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créé janvier 2003 - à jour octobre 2003
Comment vole un avion?
Comprendre comment un avion vole n'est en fait pas très simple, on va
essayer de présenter quelques éléments pour mieux cerner ce phénomène. La
compréhension complète nécessite l'attirail mathématique de niveau
Maîtrise/ école d'ingénieur....
Théorie:
Pour comprendre comment une aile porte, on a besoin de la
LOI DE BERNOULLI qui dit
que:
p + (1/2)ρ U 2
est constant le long d'une ligne de
courant....
au dessus d'une bosse, la vitesse augmente par conservation du flux, la
pression diminue (par cette loi de Bernoulli). Il y a donc aspiration. On
pourrait s'arrêter là... et c'est ce qui est fait en général. Une vision
simple (et répandue, j'y ai moi même cru longtemps) consiste à dire que
l'air qui passe au dessus de l'aile suit un chemin plus long que celui qui
passe au dessous. Deux volumes élémentaires d'air proches l'un de l'autre
avant le passage de l'air vont se retrouvés séparés, l'un passe au dessus
et va plus vite que l'autre qui passe au dessous car on suppose qu'au bord
de fuite les deux volumes se retrouvent.
L'air du dessus allant plus vite que celui du dessous, la pression au
dessous est supérieure à celle du dessus: il y a portance. Cette vue est
un peu trop simplifiée, en effet l'air est prévenu avant le passage de
l'aile de l'arrivée de celle ci.
Notion de vortex:
En fait, pour mieux comprendre encore, on a besoin des "tourbillons".
L'explication commence à devenir abstraite: ce
qu'il faut imaginer c'est que l'aile est équivalente à un tourbillon! Pour
s'imprégner de cette surprenante représentation on s'intéresse à
l'écoulement autour d'un cylindre.
L'effet Magnus:
L'écoulement autour d'un cylindre peu se comprendre comme la superposition
de deux écoulements, et surtout permet de se représenter le
tourbillon équivalent (qui est "dans" l'aile).
Théorie 2D plan de fluide parfait incompressible, on calcule l'écoulement
autour d'un profil en appliquant la condition de Kutta Joukowski.
Utilisation de FreeFEM/ CASTEM
pour le calcul.
tourbillon de bout
d'aile
ailes de MFM
La notion de viscosité et de couche limite, la
turbulence?
Exemples sur le web:
Ailes calculées par simulation
de Navier Stokes
Portance traînée... les
forces en pratique sur
l'aile
conclusion