bia mécanique de vol - 2 1. 2 la finesse définition: cest laptitude dun avion à «transformer»...
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BIAMécanique de Vol - 2
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La finesseDéfinition:c’est l’aptitude d’un avion à «transformer» en vol plané une hauteur H en distance D.
H
D
Si D = 10 H, on dit que la finesse de l’avion est de 10
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La finesse
Ra
Rx
Rz
Vent relatif
Mais c’est aussi le rapport entre la Portance Rz et la traînée Rx:
f = Rz / Rx
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La finesse
Ra
Rx
Rz
Vent relatif
La finesse varie donc en fonction de l’angle d’incidence.
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Influence du profil d’une aile
Les qualités aérodynamiques d’une aile varient en fonction de son profil
Deux éléments jouent un rôle essentiel:
Sa courbure
Son épaisseur
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Influence du profil sur la portance
A
C B
Profil biconvexe dissymétriqueProfil creux fin
Profil creux épais
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Influence du profil sur la traînée
AA
C B
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Influence du profil sur la Résultante Aérodynamique
AA
C B
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Influence de l’allongement de l’aile
La traînée totale d’une aile est la somme de 2 traînées particulières:
- la traînée de profil- la traînée induite
La première est due à l’état de surface de l’aile et à la résistance des forces de pression appliquées à sa surface
La deuxième trouve son origine dans la portance
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Influence de l’allongement de l’aile
Intrados
Extrados
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Influence de l’allongement de l’aile
Aux extrémités de l’aile, l’air en surpression sous l’intrados tend à s’écouler vers l’extrados en donnant naissance à 2 tourbillons marginaux
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Tourbillons en bout d’aile
Aux extrémités de l’aile, l’air en surpression sous l’intrados tend à s’écouler vers l’extrados en donnant naissance à 2 tourbillons marginaux
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Tourbillon en bout d’aileAux extrémités de l’aile, l’air en surpression sous l’intrados tend à s’écouler vers l’extrados en donnant naissance à 2 tourbillons marginaux
Solution: Rendre l’aile infinie ? Solution: Réduire les tourbillons en adaptant des « Winglets ».En cours de généralisation sur les avions de ligne
1417/07/00
Un grand allongement donne un meilleur coefficient de Portance (CZ)
1517/07/00
Variation du Cz en fonction de l’allongement
Cz
0 20° 25°15°10°5°-5°-10°-15°
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
Faible allongement
Grand allongement
Cz max
Cz max
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Influence de la surface de l’aile
La portance et la traînéesont proportionnelles àla surface de l’aile
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6500 m/0= 0,5
Niveau de la mer
/0 = 1
5 0
00 N
10 0
00 N
Influence densité de l’air /0
(1,225 kg/m3)
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Les coefficients de portance et de traînée
On peut mettre en équation l’intensité de la portance Rz et de la traînée Rx:
Rz = ½ V² S Cz
Rx = ½ V² S Cx
(ro) est la masse volumique de l’air en kg/m3
S la surface de référence de l’avion en m2
V la vitesse par rapport à la masse d’air en m/sCx et CZ sont des coefficients sans unité
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Pression dynamique et portance
Le mathématicien Bernouilli a montré que dans un écoulement fluide, la somme de la pression statique et de la pression dynamique est une constante:
Ps + ½ V² = constante
Dans l’équation Rz = ½ V² S Cz
½ V² pression dynamiqueS surface des ailes en m²Cz coefficient de portance du profil
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Exemple:Un avion à une Vp de 100 kt. La surface de ses ailes
est de 18 m². La densité de l’air est 1,225 kg/m3.
