Comment se fait-il qu'un avion puisse voler?

[invite2e02c00f]

Bonjours à tous. Tout le monde a surement entendu parler du nouveau "paquebot" de l'aviation: l'A380. En naviguant sur internet j'ai trouver de nombreuses photos de l'avion et certaines informations m'on stupéfait devant la grandeur de cet appareil.490 mètres de long, 50m de large et 46m de haut pour 32000 tonnes d'acier. Ces chiffres qui donnent le vertige m'on laisser sans réponse: comment un avion de cette envergure peut t-il voler?? Depuis que je suis petit je me suis toujours poser cette question; on a maintes fois essayer de m'expliquer sans pour autant être assez explicite sur les réponses données pour que je puisse comprendre. Ayant découvert ce forum il y a très peu de temps, j'y passe pour laisser ce petit message, qui j'en suis sûr, trouvera une réponse vu le nombres de tête pensante connecté sur ce forum.
Je vous remercie en attendant une réponse.

[invitea3fc981a]

Une petite expérience simple : prends une feuille de papier, tiens la verticalement par en haut (prends-la d'un doigt en haut par ex.), et souffle sur un côté : tu observeras que la feuille est comme "attirée" de ce côté. C'est l'accélération de l'air (provoquée par ton souffle) qui provoque cette force.

C'est le même principe pour les avions : les ailes sont étudiées pour que l'air soit accéléré en passant par-dessus l'aile, et pas en passant dessous, il en résulte une force qui l'entraîne vers le haut.

[invite7ce6aa19]

Une petite expérience simple : prends une feuille de papier, tiens la verticalement par en haut (prends-la d'un doigt en haut par ex.), et souffle sur un côté : tu observeras que la feuille est comme "attirée" de ce côté. C'est l'accélération de l'air (provoquée par ton souffle) qui provoque cette force.

C'est le même principe pour les avions : les ailes sont étudiées pour que l'air soit accéléré en passant par-dessus l'aile, et pas en passant dessous, il en résulte une force qui l'entraîne vers le haut.

Un autre exemple du même acabit. Si on regarde un bateau a voile il avance presque contre le vent (navigation au pret). cela est du au fait que la vitesse du vent qui s'écoule devant le voile est supérieure a celle derrière la voile. comme la pression diminue avec la vitesse la résultante des forces est dirigée vers l'avant (en fait il y a une projection vers l'avant, l'autre composante fait giter le bateau).

[invitebb226d51]

Hello

Il y a déjà des discussion sur ce sujet. Tiens volà le liens:

http://forums.futura-sciences.com/sh...ad.php?t=27949

A+

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite51605009]

J'aimerai juste préciser que en fait ce n'est pas exactement le théorème de Bernouilli qui est appliqué (c'est notre prof de méca qui nous l'a expliqué), car si l'on était dans les conditions pour l'application du théorème Bernouilli il n'y aurait pas de force vers le haut (de portance) : il est nécessaire que le fluide soit visqueux (alors que Bernouilli nécesite un fluide idéal) pour qu'il y ait apparition d'une force vers le haut.

[invitebb226d51]

J'aimerai juste préciser que en fait ce n'est pas exactement le théorème de Bernouilli qui est appliqué (c'est notre prof de méca qui nous l'a expliqué), car si l'on était dans les conditions pour l'application du théorème Bernouilli il n'y aurait pas de force vers le haut (de portance) : il est nécessaire que le fluide soit visqueux (alors que Bernouilli nécesite un fluide idéal) pour qu'il y ait apparition d'une force vers le haut.

Es tu sur de ce que tu racontes?
Il n'est pas du tout nécessaire que le fluide soit visqueux pour expliquer la portance.
Le principe de Bernoulli nous donne l'une des contributions à la portance, la seconde provenant de la conservation de la quantité de mouvement. J'ai étudier l'aile d'avion en soufflerie avec capteur de pression sur l'intrados et extrados. L'air n'est pas un fluide visqueux, et expérimentalement on a bien une dépression sur l'extrados. Donc je pense que la portance ici n'a rien a voir avec la portance. Au contraire la viscosité diminue la portance à vitesse constante.

[invite51605009]

Ah alors tu dis l'inverse de mon prof de méca...
Je suis d'accord avec toi pour la quantité de mouvement, on en avait parlé dans l'autre fil, et il ya bien 2 (ptetre plus) origines à la portance : Bernouilli (la fameuse dépression au dessus de l'aile) et, moins connue, la conservation de la quantité de mouvement (c'est la "vision newtonienne").
D'ailleurs je crois que la conservation de la quantité de mouvement joue le role principale dans la portance...non ?

