La portance des ailes d'avions

[tenocnoc]

https://docs.google.com/viewer?pid=b...number=2&w=711
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[calculair]

bonjour,

Mais ou est le problème ? Il y a certe des differences entre la modelisation et la photo, mais encore en quoi l'explication theorique est elle defaillante ?

calculer le residu de portance avec l'aile decrochée ce la ne dois pas être evident !!!

[obi76]

Le problème est intuitif. Lors d'un décrochage, les lignes de courant se décrochent de l'aile (par définition). Hors, cela induit une perte de portance. Cela veut dire que la pression sur l'extrados est plus importante lorsque les filets d'air s'y décrochent que lorsqu'ils restent le long du profil. C'est ça qui me parait bizarre.

L'autre bizarrerie étant que l'air au dessus va encore plus vite que ce que le sens commun nous ferai dire...

[calculair]

Bonjour,

Il faut parfois se mefier du sens intuitif, qui est dans certaine condition souvent utile et un bon guide quand on a bien assimilé les lois du domaine.

Malheureusement je n'ai jamais etudié serieusement les lois de l'aerodynamique et donc j'aurais quelques difficultés à te faire sentir les bonnes choses......


Cependant le theorème de Bernoulli est dejà contre intuitif pour ce qui me concerne avec l'effet venturi, mais tout à fait logique quand on pense à la conservation de l'energie dans la veine d'air.

Un calcul rigoureux devrait à mon sens tenir compte de la viscosité de l'air, d'ailleurs la portance et la trainée des profils d'aile sont sensibles au nombre de Reynolds qui est une mesure de cette viscosité par rapport aux dimensions et aux vitesses de déplacement.

Lorsque les filets d'air décrochent, on peut dire que sur l'extrados, l'air ne suivant plus le profil, n'est plus acceleré, l'air compris entre les filets d'air non accelerés et l'aile, du fait de la viscosité se trouvent mis en mouvement par l'air et freiné par l'aile, d'ou les tourbillons, et sans doute une part de l'augmentation de trainée.

Pour ce qui concerne l'intrados, les choses peuvent être contre intuitives entre l'augmentation de pression lié a un freinage excessif des filets d'air ou a une augentation de vitesse de ces filets d'air qui aspirent l'aile vers le bas en accentuant l'effet du decrochage.

Par exterience, certains profils deccrochent doucement, mais d'autres decrochent brutalement et donc sont dangeureux.

Ce qui peut être dangeureux aussi c'est quand le stabilisateur decroche avant l'aile , rompant l'equilibre de l'avion et notamment dans la phase d'atterrissage.....!!!


Voila sans doute un autre type de decrochage en virage avec l'aile interieure allant moins vite que l'aile exterieure au virage

http://1001crash.com/telechvideo-vid...azil-lg-1.html

Tout cela pour dire que ce type d'effet doit être serieusement etudié......

[tenocnoc]

bonjour C'est vrai que sur le schéma , l'air est encore dirigée vers le bas a l'arrière du profil , alors que sur la photo elle semble même remonter derrière l'aile.Pour moi, si la gravité n'est pas compensée par un flux de matière vers le bas, l'avion descend.IL y a qqs années j'avais imaginé faire se soulever une masse uniquement par " effet bernouilli" en faisant tourner un disque au dessus d'une plaque d'acier et en créant le vide entre ces deux objets.!! que nenni

[Amanuensis]

Perso, je ne vois pas comment comprendre la portance d'une aile sans faire intervenir un mouvement de l'air environnant du haut vers le bas. Le rôle de l'aile est de "tirer" l'air vers le bas, et cela ne se fait plus quand il y a décrochage. Ce qui "décroche", ce n'est pas seulement les filets d'air près de l'extrados, mais toute la masse d'air environnante, qui n'est plus "tirée" mais reste là où elle est (en gros).

L'explication par Bernouilli n'en est pas une, l'utilisation de l'équation de Bernouilli est juste une autre manière de dire que la portance vient d'une interaction entre l'air et l'aile, ce que personne ne mettrais en doute.

