Mécanique du vol

1. Mécanique du vol Pour comprendre comment vole un avion, nous allons étudier les phénomènes physiques qui permettent ce « petit miracle »

2. La masse d’un corps Un corps qui chute voit sa vitesse augmenter selon une certaine accélération, due à l’attraction terrestre. Le produit de sa masse « m » par l’accélération de la pesanteur « g » représente cette force due à l’attraction terrestre. Cette force s’exprime en newtons et on l’exprime par: P = m.g A nos latitudes moyennes: g = 9,81 m / s²

3. La masse Les avions sont soumis à cette même loi ! Le pilote devra faire en sorte que le retour de l’avion au sol (avec ses occupants) se fasse de la manière la plus douce possible ! Je ferai mieux la prochaine fois

4. Notion de mouvement Lorsque un objet se déplace on dit qu’il y a mouvement. Un mouvement se caractérise à un instant donné par: • Une vitesse • Une direction de déplacement Si le mouvement ne varie ni en vitesse ni en direction, on dit que l’objet est en équilibre. Si la vitesse, la direction ou les 2 varient, il y a déséquilibre. Le maintien d’un mouvement est un équilibre Une mise en mouvement est un déséquilibre L’arrêt d’un mouvement est un déséquilibre Une changement de trajectoire est un déséquilibre

5. Notion de stabilité et d’instabilité • Un objet est en équilibre lorsque toutes les forces qui lui sont appliquées s’équilibrent entre elles. • On dit alors que leur résultante est nulle • Inversement lorsque les forces qui s’appliquent sur un objet ne s’équilibrent pas, leur résultante n’est pas nulle, il y a déséquilibre. • Pour un avion on parlera d’équilibre et de déséquilibre mais aussi de stabilité et d’instabilité. La notion de stabilité et d’instabilité n’existe que pour les objets en équilibre.

6. L’avion et son milieu Propriétés physiques:1 expansible2 compressible3 élastique4 pesant 1.225 g/litre au niveau de la mer 5 visqueux L’airc’est le milieu dans lequel évolue l’avion. L’air expansibleetpesant exerce une pression perpendiculaire à toutes les surfaces avec lesquelles il est en contact.

7. L’avion et son milieu L’air est un fluide et comme tel son mouvement est appelé écoulement.Cet écoulement peut être:1 laminaire2 turbulent

8. 9.L’avion et son milieu La résistance de l’airTout objet en mouvement dans l’air est soumis de la part de celui-ci à une résistance qui tend à s’opposer à ce mouvement.Cette résistance a son origine dans les propriétés d’inertie, de viscosité et de compressibilité mais dépend aussi de la forme et de l’état de cet objetCette action se traduit par 2 forces:1 une force élémentaire de pression2 une force élémentaire de frottement

9. L’avion et son milieu Pression élémentaire Frottement élémentaire

10. 100 % Si l’on place une plaque perpendiculairement à un écoulement d’air, initialement laminaire, cet écoulement est perturbé. La résistance à l’écoulement est de 100%

11. 50% Si l’on remplace la plaque par une sphère de même maître-couple, la résistance à l’écoulement est diminuée de 50%

12. 15% Si l’on modifie le profil arrière de la sphère, la résistance n’est plus que de 15%

13. 5% Elle passe à 5% si l’on allonge encore le profil arrière.

14. b a 1/3 2/3 Les formes fuselées qui présentent en subsonique la moindre résistance ont une épaisseur relative b / a comprise entre 1/3 et 1/4. La valeur maxi de « b » se situant au 1/3 de « a »

15. Principe du mouvement relatif Par mouvement relatif il faut entendre indifféremment:1 déplacement du corps dans l’air2 déplacement de l’air autour d’un corpsLe courant d’air baignant le corps en mouvement relatif est nommé vent relatif.

16. Le profil de l’aile

17. Le profil de l’aile Epaisseur Extrados Ligne moyenne Intrados Corde de référence

18. VENT RELATIF L’angle d’incidence a Le vent relatif est le flux d’air engendré par le déplacement de l’avion

19. L’incidencealpha (a)Angle entre l’axe longitudinal de l’avion et le vent relatif.C’est à travers la modification de cet angle d’incidence en modifiant l’assiette que vous allez agir sur les différentes force qui sont appliquées à l’avion.Une autre possibilité sera la modification du profil aérodynamique par l’intermédiaire des dispositifs hypersustentateurs Axe longitudinal a Vent relatif

20. 15. Origine de la sustentation Région non perturbée Vitesse augmentée Région non perturbée

21. Relation entre la section et la vitesse d’un fluide en mouvement V3=V1 V2 V1 Section S2 Section S1 Section S3 Lorsque on diminue la section offerte à l’écoulement d’un fluide, la vitesse de ce fluide augmente.