Bref, pour en venir au point essentiel, notre prof nous a dit texto :
"Je ne veux pas dire que ca vient du théorème de Bernouilli, car pour B. il fut les conditions suivantes : ... et un fluide idéal, c'est à dire un fluide non visqueux. Or on a pu constater en simulation que si le fluide n'est pas visqueux, il n'y a aucune depression qui se forme et donc pas de portance."
Il nous a d'ailleurs fait souligner :
"Attention !
Pour que le phénomène de portance apparaisse, il faut que le fluide "accepte" de suivre le profil et de s'en echapper par le bord de fuite.
Le fluide doit être visqueux. Pour un fluide non visqeuex, il n'y a pas de dissymétrie entre l'extrados et l'intrados, donc pas de portance".

Benjamin

[invited2cdf047]

Bonjour Messieurs
Il est trés reconfortant de constater l'intéret que vous portez aux avions.
Mais je suis étonné par le fait que c'est toujours Bernoulli qui est cité,je n'ai rien contre ce monsieur génial , il n'avait qu'une plume d'oie,mais le 1/2 de Ro V2,ça va pas loin ,a peine .3 de Mach ,car aprés le ro n'est plus constant ,il faut passer a
Saint Venant (Pr totale =Prstatique x (1+ ((ga-1)/2)x M^2)^(ga/(Ga -1) en isentropique qui lui "tire "jusqu'a Mach 5 environ , aprés c'est la CFD
En ce qui concerne la portance que vous evoquez,ne pas oublier que la position du point d'arret de l'ecoulement (en bidimensionnel)et de savoir calculer le champ des vitesses autour d'un obstacle profilé (l'aile) sont essentiels.
Et ce bon Kutta-joukowski qui démontré (1/2 ro V2) que la portance est fonction de la circulation de l'ecoulement, entre autres,vous l'avez oublié ?
Cordialement et bonne continuation Gaz et chaleur

[zoup1]

Bonjour Messieurs
Il est trés reconfortant de constater l'intéret que vous portez aux avions.
Mais je suis étonné par le fait que c'est toujours Bernoulli qui est cité,je n'ai rien contre ce monsieur génial , il n'avait qu'une plume d'oie,mais le 1/2 de Ro V2,ça va pas loin ,a peine .3 de Mach ,car aprés le ro n'est plus constant ,il faut passer a
Saint Venant (Pr totale =Prstatique x (1+ ((ga-1)/2)x M^2)^(ga/(Ga -1) en isentropique qui lui "tire "jusqu'a Mach 5 environ , aprés c'est la CFD
En ce qui concerne la portance que vous evoquez,ne pas oublier que la position du point d'arret de l'ecoulement (en bidimensionnel)et de savoir calculer le champ des vitesses autour d'un obstacle profilé (l'aile) sont essentiels.
Et ce bon Kutta-joukowski qui démontré (1/2 ro V2) que la portance est fonction de la circulation de l'ecoulement, entre autres,vous l'avez oublié ?
Cordialement et bonne continuation Gaz et chaleur

Si tu lis le fil, tu verras que l'on a rien oublié, à l'exception du cas compressible...

[invited2cdf047]

Bonjour Mr Zoup1
Tout sauf le compressible! ,c'est pourtant le cas le plus courant en aéronautique.Ce qui ne veux pas dire qu'un avion de voltige par exemple (cap 231,extra 300 ou autres) ne pose pas de probleme interessant bien que son domaine de vol soit l'incompressible.
Question a 100 sous.Comment vous expliquez qu'un fluide accelere lorsqu'il rencontre
un obstacle profilé et donc que sa pression statique dinimue,ce qui est a l'origine de la portance elementaire d'une aile
A noter que dans mon dernier message,je cite Kutta-Joukoswki.C'est le théoreme de
K-J puisqu'il s'agit de 2 personnes
Merci pour votre réponse Cordialement Gaz et chaleur

[zoup1]

Bonjour Mr Zoup1
Tout sauf le compressible! ,c'est pourtant le cas le plus courant en aéronautique.Ce qui ne veux pas dire qu'un avion de voltige par exemple (cap 231,extra 300 ou autres) ne pose pas de probleme interessant bien que son domaine de vol soit l'incompressible.
Question a 100 sous.Comment vous expliquez qu'un fluide accelere lorsqu'il rencontre
un obstacle profilé et donc que sa pression statique dinimue,ce qui est a l'origine de la portance elementaire d'une aile
A noter que dans mon dernier message,je cite Kutta-Joukoswki.C'est le théoreme de
K-J puisqu'il s'agit de 2 personnes
Merci pour votre réponse Cordialement Gaz et chaleur

Bonjour Mr Gaz et Chaleur,
Zoup1 c'est pas mon vrai nom, zoup1 c'est juste un pseudo... Pour de vrai je m'appelle Olivier...

