE FORCE VERS LE HAUT POUR CONTRER LE POIDS
• COMMENT CRÉER CETTE FORCE ?
– A l’origine l’homme copie l’oiseau :• Profil assez facile à construire en bois et toile mais forme très courbée
• Difficile à comprendre mais çà marche pour les vitesses de l’époque !
1. L’EXPLICATION
• NECESSITE D’UNE FORCE VERS LE HAUT POUR CONTRER LE POIDS
• COMMENT CRÉER CETTE FORCE ?
– A l’origine l’homme copie l’oiseau :• Profil assez facile à construire en bois et toile mais forme très courbée
• Difficile à comprendre mais çà marche pour les vitesses de l’époque !
– Pour améliorer l’invention et comprendre, l’homme simplifie et modélise
1. L’EXPLICATION
• NECESSITE D’UNE FORCE VERS LE HAUT POUR CONTRER LE POIDS
• COMMENT CRÉER CETTE FORCE ?
– A l’origine l’homme copie l’oiseau :• Profil assez facile à construire en bois et toile mais forme très courbée
• Difficile à comprendre mais çà marche pour les vitesses de l’époque !
– Pour améliorer l’invention et comprendre, l’homme simplifie et modélise
1. L’EXPLICATION
• ETUDE DU MODELE EN SOUFLERIE
1. L’EXPLICATION
• ETUDE DU MODELE EN SOUFLERIE
Observations–
1. L’EXPLICATION
• ETUDE DU MODELE EN SOUFLERIE
Observations– Les filets d’air sont déviés mais ils recollent au profil de l’aile
–
1. L’EXPLICATION
• ETUDE DU MODELE EN SOUFLERIE
Observations– Les filets d’air sont déviés mais ils recollent au profil de l’aile
– Sous l’aile, la perturbation est moins marquée
–
1. L’EXPLICATION
• ETUDE DU MODELE EN SOUFLERIE
Observations– Les filets d’air sont déviés mais ils recollent au profil de l’aile
– Sous l’aile, la perturbation est moins marquée
– A une certaine distance, amont/aval et haut/bas, il n’y a plus de perturbation
1. L’EXPLICATION
• ETUDE DU MODELE EN SOUFLERIE
Au dessus de l’aile, l’air semble être canalisé par deux cônes :
1. L’EXPLICATION
• ETUDE DU MODELE EN SOUFLERIE
Au dessus de l’aile, l’air semble être canalisé par deux cônes :
- 1 cône avant qui se rétrécit,
1. L’EXPLICATION
• ETUDE DU MODELE EN SOUFLERIE
Au dessus de l’aile, l’air semble être canalisé par deux cônes :
- 1 cône avant qui se rétrécit,
- 1 cône arrière qui s’élargit
1. L’EXPLICATION
• COMPORTEMENT DE L’AIR AU TRAVERS DE CONES
PRESSION
VITESSE
1. L’EXPLICATION
• COMPORTEMENT DE L’AIR AU TRAVERS DE CONES
PRESSION
VITESSE
1. L’EXPLICATION
• COMPORTEMENT DE L’AIR AU TRAVERS DE CONES
PRESSION
VITESSE
1. L’EXPLICATION
• COMPORTEMENT DE L’AIR AU TRAVERS DE CONES
PRESSION
VITESSE
1. L’EXPLICATION
• COMPORTEMENT DE L’AIR AU TRAVERS DE CONES
PRESSION
VITESSE
1. L’EXPLICATION
• COMPORTEMENT DE L’AIR AU TRAVERS DE CONES
PRESSION
VITESSE
1. L’EXPLICATION
• COMPORTEMENT DE L’AIR AU TRAVERS DE CONES
PRESSION
VITESSE
La pression et la vitesse évoluent en sens inverse
1. L’EXPLICATION
• COMPORTEMENT DE L’AIR AU TRAVERS DE CONES
PRESSION
VITESSE
La pression et la vitesse évoluent en sens inverse
A l’intérieur des deux cônes, la pression est toujours plus faible que la pression amont (et aval)
1. L’EXPLICATION
• APPLICATION A L’AILE
Pression finale = pression initiale
Vitesse finale = vitesse initiale
Pression initiale