[obi76]

Perso, je ne vois pas comment comprendre la portance d'une aile sans faire intervenir un mouvement de l'air environnant du haut vers le bas. Le rôle de l'aile est de "tirer" l'air vers le bas, et cela ne se fait plus quand il y a décrochage. Ce qui "décroche", ce n'est pas seulement les filets d'air près de l'extrados, mais toute la masse d'air environnante, qui n'est plus "tirée" mais reste là où elle est (en gros).

L'explication par Bernouilli n'en est pas une, l'utilisation de l'équation de Bernouilli est juste une autre manière de dire que la portance vient d'une interaction entre l'air et l'aile, ce que personne ne mettrais en doute.

Ha là c'est intéressant, effectivement ça pourrait expliquer le truc.

Et donc pour la seconde interrogation (i.e. l'écoulement sur l'extrados qui devance celui sur l'intrados), si vous aviez une explication ça m'intéresserai bien aussi...

[Amanuensis]

Et donc pour la seconde interrogation (i.e. l'écoulement sur l'extrados qui devance celui sur l'intrados), si vous aviez une explication ça m'intéresserai bien aussi...

"Explication" est un bien grand mot (et trop utilisé dans le cas de la portance...). Donc pas une explication, mais une indication: c'est lié au sens de la circulation. Ce qui transforme la question en "pourquoi la circulation n'est pas nulle?", et pourquoi est-elle orientée dans le sens des aiguilles d'une montre quand on regarde du bout de l'aile vers la carlingue. Voir alors http://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A...Kutta-Jukowski, et la condition de Kutta. Cette dernière est à ce que j'en comprends une des clés de la question, et indique l'importance pour la portance de l'aspect anguleux du bord de fuite.

[calculair]

bonjour,

Je n'ai pas approfondi cette manière interessante de voir les choses, mais c'est a priori une autre façon d'exprimer le theorème de Bernouilli.....

"Explication" est un bien grand mot (et trop utilisé dans le cas de la portance...). Donc pas une explication, mais une indication: c'est lié au sens de la circulation. Ce qui transforme la question en "pourquoi la circulation n'est pas nulle?", et pourquoi est-elle orientée dans le sens des aiguilles d'une montre quand on regarde du bout de l'aile vers la carlingue. Voir alors http://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A...Kutta-Jukowski, et la condition de Kutta. Cette dernière est à ce que j'en comprends une des clés de la question, et indique l'importance pour la portance de l'aspect anguleux du bord de fuite.

[Amanuensis]

Si le passage du théorème de Bernouilli à la condition de Kutta est une évidence pour vous, tant mieux pour vous.

[calculair]

Bonjour

Pour demontrer le theorème de Kutta, on fait appel à Bernoulli....

[Amanuensis]

Je n'ai pas parlé du théorème de Kutta dans mon dernier message, faut lire un peu mieux.

Et personne n'a mis en doute le théorème de Bernouilli, que je sache.

[Amanuensis]

Pour être plus clair, le théorème de Bernouilli ne permet qu'une seule chose: passer de la question "pourquoi y-a-t'il portance" à l'étude du champ de vitesse de l'air et à remplacer la question par "pourquoi le champ de vitesse de l'air est-il tel qu'il y a portance?".

Et ce par un raisonnement simple: la force s'exerçant entre un solide et un fluide est la somme des forces de pression ; une partie est statique (force d'Archimède), une partie est lié à la vitesse relative (Bernouilli). Comme on sait bien que la force d'Archimède est insuffisante, c'est l'autre qui est en jeu, donc faut étudier le champ de vitesse. Fin de l'usage du théorème de Bernouilli.

L'étape suivante est de transformer la portance en une expression sur le champ de vitesse relative: c'est la circulation et le théorème de Kutta–Joukowski. Sous cette forme la question ne porte plus que sur le champ de vitesse, et l'explication de la portance doit se présenter comme la réponse à la question : "pourquoi certains profils en mouvement de translation dans l'air avec une certaine incidence impose un champ de vitesse de l'air environnant tel que la circulation soit non nulle et d'orientation telle que la force soit vers le haut?"