Il est vraissemblable que le cas cas compressible est très interessant mais vu le niveau de la discussion il ne me semble absolument pas important de l'aborder ici.
Je l'explique de plein de manière différentes si besoin est, en essayant de dire à chaque fois le moins de bétise possible.
En ce qui concerne Kutta Joukowski esboy en parle dans son message #43
Moi meme je parle de Joukowski et de transformation conforme dans mon message #56
Enfin je parle de la condition de Kutta dans mon message #62 dans lequel je donne également un lien vers un site très bien fait qui parle des écoulements irrotationnels http://www.diam.unige.it/~irro/index.html et que j'invite chacun à aller regarder. Je ne pense pas non plus que l'on puisse aller très loin sur ce forum et que parler en détail de transformation conforme ne me semble pas bien indiqué.

D'autres remarques sur la tenue de la discussion ?

[invited2cdf047]

Bonjour Mr Olivier.
Je trouve que vos exposés sont d'un excellent niveau et je suis heureux de vous en féliciter.
La derniere question posée a savoir" Pourquoi un fluide accelere autour d'un profil" est une simple curiosité A l'epoque ,on le demontrait soit en faisant appel aux transform ations conformes, méthode que vous citez ,soit a l'aide de longues démos.
La reprensentation d'un ecoulement bidimensionnel par la fonction d'un réel+un im maginnaire me satifaisait,mais la parenthése de la vitesse conjuguée me paraissait une manipulation algébrique permettant de démontrer ce que l'on veut(Il y a aussi l'introduction du "volume de control" cher a certains de nos amis).
Donc rien de nouveau sous le soleil!
Il me semble pas que Naviers Stockes puisse demontrer que la vitesse maximale (théorique) autour d'un profil= 2 fois la vitesse en amont et a l'infini.Mais je n'ai pas etudié la numérisation de cette equation ,autrefois simplement citée car inaplicable (il n'y avait que la régle a calcul et l'art de replacer les derivées partielles par des valeurs finies n'etait pas ce qu'il est actuellement)
A noter que la méthode que vous avez citée a donné d'excellents résultats ......en amont du maitre couple,en aval,c'est une autre histoire.Mais + la soufflerie =avions trés performants(subsoniques bien sur)
Merci pour votre attention Cordialement Gaz et chaleur.(J.Raynard)

Etes-vous un des etudiants(olivier ,également) qui a choisi le projet Sirius pour son TIPE?
Je vais cliquer sur le site que vous indiquez dans votre dernier message.

[invite7ce6aa19]

Bonjour Mr Zoup1
Tout sauf le compressible! ,c'est pourtant le cas le plus courant en aéronautique.Ce qui ne veux pas dire qu'un avion de voltige par exemple (cap 231,extra 300 ou autres) ne pose pas de probleme interessant bien que son domaine de vol soit l'incompressible.
Question a 100 sous.Comment vous expliquez qu'un fluide accelere lorsqu'il rencontre un obstacle profilé et donc que sa pression statique dinimue,ce qui est a l'origine de la portance elementaire d'une aile
A noter que dans mon dernier message,je cite Kutta-Joukoswki.C'est le théoreme de K-J puisqu'il s'agit de 2 personnes
Merci pour votre réponse Cordialement Gaz et chaleur

Pour amener un fluide a une certaine vitesse il faut bien l'accélerer. Pendant la phase d'accélération le gaz se trouve localement comprimé mais se détend de sorte que la pression 'statique" soit localement constante (en abscence de viscosité). Si la pression ne varie pas trop vite la loi de Bernoulli relie pression "statique" et vitesse

néanmoins c'est le profil de pression (fut-t-elle non stationnaire) sur l'ensemble qui contrôle la portance

[monnoliv]

Je n'ai toujours pas eu de contre argument valable concernant le raisonnement "newtonien" suivant

Copie du raisonnement:
Je considère le corps massif (avion) dans l'air, j'observe que ce corps ne tombe pas mais reste toujours à la même hauteur (pour faire simple). Je sais néanmoins qu'il devrait tomber puisqu'il subit une force vers le bas due à son propre poids. S'il ne tombe pas c'est qu'une force égale mais de sens opposé le maintient en l'air. D'où vient cette force ? La seule possibilité est de faire intervenir la 3ème loi de Newton. Il faut et il suffit que l'objet, par un moyen qui ne m'intéresse pas pour l'instant, envoie des paquets d'air vers le bas (de la masse en quantité) pour qu'en contrepartie, cette masse par réaction crée la force de portance désirée.