Vitesse initiale
1. L’EXPLICATION
• APPLICATION A L’AILE
Pressions faiblesVitesses fortes
Pression finale = pression initiale
Vitesse finale = vitesse initiale
Pression initiale
Vitesse initiale
1. L’EXPLICATION
• APPLICATION A L’AILE
Zone de Pression faible = Dépression
--- --
--
--
-- -
1. L’EXPLICATION
• APPLICATION A L’AILE
Zone de Pression faible = Dépression=> Effet de succion vers le haut
--- --
--
--
-- -
1. L’EXPLICATION
• APPLICATION A L’AILE
Zone de Pression faible = Dépression=> Effet de succion vers le haut
--- --
--
--
-- -
++ ++ + ++
1. L’EXPLICATION
• APPLICATION A L’AILE
Zone de Pression faible = Dépression=> Effet de succion vers le haut
--- --
--
--
-- -
++ ++ + ++Zone de surpression
=> Effet de répulsion vers le haut
1. L’EXPLICATION
• APPLICATION A L’AILE
--- --
--
--
-- -
++ ++ + ++
Ra : Résultante aérodynamique
Vr
1. L’EXPLICATION
• APPLICATION A L’AILE
--- --
--
--
-- -
++ ++ + ++
Ra : Résultante aérodynamiquePortance : Rz
Rx : TraînéeVr
1. L’EXPLICATION
• APPLICATION A L’AILE
--- --
--
--
-- -
++ ++ + ++
Ra : Résultante aérodynamiquePortance : Rz
Rx : Traînée
Extrados
Vr
Intrados
1. L’EXPLICATION
• APPLICATION A L’AILE
--- --
--
--
-- -
++ ++ + ++
Ra : Résultante aérodynamiquePortance : Rz
Rx : Traînée
Extrados
Bord d’attaque
Vr
Intrados Bord de fuite
1. L’EXPLICATION
• APPLICATION A L’AILE
--- --
--
--
-- -
++ ++ + ++
Ra : Résultante aérodynamiquePortance : Rz
Rx : Traînée
Corde de profil
Extrados
Bord d’attaque
Vr
Intrados Bord de fuite
1. L’EXPLICATION
• APPLICATION A L’AILE
--- --
--
--
-- -
++ ++ + ++
Ra : Résultante aérodynamiquePortance : Rz
Rx : Traînée
Corde de profil
Extrados
Bord d’attaque
Remarques : - 2/3 de la Portance est due à l’extrados- Portance est toujours perpendiculaire au vent relatif (Vr)- Traînée est toujours parallèle au vent relatif
Vr
Intrados Bord de fuite
1. L’EXPLICATION
L’avion vole grâce au profil de l’aile
qui, soumis à un vent relatif,
engendre
la RESULTANTE AERODYNAMIQUE
capable d’équilibrer, voire de surpasser, le poids.
SOMMAIRE
1. L’EXPLICATION
2. FACTEURS INFLUANTS
3. PARAMETRES SUBIS ET PILOTES
2. FACTEURS INFLUANTS SUR Ra
2.1. INVENTAIRE DES FACTEURS
2. FACTEURS INFLUANTS SUR Ra
2.1. INVENTAIRE DES FACTEURS
- INCIDENCE = angle entre la corde de profil et le vent relatif
Vr
2. FACTEURS INFLUANTS SUR Ra
2.1. INVENTAIRE DES FACTEURS
- INCIDENCE = angle entre la corde de profil et le vent relatif
- VITESSE => vent relatif
Vr
2. FACTEURS INFLUANTS SUR Ra
2.1. INVENTAIRE DES FACTEURS
- INCIDENCE = angle entre la corde de profil et le vent relatif
- VITESSE => vent relatif
- FORME DE L’AILE
Vr
2. FACTEURS INFLUANTS SUR Ra
2.1. INVENTAIRE DES FACTEURS
- INCIDENCE = angle entre la corde de profil et le vent relatif
- VITESSE => vent relatif
- FORME DE L’AILE
- CARACTERISTIQUES DE L’AIR
Vr
2. FACTEURS INFLUANTS SUR Ra
2.2. INCIDENCE
Vr
Rz
Rx
Ra
i = 0 à 1°
2. FACTEURS INFLUANTS SUR Ra
2.2. INCIDENCE
Vr
Vr
Rz
Rx
Ra
i = 0 à 1°
Rx
Rz
Ra
i = 8 à 12°
2. FACTEURS INFLUANTS SUR Ra
2.2. INCIDENCE
Vr
Vr
Rz
Rx
Ra
i = 0 à 1°
Rx
Rz
Ra
i = 8 à 12°
Rx
Rz