D'autres questions importantes montrent que le théorème de Bernouilli n'a qu'un rôle accessoire, qu'un rôle d'intermédiaire. Ces questions sont celles de l'effet de l'incidence (comment l'incidence affecte-t-elle la circulation?), du décrochage (pourquoi le champ de vitesse change de manière importante au-delà d'une certaine incidence?), de l'angle du bord de fuite (quel est l'effet de l'angle du bord de fuite sur le champ de vitesse? ou encore, pourquoi la condition de Kutta?), et enfin celui de la réaction (comment relier circulation et mouvement d'ensemble de la masse d'air vers le bas?).

[calculair]

Bonjour,

Tu soulèves un grand nombre de questions peu evidentes.

Je ne sais pas si elles ont une reponse mathématique claire.

En tous les cas Bernoulli reste vrai même si cette façon d'aborder les choses devient approximative quand les filets d'air sont decrochés

On pourrait aussi faire l'etude en appliquant la conservation des quantités de mouvement et le principe de l'action et la reaction, mais cela n'est sans doute pas commode.

L'avantage de Bernoulli est une façon d'aborder le problème d'une manière pas trop complexe.

Le calcul precis et avec un modèle proche de la réalité et tenant compte des effets tourbillonnaires, est surement complexe...

[Amanuensis]

En tous les cas Bernoulli reste vrai

Seconde répétition (curieux que ce soit nécessaire), personne ne met en doute le théorème de Bernouilli ou même son importance en tant qu'intermédaire.

L'avantage de Bernoulli est une façon d'aborder le problème d'une manière pas trop complexe.

En rester au théorème de Bernouilli comme "explication", c'est passer à côté de TOUTES les questions intéressantes (mais peut-être est-ce ça l'avantage ?). Ce n'est pas se contenter de peu ou de "simple", c'est se contenter d'une réécriture de la question en guise de "réponse", genre "pourquoi un objet tombe-t-il?", réponse "parce qu'il subit l'influence de la pesanteur".

[Amanuensis]

On pourrait aussi faire l'etude en appliquant la conservation des quantités de mouvement et le principe de l'action et la reaction, mais cela n'est sans doute pas commode.

Un aparté sur ce point: ce n'est rien d'autre que le théorème de Bernouilli. En effet, la pression n'est pas seulement une force du fluide sur l'objet, mais aussi une force de l'objet sur le fluide. Et, comme toute force, il s'agit d'un transfert de quantité de mouvement et cela contient le principe de l'action et de la réaction. On peut tout aussi bien dire que la circulation mesure la force du fluide sur l'objet (la portance) que la force de l'objet sur le fluide (le tirer vers le bas).

Tout comme invoquer le théorème de Bernouilli, invoquer l'action et la réaction ne va pas plus loin que dire que les équations de base de la mécanique s'appliquent, ce dont personne ne devrait douter!

[Amanuensis]

Dit autrement:

Une "explication" d'un phénomène physique se doit de rendre compte des facteurs affectant le phénomène au premier ordre. Dans le cas de la portance, on peut citer comme tels facteurs :

- la vitesse relative à l'infini,
- la surface alaire,
- la masse volumique du fluide,
- l'incidence,
- l'angle du bord de fuite,
- la viscosité du fluide.

Le théorème de Bernouilli permet de bien rendre compte de l'effet de la surface, de la densité du fluide, mais seulement partiellement de la vitesse relative à l'infini, et pas du tout de l'effet de l'incidence, de l'angle du bord de fuite et de la viscosité.

Une "explication" par Bernouilli est donc clairement "un peu léger" comme l'a dit un participant... Et ce n'est pas une question de simple ou complexe, c'est que ce n'est pas suffisant pour rendre compte de facteurs clé.