pourquoi lavion vole-t-il ? sommaire 1.lexplication 2.facteurs influants 3.parametres subis et...

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.