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Messerschmitt Bf 109 |
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| Aerodynamique generalites |
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| Pourquoi l'avion vole-t-il ? | |||
L'avion vole parce qu'une force vient s'opposer a son poids et le maintient "en l'air", l'empechant de tomber. Dans le cas d'une fusee ou d'un Sea Harrier en vol stationnaire, c'est le moteur, qui fournit une force de reaction qui s'oppose au poids. Dans le cas de l'helicoptere ce sont les pales du rotor principal (qui ne sont ni plus ni moins que des ailes entraînees en rotation). Dans le cas d'un avion ce sont les ailes qui creent cette force en se deplacant dans l'air avec une vitesse suffisante, et rien d'autre. Donc, si vous me suivez bien, quand les moteurs s'arretent en vol, l'avion fait quoi? Il continue a voler tout a fait normalement mais en descente (légère s'il ne s'agit pas d'un chasseur) parce qu'il a toujours ses ailes et que ce sont elles qui lui permettent de voler. 
[voix de Michel Chevalet ON]
- Alors...une aile...comment...ca marche? [voix de Michel Chevalet OFF] On s'est rendu compte que lorsqu'un objet se deplace dans l'air, il est soumis à une force aerodynamique due à l'écoulement des particules d'air autour de lui. Cette force, appelée "résultante aérodynamique", se décompose en deux parties. D'une part les forces de frottement qui freinent l'objet et d'autre part, si l'ecoulement n'est pas symetrique, une force laterale appelee "portance" dans le vocabulaire aeronautique. Cette derniere force est due au fait que, si l'ecoulement n'est pas symetrique, l'aile devie une quantite d'air importante perpendiculairement a son deplacement en fonction de sa forme et de sa position dans le flux d'air qui l'entoure. Cette masse d'air ainsi deviee produit en reaction (loi de newton) une force opposee sur l'aile: la portance. On voit sur le schema du haut que, si l'air, globalement, n'est pas devie par l'aile selon la perpendiculaire a l'ecoulement, seule la traînee existe. Sur le dessin du bas, en revanche, la deviation globale est manifeste, la portance existe. C'est cette portance ainsi creee par l'aile qui va s'opposer au poids de l'avion et donc lui permettre de voler. Cette force existe si l'avion a suffisamment de vitesse et que l'ecoulement de l'air autour de l'aile est etabli convenablement. Pour les fanas d'aerodynamique, voici une page où est explique de facon beaucoup plus rigoureuse (mais plus longue aussi) le phenomene de portance. Ceci etant acquis, on a cherche a produire des formes favorisant au maximum l'apparition de cette force laterale (la portance) tout en minimisant les forces de frottements (la traînee). Ainsi sont apparus les profils d'aile, chacuns repondant a un type de vol particulier. En effet, certains profils sont mieux adaptes au vol a basse vitesse, d'autres au vol a haute vitesse. Des systemes permettant de faire varier la forme du profil en fonction des besoins ont ete crees afin d'optimiser l'aile pour une large plage de vitesse. Il s'agit des becs et des volets decrits plus loin. |
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| Un avion peut-il voler sans moteur ? | |||
Considerons un avion moteurs coupes ou un planeur en vol stabilise et ligne droite. Sa trajectoire est rectiligne, sa vitesse constante donc par definition la somme des forces auxquelles il est soumis est nulle. En d'autres termes la resultante aerodynamique est egale et opposee au poids. Il avance parce qu'une composante de son poids (P1) l'entraîne vers l'avant comme une bille qui devale une pente. Il vole parce qu'il a des ailes.
