TPE 2016

Ce n’est pas le fuselage qui crée la portance mais les ailes. L’aile est alors composée de deux faces, l’intrados et l’extrados qui correspondent à la face inférieure de l’aile et à la face supérieure de l’aile.

L’extrados est toujours plus bombé que l’intrados qui lui est généralement plat. Donc, mathématiquement l’extrados est toujours plus long que l’intrados.

Donc l’air en circulant sur l’extrados, selon le théorème de Bernoulli subit une baisse de pression car il doit perdre le moins d’énergie cinétique possible. Cette dépression va créer de la portance sur l’extrados

 Selon l’effet Coanda sur le déplacement d’un fluide autour d’une forme liée à la 3ème loi de Newton, autour d’une aile peut être décomposé ainsi :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Donc grâce à ces deux théorèmes complétés par le théorème de Bernoulli, le flux d’air autour de l’aile crée une force de portance qui va faire voler l’avion. Et comme vu précédemment nous pouvons quantifier cette force grâce à différentes formules.

 

On remarque que la flèche augmente rapidement peu après le bord d’attaque, l’extrados est toujours plus bombé que l’intrados, il faut alors que les couches d’air soient accélérées et déviées du bord d’attaque le bord de fuite selon Bernoulli, Coanda et Newton. Donc si l’extrados est bombé et l’intrados ne l’est pas, alors ce profil peut générer plus de portance que de trainée, et peut alors voler. On aura Cz>Cx.

Voyons plus précisément comment le flux d’air s’écoule à l’arrière du bord d’attaque.

 

 

 

Autour d’une aile, la dépression sur l’extrados et la surpression sur l’intrados permet de faire voler l’aile. Le schéma ci-dessous montre les vecteurs de portance. L’air s’écoule de différentes façons sur l’aile.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L’écoulement des couches d’air autour de l’aile provoque de la trainée de frottement. L’écoulement est laminaire le long du bord d’attaque, peu après se situe le point de transition (pression statique minimum et vitesse filet d’air maximum). Après ce point de transition, les couches d’air deviennent turbulentes. C’est seulement la couche limite qui est affectée par ce phénomène sur l’intrados. Ce point de transition n’est pas fixe à cause des changements de vitesse, c’est une zone de transition.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Donc au-delà, et dans la zone de transition les Reynolds sont supérieurs à 2100, cette zone est calculable.

Plus précisément, la loi de Kutta-Joukowski (vue précédemment) décrit au mieux la portance de l’aile avec des rotors aérodynamiques synchronisés.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C’est donc bien la forme semi-profilée de l’aile qui modifie le comportement de l’air, créant une poussée verticale sustentatrice qui est la portance.

Donc pour qu’un avion vole, il faut que la force de portance Fz soit supérieure ou égale au poids. On peut alors décomposer les forces autour d’un avion comme ceci. La propulsion est assurée par un moteur faisant tourner une hélice, créant une dépression à l’avant de l’avion, ce qui le fait avancer.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nous avons réalisé une expérience qui consiste à placer des fils de laine sur l'aile d'un planeur et à observer leur comportement en vol à différentes vitesses :