A part zoup1, est-on convaincu qu'un avion doit nécessairement éjecter de la masse d'air vers le sol pour obtenir de la portance ? Si oui, ok. Si non, démontrez ce qui cloche dans le raisonnement.

[invitef591ed4b]

Euh et paraît qu'en principe, Bernouilli et la quantité de mouvement sont les plus cités lorsqu'on pose la question d'un avion qui vole, mais qu'en réalité, ils ne sont pas optimaux ... D'une part il faut que l'air suive le profil de l'aile (ça se fait seulement avec un fluide visqueux), puis Bernouilli ignore totalement l'effet des vortex de von Karman au bout de l'aile, et enfin le maximum de portance, chez Bernouilli, est estimé à ±45 degrés, alors qu'expérimentalement, on obtient le maximum pour un angle d'inclinaison <45° ...

En réalité, il me semble qu'utiliser les équations de Navier-Stokes donne déjà de meilleurs modèles, mais je ne suis pas allé plus loin.

[invite48090e33]

Je n'ai toujours pas eu de contre argument valable concernant le raisonnement "newtonien" suivant

A part zoup1, est-on convaincu qu'un avion doit nécessairement éjecter de la masse d'air vers le sol pour obtenir de la portance ? Si oui, ok. Si non, démontrez ce qui cloche dans le raisonnement.

Je suis à peu près sûr que zoup1 n'a rien à redire à ce raisonnement (sauf que ce n'est pas exactement de la masse qu'on éjecte, mais de la quantité de mouvement).
Mais cette vision par bilan est très globale.
Tout le début du fil portait plutôt, il me semble, sur comment envoyer de la quantité de mouvement vers le bas avec une aile.

[invite7ce6aa19]

Je n'ai toujours pas eu de contre argument valable concernant le raisonnement "newtonien" suivant

A part zoup1, est-on convaincu qu'un avion doit nécessairement éjecter de la masse d'air vers le sol pour obtenir de la portance ? Si oui, ok. Si non, démontrez ce qui cloche dans le raisonnement.

Non il n'y a pas que zoup1 qui soit convaincu. si tu regardes mes toutes premières interventions sur ce fil j'ai expliqué la portance en termes de collisions sur les molécules de gaz. Je vais donc le redire autrement d'une manière plus simple:

Si un avion se déplace avec une vitesse V dans l'air avec une aile a 45° alors il rencontre des molécules de gaz: il y a collisions.
Le resultat des chocs est que dans cette géométrie simplifiée les molécules partent vers le bas et l'avion vers le haut:

on a selon l'axe vertical:

P1 + P2 = (P1C + P2C) = 0

avant collisions P1 = P2 = 0

Apres collisions P1C= -P2C

CQFD l'impulsion des molécules est opposées a l'impulsion du gaz.

Dit autrement selon la vertical il y a un choc entre l'aile et les molécules et partent dans des directions opposées: l'avion vers le haut les molécules vers le bas:

la force vers le haut F= DP/dt s'équilibre avec le poids de l'avion: ainsi l'avion avance tout droit en envoyant des molécules vers le bas.

Toutefois ces molécules n'arrivent au sol (contrairement a ce qui a été écrit) parceque l'impulsion est diffusée puis dissipée dans les 3 directions de l'espace apres que l'avion soit passé.

Néanmoins ce modèle simpliste mais qualitativement correcte est insuffisant pour mieux comprendre ce qui se passe.

c'est pourquoi on réecrit la loi de Newton F=dp:dt sous une autre forme a savoir que l'équation de Naviers-Stokes: l'equation de Naviers-stokes et toutes ses conséquences dérivent de l'équation de Newton et en particulier l'equation de Bernouilli mieux a même de décrire le comportement de l'interaction de fluide et de l'aide de l'avion

[invited2cdf047]

Bonjour Messieurs

"Pour amener un fluide a une certaine vitesse il faut bien l'accélerer"
dit un intervenant.
Bien sur ,mais la question est"Pourquoi le fluide accelere en présen ce d'un solide (cas retenu) profilé ?"
Cordialement Gaz et chaleur

[invite7ce6aa19]

Bonjour Messieurs

"Pour amener un fluide a une certaine vitesse il faut bien l'accélerer"
dit un intervenant.
Bien sur ,mais la question est"Pourquoi le fluide accelere en présen ce d'un solide (cas retenu) profilé ?"
Cordialement Gaz et chaleur

Tout simplement parcequ'il y a collisions entre le gaz et le solide. Dit autrement lorsque l'avion avance dans le gaz celui-ci (le gaz) ne peut pas rester immobile cad il accélère.