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| Pourquoi l'avion doit-il s'incliner pour tourner ? | |||
Vu de face ou de derriere, deux forces existent: Le poids et la resultante. Le poids ne pouvant etre oriente au choix du pilote ;-) il ne lui reste plus qu'a orienter la resultante vers la droite ou la gauche. Comment faire? La resultante est toujours perpendiculaire aux ailes...donc si on incline l'avion...les forces s'organisent comme sur le schema ci-contre, la somme est non-nulle et donne un vecteur qui est la force deviatrice qui fait tourner l'avion.Sur le schema, la longueur de la resultante correspond a la portance puisqu'elle est projetee sur le plan perpendiculaire a la trajectoire en vue de face mais ne chipotons pas... |
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| A quoi sert le fil de laine colle sur la verriere des planeurs, helicopteres, etc.? | |||
Il est utilise pour materialiser le flux d'air qui s'ecoule sur l'avion a cet endroit. Le but est de savoir si l'ecoulement autour de l'appareil est symetrique afin d'obtenir un vol optimise du point de vue aerodynamique en evitant une dissymetrie qui augmente la traînee, diminue le rendement de l'aile et cree des effets de masque qui risquent de deventer certaines parties de l'avion. Ceci peut dans certains cas entraîner des decrochages dissymetriques et eventuellement de graves perturbations de l'ecoulement dans les entrees d'air des moteurs, provoquant leur extinction, ainsi qu'autour des gouvernes ceci pouvant deboucher sur une importante diminution de leur efficacite et, eventuellement, une perte de contrôle de l'appareil. Le schema de droite represente l'avant d'un planeur vu de dessus, le fil de laine est dessine en bleu. |
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| Que represente la finesse d'un avion (ou d'un planeur) ? | |||
La finesse depend de la vitesse et il existe une seule vitesse et donc une seule incidence pour laquelle la finesse est maximum. C'est une caracteristique tres importante pour le vol car cette vitesse sera utilisee tant pour la montee (meilleur angle de montee sur avions a reaction) que pour d'autres phases de vol (vitesse mini operationnelle en lisse par exemple). D'un pont de vue aerodynamique pure, la finesse est definie comme etant le rapport du coefficient de portance (Cz) sur le coefficient de traînee (Cx) et donc, si on les multiplie tous deux par ½ r SV2, la finesse devient egale au rapport de la portance sur la traînee. Donc sur nos schemas, a une vitesse donnee (et donc sous un facteur de charge de 1g, a une incidence donnee), nous visualisons l'angle a de plane (sans vent) comme etant l'angle fait entre la resultante aerodynamique et la portance. Les coefficients Cz et Cx vont toujours par paire pour une incidence donnee, il existe donc une incidence pour laquelle le rapport Cz/Cx est maximal, il s'agit de respectivement des Cz et Cx de finesse maximale definis pour l'incidence de finesse max. Les ordres de grandeur des finesses maximales sont les suivants:
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Oui...il
suffit de lire le chapitre juste au-dessus...En fait, en vol, 2 forces
s'exercent sur un avion moteurs coupes ou un planeur. Il y a la resultante aerodynamique et le poids. Et c'est tout...Et la portance?
Et la traînee? Hum!? Ce ne sont que des composantes de la resultante. On la decompose ainsi pour illustrer son influence selon
chaque axe, mais c'est une pure convention.
Pour les curieux...si il
y a un moteur en fonctionnement, comment cela se presente t-il? Il existe alors une troisieme force:
la force de traction de l'helice (ou la poussee des reacteurs) et la somme des forces est toujours nulle (ligne droite a vitesse constante)
et voila le dessin:
Pour le virage, le phenomene est du meme ordre que celui du motard qui se penche
dans les virages. En physique on enonce qu'un objet soumis a des forces dont la somme est nulle suit une trajectoire rectiligne
uniforme. Donc si l'on veut tourner, la trajectoire n'etant plus rectiligne, la somme des forces ne doit plus etre nulle.
Il faut avoir une force resultante perpendiculaire a la trajectoire et qui fasse tourner l'avion.
Le fil de laine est un vrai fil en laine (generalement) colle a une de ses extremites par un scotch sur la verriere du planeur ou de l'avion (sauf s'il a une helice devant parce que le souffle de l'helice perturberait completement le fil de laine). Sur helicopteres je l'ai souvent vu au bout d'une petite tige metallique. Il est place devant le pilote, au milieu de son champ de vision.
D'une facon simple, la finesse d'un avion, d'un planeur ou d'un helicoptere, represente sa capacite a
planer plus ou moins bien. Plus la finesse est importante, mieux l'appareil plane. Le chiffre de la finesse
exprime le rapport de la distance parcourue sur la hauteur perdue. En d'autre terme, la finesse represente
"combien de fois" un "planeur" peut parcourir sa hauteur.Par exemple, un planeur ayant une finesse de 30
parcourra 30 km en perdant 1000 metres d'altitude.