22. Relation entre la pression et la vitesse d’un fluide en mouvement1er cas: pas de vent relatif P0 P0 P0 P0 Po La pression est identique en chaque point du tube

23. Relation entre la pression et la vitesse d’un fluide en mouvement2ème cas création d’un flux d’air V3=V1 V2 V1 P1 P3 P2 P0 P0 P0 P0 – P2 P0 – P1 Po – P3 Une augmentation de vitesse s’accompagne d’une diminution de pression et inversement.

24. Effet résultant Pression réduite Pression atmosphérique

25. Pas de vent relatif, portance nulle

26. Vent relatif 75% de la portance est assurée par la dépression liée à l’extrados de l’aile, alors que la surpression liée à l’intrados y participe à hauteur de 25%.

27. 16. Résultante aérodynamique Ra Centre de poussée Le centre de poussée est le point où s’applique la résultante aérodynamique

28. 17. Portance et traînée Rz Ra Vent relatif Rx Ra est la composante de 2 forces: Rz et Rx

29. . La PORTANCE : composante perpendiculaire au vent relatif, c’est à dire à la trajectoire . La TRAINEE : composante parallèle au vent relatif, c’est à dire à la trajectoire et qui s’oppose à l’avancement. PORTANCE: Rz Trajectoire TRAINEE : Rx VENT RELATIF

30. Portance et traînée Rz Ra Vent relatif Rx La portance Rz est toujours perpendiculaire au vent relatif La traînée Rx est toujours parallèle au vent relatif

31. Bilan des forces

32. Les facteurs qui influent sur la portance et la traînée. • L’angle d’incidence a • La forme du profil • La forme et l’allongement de l’aile • La vitesse relative • La surface de l’aile • La densité de l’air

33. 1er cas: Profil symétrique incidence nulle Portance nulle Traînée Vent relatif

34. 2eme cas: Profil disymétrique incidence faible Portance Traînée Vent relatif

35. 3ème cas: profil disymetrique incidence forte Portance Traînée Vent relatif

36. Vent relatif 4ème cas: l’incidence atteint une valeur critique • Portance en brusque décroissance • Traînée forte • L’aile décroche

37. En vol normal, l’incidence a est faible les filets d’air, matérialisés par les brins de laine collent au profil.

38. L’angle d’incidence a à augmenté, les filets d’air proches du bord de fuite, commencent à être perturbés et se décollent de l’aile

39. La zone de perturbation, au fur et à mesure que l’incidence croit, s’amplifie vers l’avant et gagne du terrain en direction du bord d’attaque

40. On remarque que les filets d’air sont d’autant plus perturbés qu’ils sont proches de l’emplanture de l’aile…(plus proches du fuselage)

41. Même remarque…

42. Les 2/3 de l’aile sont concernés… De plus, on peut observer qu’une partie des filets d’air en provenance de l’intrados revient sur l’extrados par le bord de fuite, on voit que certains brins de laine sont dirigés cette fois vers l’avant.

43. Le décrochage n’est plus très loin… Notez l’angle formé par la corde de l’aile et l’horizon. Corde Horizon

44. Vent relatif 5ème cas: l’incidence négative: portance nulle Dépression à l’intrados et à l’extrados La résultante aérodynamique se résume à la traînée

45. Angle d’incidence et centre de poussée Rz Ra Vent relatif Rx Cp A chaque angle d’incidence correspond une position du centre de poussée Cp

46. 20. Angle d’incidence et centre de poussée Rz Ra Vent relatif Rx a = 2° 47% Cp Pour un angle d’incidence de 2°, Cp est à environ 47% de la corde

47. 30% Angle d’incidence et centre de poussée Rz Ra Lorsque l’angle d’incidence a croit, le centre de poussée avance Rx a=15° Vent relatif Cp Pour un angle d’incidence de 15°, Cp est à environ 30% de la corde

48. H D La finesse Définition: c’est l’aptitude d’un avion à «transformer» en vol plané une hauteur H en distance D. Si D = 10 H, on dit que la finesse de l’avion est de 10

49. La finesse Rz Ra Vent relatif Rx Mais c’est aussi le rapport entre la Portance Rz et la traînée Rx: f = Rz / Rx

50. La finesse Rz Ra Vent relatif Rx La finesse varie donc en fonction de l’angle d’incidence.