[invite0bbfd30c]

l'A380. En naviguant sur internet j'ai trouver de nombreuses photos de l'avion et certaines informations m'on stupéfait devant la grandeur de cet appareil.490 mètres de long, 50m de large et 46m de haut pour 32000 tonnes d'acier.

Ces données sont fantaisistes...

[invite51605009]

Quelqu'un a un avis sur les posts #5, #6 et #7 ? Etant donné que j'ai cours de mécanique demain, je demanderais à mon prof, mais ca serait bien que j'ai plus d'infos pour pas dire n'importe quoi ....
Merci d'avance

[monnoliv]

Je suis tout à fait d'accord avec Rodeon, l'avion crée une variation de qté de mouvement de l'air qui, par réaction sur l'avion (3ème loi de Newton), exerce une force opposée sur l'avion. Il est donc nécessaire à l'avion de dévier l'air vers le bas (comme un hélicoptère) pour voler.

[invite51605009]

Oui, là dessus on est d'accord, mais sur la nécessité de viscosité du fluide...?

[invite48090e33]

j'ai l'avis de mon paternel (ancien de supaero).

Ce que t'a dit ton prof de méca, c'est le paradoxe de d'Alembert. La portance existe sans problème sans viscosité. Le hic, c'est qu'elle ne peut apparaitre que s'il y a de la viscosité.

Pour ce qui est de la différence entre vision newtonienne et Bernouilli, c'est seulement 2 façons différentes d'écrire la même chose.

[invite51605009]

Pour ce qui est de la différence entre vision newtonienne et Bernouilli, c'est seulement 2 façons différentes d'écrire la même chose.

Non non, l'un parle de différence de pression (hydrodynamique) et l'autre de conservation de quantité de mouvement à cause du "choc" des molécules d'air sur l'aile.

Ce que t'a dit ton prof de méca, c'est le paradoxe de d'Alembert. La portance existe sans problème sans viscosité. Le hic, c'est qu'elle ne peut apparaitre que s'il y a de la viscosité.

Tu te contredis ...
Enfin merci quand même d'essayer de m'aider

[invite48090e33]

je ne me contredis pas, je m'explique mal, désolé

A partir du moment où elle a débuté, la portance n'a pas besoin de viscosité pour continuer à exister.
MAIS, pour débuter, la portance a besoin de viscosité.

les deux "visions" sont bien analogues: on envoye de la quantité de mouvement (air) vers le bas grâce à la conservation lors des chocs "plus intenses sous l'aile que sur l'aile". C'est bien ça une différence de pression comme présentée par Bernoulli.

[invite51605009]

Avec Bernouilli, c'est pas plutot que l'air au dessus est accéléré et donc il y a une pression plus faible au dessus de l'aile ? Je suis quasiment sûr que c'est ca.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Portance
http://travel.howstuffworks.com/airplane6.htm
http://travel.howstuffworks.com/airplane7.htm

[invite48090e33]

Avec Bernouilli, c'est pas plutot que l'air au dessus est accéléré et donc il y a une pression plus faible au dessus de l'aile ? Je suis quasiment sûr que c'est ca.

moi aussi je suis sûr que c'est ça
ça n'empêche pas que les deux explications soient analogues.
En fait, la différence principale vient, il me semble, du moment où on passe du microscopique au mésoscopique. très tôt pour Bernoulli (dès l'équation de Navier-Stokes), au dernier moment pour la vision newtonienne (on considère le choc de chaque particule puis on intègre)

[invite51605009]

Si tu vois voir les deux denriers liens que j'ai mis pourtant, ils font bien la différence...et ce ne sont pas du tout les memes points de vue. (Downash dans l'un et pas dans l'autre,...), d'où mes doutes, mais bon tu as l'air sûr de toi.

[invite48090e33]

disons que celui qui me l'a expliqué est un supaéro qui a travaillé 30 ans au bureau d'études d'Eurocopter...
Le probème, c'est que visiblement, cette analogie est une vision d'ingénieur qui travaille sur un problème concret (une aile), pas du tout un truc de physicien (ton prof).