Aérodynamique n°2 la polaire de l’aile, nombre de Reynolds et moments aérodynamiques

23 01 2009

Il s’agit de la représentation graphique du coefficient de portance Cz (x100) en fonction de coefficient de traînée Cx (x100).

Représentation graphique du coefficient de portance:

Plus l’incidence de l’aile est forte, plus la portance est importante. Mais jusqu’à un certain point !
On comprend que si l’aile devient verticale, notre avion sera tombé depuis longtemps : il aura décroché.

Représentation graphique du coefficient de traînée

Coefficient de traînée : De la même façon, plus l’incidence est importante, plus la traînée est importante. Faisons un autre graphique pour visualiser ceci :

La traînée est toujours positive

.

Polaire d’une aile :

Si la portance et la traînée dépendent toutes les deux de l’incidence, pour chaque valeur d’incidence donnée, on peut trouver la portance et la traînée. On peut visualiser cette relation sur un graphique qui montrera donc la portance en fonction de la traînée :

Cette courbe s’appelle la polaire et c’est donc la ‘carte d’identité’ de l’aile. Elle donne les valeurs des coefficients de portance et de traînée pour chaque valeur d’incidence.

La portance augmentant avec l’incidence, on peut prendre par exemple pour chaque point remarquable :

Cz nul, incidence = -4°

Fx mini , incidence = 5°

Finesse max, incidence = 10°

Cz max= incidence = 15°

La finesse est le rapport entre les coefficients Cz et Cx

finesse = portance/traînée = Cz/Cx = hauteur perdue/distance parcourue = vitesse horizontale /vitesse verticale

Nombre de Reynolds

Les tableaux des valeurs et polaires d’un profil ont été établis pour une vitesse donnée de l’écoulement de l’air. Cette vitesse de l’air, et sa viscosité (paramètre fondamental en aérodynamique) sont caractérisées par le nombre de Reynolds R

R= (vitesse de l’air x corde de profil) / (viscosité cinématique de l’air)

Ex : pour une viscosité de l’air de 0,0000144 au niveau du sol, une vitesse de 30m/s, une corde de profil de 1,3m, on a un nb de Reynolds de 2 700 000 (ordre de grandeur).

Moments aérodynamiques

Un effort F qui s’exerce au niveau de centre de gravité d’un corps solide quelconque ne fait pas tourner ce corps. Si le point d’application est écarté d’une distance d du centre de gravité, l’effort produit un effet qui aura tendance à mettre le corps en rotation : on dit qu’il s’applique un moment F x d sur le solide en question.

Pour évoluer dans les trois dimensions et pour se diriger, l’aéronef subit des moments de roulis, de tangage et de lacet qui le mettent en rotation autour des axes de roulis, lacet et tangage et qui passent par son centre de gravité. Les gouvernes d’un aéronefs génèrent des moments de roulis (ailerons d’un avion), de tangage (gouverne de profondeur) et de lacet (gouverne de direction).

Les essais en soufflerie permettent de quantifier les forces et les moments appliqués à un profil d’aile ou à un avion tout entier. Ces moments aérodynamiques sont également dotés de coefficients.

Le moment aérodynamique le plus intéressant est le moment de tangage car c’est lui qui conditionne l’équilibre longitudinal.

Le centre de poussée d’un profil d’aile est le point d’application de la portance. Sa position varie en fonction de l’incidence.

Le foyer aérodynamique, qu’il ne faut pas confondre avec le centre de poussée est le point où le moment longitudinal est constant. C’est aussi le point où s’appliquent les variations de portance (et non la portance elle-même).



Cours n°4 du 16 octobre 2008: trains d’atterrissage et commandes de vol

16 10 2008

Le train d’atterrissage peut être constitué de:

– roues

– patins

– skis

– flotteurs

Il peut être:

– classique (train principal + roulette de queue)

– tricycle (train principal + roulette de nez).

-monotrace (sur avions légers et planeurs); des balancines assurent parfois la stabilité au sol.

En fonction de la charge à supporter on utlisera:

– une roue simple

– un diabolo (2 roues)

– un boggie (4 ou 6 roues)

l’empattement: distance entre le train principal et le train secondaire

le voie: distance entre les deux jambes du train principal.

l’angle de garde: composé par la verticale du centre de gravité et l’axe du train principal. Il définit la stabilité au sol. Plus il est grand, moins il y a de risque de « mise en pylône ».

Différents types d’amortisseurs permettent d’absorber les chocs et les efforts dus au décollage ou à l’atterrissage :

  • d’oléopneumatiques : 2 fluides (liquide, gaz) sont utilisés; lors de l’impact, l’association compression des gaz et freinage de l’écoulement de l’huile permet d’absorber l’énergie.

  • mécanique
  • par flexion du train principal


Les freins

Les freins sont disposés sur le train principal.

Chaque roue du train principal est doté d’un système « à friction » permettant de diminuer rapidement la vitesse de rotation de la roue, tout en évacuant les calories dégagées par ce frottement important. Généralement, chaque roue du train principal dispose d’un circuit de freinage indépendant.

Un frein de parc permet l’immobilisation de l’avion.

Si la piste est humide, il faut freiner de manière progressive, afin de ne pas provoquer d’hydroplanage.

Les freins sont disposés sur le train principal, actionnés au pied ou à main.

Les commandes de vol

L’avion se meut autour de son centre de gravité selon 3 axes:

axe de tangage => gouverne de profondeur (ou elevator) => à piquer (manche vers l’avant) ou à cabrer (manche vers l’arrière)gouverne de profondeur

Lorsque le manche est poussée vers l’avant, la gouverne de profondeur s’abaisse. Le plan horizontal voit alors sa portance augmenter, celle-ci créant un moment de tangage faisant baisser le nez de l’appareil (à piquer). Inversement, tiré en arrière, le manche provoque la rotation vers le haut de la gouverne, ce qui génère un moment de tangage à cabrer. La gouverne de profondeur joue donc sur l’assiette.

axe de roulis => ailerons (braquage dissymétrique), permet d’incliner les ailes. manche à droite =>aileron droit levé et le gauche baissé => aile droite s’abaisse (car moins de portance) aile gauche s’élève (plus de portance).ailerons

ailerons parfois remplacés par des spoilers sur l’extrados.

axe de lacet => gouverne de direction, actionnée par le palonnier (aux pieds); au sol, il permet le contrôle de l’avion (roulage, décollage, atterrissage); en l’air permet d’assurer un vol symétrique (écoulement symétrique de l’air). Une poussée sur le palonnier VERS LA GAUCHE provoque une rotation du gouvernail de direction vers la GAUCHE. Il en résulte une force aérodynamique dirigée VERS LA DROITE qui crée un couple entraînant la ROTATION DU NEZ DE L’AVION VERS LA GAUCHE, autour de son axe de lacet. Une poussée sur le palonnier vers la droite entraîne, de la même manière, la rotation du nez vers la droite. gouverne de direction