Si à l’incidence de vol le coefficient de portance Cz est de 0,4 et le coefficient de traînée 0,05 on demande de calculer:
• La portance• La traînée• La finesse
• La finesse: 0,4 / 0,05 = 8
• La portance: 1,225 x 50²x 18 x 0,4 / 2 = 11 024 N
• La traînée: 1,225 x 50²x 18 x 0,05 / 2 = 1378 N
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On regroupe ces différents paramètres en 2 coefficients:
- le coefficient de portance : Cz- le coefficient de traînée : Cx
Les variations de ces 2 paramètres seront regroupées sur 1 seule courbe:
la POLAIRE
2217/07/00 Mécanique du vol
Variation des Cz en fonction de l’incidence Cz
0 20° 25°15°10°5°-5°-10°-15°
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
2317/07/00 Mécanique du vol
Variation des Cx en fonction de la variation de l’angle d’incidence Cx
0 20° 25°15°10°5°-5°-10°-15°
0,04
0,08
0,12
0,16
0.20
0,24
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PolairePolaire
Cz
Cx
1
0,5
1,5
0 0,5 1
La polaire d’une aile est représentative del’évolution des coefficients Cx et Cz en fonction de l’incidence
Le rapport Cz / Cx s’appelle la
finesse « f »
f = Cz / Cx
ou f = Rz / Rx
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PolairePolaireCz
Cx
E
S
M
P
R
Vol normal
Vol inversé
Portance nulle
Trainée minimale
Finesse max vol normal
Finesse max vol dos
Portance maxi
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Quelques dispositifs hypersustentateurs
Système bec et volet
Volet Fowler
Volet d’intrados
Volet de courbure à fente
Volet de courbure
27Cx
Cz
Volets 40°
Volets 25°
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Equilibre des forcesVol horizontal
z
x T
P
Ra
Poids
TrainéeTraction
PortanceRésultanteAérodynamique
RésultanteMécanique
T + P + Ra = 0
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Equilibre des forcesVol en montée
P
RaTx
z
Poids
TrainéeTraction
PortanceRésultanteAérodynamique
RésultanteMécanique
T + P + Ra = 0
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Equilibre des forcesVol en descente
P
Ra
x
z
T
Poids
TrainéeTraction
PortanceRésultanteAérodynamique
RésultanteMécanique
T + P + Ra = 0
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Equilibre des forcesVol plané rectiligne en descente
P
Ra
x
z
Poids
TrainéeTraction
Portance
RésultanteAérodynamique
RésultanteMécanique
P + Ra = 0
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Equilibre des forcesMontée verticale
Poids
Trainée
Traction
Portance
RésultanteAérodynamique
RésultanteMécanique
T + P + Ra = 0
Ra
Tx
P
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Equilibre des forcesDescente verticale
Poids
Trainée
Traction
Portance
RésultanteAérodynamique
RésultanteMécanique T + P + Ra = 0
T
Ra
x
P
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Changement de trajectoires
T
P
Ra
T
P
Ra
P
RaTx z
P
Ra
x
z
T
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Décollage
T
P
Ra
T
P
Ra
P
RaTx z
• Mise en puissance•Accélération -> Vitesse de rotation•Changement de trajectoire = Assiette de montée•Altitude de croisière -> changement de trajectoire – Assiette de palier
TRa
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Atterrissage
T
P
Ra
T
P
Ra
P
Ra
x
z
TTRa
P
• Palier attente •Changement de trajectoire = Assiette de descente•Arrondi – Décélération – posé des roues •Roulage - Freinage
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Axes de rotation d’un aéronef en vol
Axe de RoulisAxe de Lacet
Axe de tangage
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Mise en virage
Idée no 1:Utilisation de la dérive
Axe de Lacet
Ex: pour un avion de 120 cv, volant à 180 km/h virant de 30° on constate que l’effort
déviant l ’avion est de
662,5 N
Rz
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Mise en virage 2/2
Idée no 2:Utilisation de l’inclinaison
Axe de Roulis
Ex: pour un avion de 120 cv, volant à 180 km/h incliné à 30° on constate que l’effort
déviant l ’avion est de
4415 N ( 6,66 fois plus !)
Rz
Conclusion: la méthode no 2 ( Inclinaison ) est beaucoup plus efficace pour dévier un avion de sa trajectoire horizontale
RzRz . Cos
Rz
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Facteur de Charge ½Le facteur de charge augmente avec l’inclinaison
n = 1
P P
n = 1 / Cos
Exemple pour un virage à 60° , n = 2
Pa Poids apparent
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Facteur de Charge 2/2 Lors de changement de trajectoire dans le plan vertical,le facteur de charge varie avec la vitesse et le rayon de la
ressource
n = 1
r
V
RxF
T
Rz
n = 1 + V2 r.g
Pa Poids apparent
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DécrochageLe décrochage intervient toujours pour la
même incidence
Réduction puissance
Maintien de l’altitude par variation de l’assiette / incidence
L’incidence maxi est atteinte
=> l’avion décroche
=>Plus de portance
=> Chute
Augmentation de la Vitesse
=> l’avion
« raccroche »=>
Rétablissement de la portance
=> Avion pilotable
Note: sur les avions légers que nous utilisons l’incidence de décrochage est d’environ 15-17°