Ra
i = 18°
2. FACTEURS INFLUANTS SUR Ra
2.2. INCIDENCE
Vr
Vr
Vr
Rz
Rx
Ra
i = 0 à 1°
Rx
Rz
Ra
i = 8 à 12°
Rx
Rz
Ra
i = 18°
RzRx
Ra
i > 18°Rz < Poids
=> DECROCHAGE
2. FACTEURS INFLUANTS SUR Ra
2.2. INCIDENCE (suite)
Vr Rx
Rz
Ra
Rz = ½ ρ V² S Cz
Rx = ½ ρ V² S Cx
2. FACTEURS INFLUANTS SUR Ra
2.2. INCIDENCE (suite)
Vr Rx
Rz
Ra
Rz = ½ ρ V² S Cz
Rx = ½ ρ V² S Cx
Cx
Cz
i =10°
i =18°Cz max
Décrochage
2. FACTEURS INFLUANTS SUR Ra
2.3. VITESSE
Vr Rx
Rz
Ra
Rz = ½ ρ V² S Cz
Rx = ½ ρ V² S Cx
2 Vr4 Rx
4 Rz
4 Ra
2. FACTEURS INFLUANTS SUR Ra
2.4. FORME DE L’AILE2.4.1. SURFACE
VrRx
Rz
Ra
Rz = ½ ρ V² S Cz
Rx = ½ ρ V² S Cx
2 Rx
2 Rz 2 Ra
Vr
S
2 S
2. FACTEURS INFLUANTS SUR Ra
2.4.1. SURFACE (suite)
VrRx
Rz
Ra
Rz = ½ ρ V² S CzS
Rz reste constantV diminue mais S augmente
ouV augmente mais S diminue
2. FACTEURS INFLUANTS SUR Ra
2.4.1. SURFACE (suite)
VrRx
Rz
Ra
Rz = ½ ρ V² S CzS
Rz reste constantV diminue mais S augmente
ouV augmente mais S diminue
Le 1er cas est particulièrement intéressant pour le décollage et l’atterrissage => Variation de S à l’aide des volets
2. FACTEURS INFLUANTS SUR Ra
2.4.2. L’ALLONGEMENT (λ)
Envergure Corde
λ = Envergure
Corde9.801.65TB 10 : λ = = 6.5
2. FACTEURS INFLUANTS SUR Ra
2.4.2. L’ALLONGEMENT (λ)
Envergure Corde
λ = Envergure
Corde
λ influe sur le Cx
Si λ grand => Cx petitet inversement
9.801.65TB 10 : λ = = 6.5
2. FACTEURS INFLUANTS SUR Ra
2.4.2. L’ALLONGEMENT (λ)
Envergure Corde
λ = Envergure
Corde
λ influe sur le Cx
Si λ grand => Cx petitet inversement
Application : aile de planeurTrès grande envergure => λ important
=> Traînée faible
9.801.65TB 10 : λ = = 6.5
2. FACTEURS INFLUANTS SUR Ra
2.5. CARACTERISTIQUE DE L’AIR
Rz = ½ ρ V² S Cz
Rx = ½ ρ V² S Cx
ρ = masse volumique de l’air (notion de densité)
Si ρ diminue Rz et Rx diminuent et inversement.
2. FACTEURS INFLUANTS SUR Ra
2.5. CARACTERISTIQUE DE L’AIR
Rz = ½ ρ V² S Cz
Rx = ½ ρ V² S Cx
ρ = masse volumique de l’air (notion de densité)
Si ρ diminue Rz et Rx diminuent et inversement.
Application- en haute altitude , ρ est faible => portance et traînée plus faibles- à l’atterrissage au dessus d’une piste très chaude, ρ plus faible
=> Rz diminue => l’avion s’enfonce
2. FACTEURS INFLUANTS SUR Ra
RESUME
Facteur Influence
Incidence
Vitesse
Surface de l’aile
Allongement de l’aile
Densité de l’air
2. FACTEURS INFLUANTS SUR Ra
RESUME
Facteur Influence
IncidenceRz augmente avec l’incidence jusqu’à environ 18° puis décroît très rapidement alors que Rx devient alors prédominante (décrochage).
Vitesse
Surface de l’aile
Allongement de l’aile
Densité de l’air
2. FACTEURS INFLUANTS SUR Ra
RESUME
Facteur Influence
IncidenceRz augmente avec l’incidence jusqu’à environ 18° puis décroît très rapidement alors que Rx devient alors prédominante (décrochage).
Vitesse Rz et Rx augmentent avec le carré de la vitesse.
Surface de l’aile
Allongement de l’aile
Densité de l’air
2. FACTEURS INFLUANTS SUR Ra
RESUME
Facteur Influence
IncidenceRz augmente avec l’incidence jusqu’à environ 18° puis décroît très rapidement alors que Rx devient alors prédominante (décrochage).
Vitesse Rz et Rx augmentent avec le carré de la vitesse.
Surface de l’aile
Rz et Rx augmentent proportionnellement avec la surface de l’aile.
Allongement de l’aile
Densité de l’air
2. FACTEURS INFLUANTS SUR Ra
RESUME
Facteur Influence
IncidenceRz augmente avec l’incidence jusqu’à environ 18° puis décroît très rapidement alors que Rx devient alors prédominante (décrochage).
Vitesse Rz et Rx augmentent avec le carré de la vitesse.
Surface de l’aile
Rz et Rx augmentent proportionnellement avec la surface de l’aile.
Allongement de l’aile
Une aile à fort allongement possède une traînée plus faible. Elle est donc plus performante.
Densité de l’air
2. FACTEURS INFLUANTS SUR Ra
RESUME
Facteur Influence
IncidenceRz augmente avec l’incidence jusqu’à environ 18° puis décroît très rapidement alors que Rx devient alors prédominante (décrochage).
Vitesse Rz et Rx augmentent avec le carré de la vitesse.
Surface de l’aile
Rz et Rx augmentent proportionnellement avec la surface de l’aile.
Allongement de l’aile
Une aile à fort allongement possède une traînée plus faible. Elle est donc plus performante.
Densité de l’air
Rz est meilleure en basse altitude mais Rx est aussi plus fort
SOMMAIRE
1. L’EXPLICATION
2. FACTEURS INFLUANTS
3. PARAMETRES SUBIS ET PILOTES
3. PARAMETRES SUBIS ET PARAMETRES PILOTES
3.1. PARAMETRES SUBIS
– Densité de l’air
3. PARAMETRES SUBIS ET PARAMETRES PILOTES
3.1. PARAMETRES SUBIS
– Densité de l’air
– Caractéristiques de l’aile
• Surface fixe (hors utilisation des volets)
• Allongement fixe
3. PARAMETRES SUBIS ET PARAMETRES PILOTES
3.1. PARAMETRES SUBIS
– Densité de l’air
– Caractéristiques de l’aile
• Surface fixe (hors utilisation des volets)
• Allongement fixe
– Etat de la surface de l’aile
=> une surface sale ou recouverte de givre ou de neige dégrade le Cz (portance) et augmente le Cx (traînée)
3. PARAMETRES SUBIS ET PARAMETRES PILOTES
3.2. PARAMETRES PILOTES– Vitesse– Incidence– Surface et courbure de l’aile lors de l’utilisation des volets
3. PARAMETRES SUBIS ET PARAMETRES PILOTES
3.2. PARAMETRES PILOTES– Vitesse– Incidence– Surface et courbure de l’aile lors de l’utilisation des volets
Relation Vitesse/Incidence Rz = ½ ρ V² S Cz
3. PARAMETRES SUBIS ET PARAMETRES PILOTES
3.2. PARAMETRES PILOTES– Vitesse– Incidence– Surface et courbure de l’aile lors de l’utilisation des volets
Relation Vitesse/Incidence Rz = ½ ρ V² S Cz
Cx
Czi =18°
Cz max
Décrochage
3. PARAMETRES SUBIS ET PARAMETRES PILOTES
3.2. PARAMETRES PILOTES– Vitesse– Incidence– Surface et courbure de l’aile lors de l’utilisation des volets
Relation Vitesse/Incidence Rz = ½ ρ V² S Cz
Cx
Czi =18°
Cz max
Décrochage
Rz peut rester constant alors que la vitesse change : il faut modifier Cz en agissant sur l’incidence V Incidence V Incidence
POURQUOI L’AVION VOLE-T-IL ?POURQUOI L’AVION VOLE-T-IL ?
POURQUOI L’AVION VOLE-T-IL ?POURQUOI L’AVION VOLE-T-IL ?
• La forme de l’aile génère, grâce à la vitesse, une force La forme de l’aile génère, grâce à la vitesse, une force capable de surpasser le poids de l’avion. capable de surpasser le poids de l’avion.
POURQUOI L’AVION VOLE-T-IL ?POURQUOI L’AVION VOLE-T-IL ?
• La forme de l’aile génère, grâce à la vitesse, une force La forme de l’aile génère, grâce à la vitesse, une force capable de surpasser le poids de l’avion. capable de surpasser le poids de l’avion.
• Le pilote adapte en permanence certains paramètres Le pilote adapte en permanence certains paramètres pour entretenir et tirer le meilleur profit de cette force.pour entretenir et tirer le meilleur profit de cette force.