Bonjour à tous!
J'ai décidé de faire mon TIPE sur la rentrée atmosphérique mais je ne comprends pas la différence entre la portance lorsqu'il s'agit d'une aile d'avion et lorsqu'il s'agit d'une navette.
Pouvez-vous m'éclairer la-dessus svpp?
Je ne parviens pas non plus à trouver des sites qui l'expliquent donc si vous en avez je vous serais reconnaissante de me les partager.
Merci!
Bonsoir.
Il n'y a pas de différence.
Par contre, la navette, contrairement à un avion se trouve dans deux situations différentes lors de sa rentrée.
Dans un premier temps, la navette se ralentit en s'appuyant sur l'atmosphère. Au cours de cette étape, la partie inférieure de ses ailes agit comme un bouclier thermique.
Puis, après avoir atteint un vitesse suffisamment basse, la navette passe en mode "planeur" pour aller atterrir, à ce moment ses ailes fonctionnent comme celles d'un avion.
Tout d’abord, la navette est un aérodyne, tout comme les avions (donc un aéronef qui se sert du déplacement de ses ailes dans le flux d’air pour voler). Donc la portance aura la même équation que ce soit pour un avion ou une navette, car c’est la même chose. Ensuite, lors de la rentrée atmosphérique, la pression dynamique devient non-négligeable à partir de 100/110km environ. En descendant, sa vitesse devient supérieur à la vitesse nécessaire pour voler (cette vitesse varie en fonction de la densité de l’air, donc de l’altitude). Ainsi, elle pourrait techniquement «*voler*», même si les reactions aux commandes seraient plus lente dans un air si peu dense. Mais, en effet, la navette fait en sorte d’avoir un angle d’incidence, par rapport au flux d’air, supérieur à 17°, ce qui lui empêche de créer de la portance (l’angle doit être compris entre -3° et 17°, sinon l’aérodyne décroche). Donc au début, l’atmosphère ne fait que la ralentir. Par contre, plus elle rentre dans les couches denses de l’atmosphère, plus il y a un risque de rebond dur l’atmosphère. En effet, en rentrant à haute vitesse dans des couches denses, la navette se met automatiquement en prograde (elle pointe dans le sens de la trajectoire), cela va réduire l’angle d’incidence autour de 0°, ce qui va à nouveau créer de la portance (à cette instant, la navette est encore à 25/30km d’altitude). Donc si on ne faut pas attention, cette portance soudaine peut rehausser la trajectoire et renvoyer la navette sur une trajectoire suborbitale, qui va rallonger son vol et la faire rentrer une seconde fois dans l’atmosphère, mais pas à l’endroit voulu. Si cette phase de rentrée réussie, au alentours de 16/17km d’altitude, la navette récupère totalement les commande aérodynamique avec une vitesse proche de 1km/s. La suite du vol n’est qu’une descente classique d’un avion, mais en planant.
Contrairement à une croyance très répandue chez les instructeurs de pilotage, le décrochage ne provoque pas une disparition de la portance.Envoyé par HSbF6
Voir ci-dessous la courbe du coefficient de portance Cz en fonction de l'angle d'attaque pour un profil d'aile courant :
Le maximum est bien obtenu vers 17° (Cz max = 1,4), mais à 45° d'angle d'attaque, il est presque aussi élevé (Cz = 1,2)
Mais si on appelle ça une brique volante, c'est parce que ça plane quand même beaucoup moins bien qu'un avion.
En l’occurrence, le taux de descente est de 20° lorsqu'elle passe en mode "planeur".
En fait il y a 3 étapes essentielles, distinctes, dans une rentrée atmosphérique de navette (hormis la poussée rétrograde de désorbitation évidemment):
1) freinage de rentrée proprement dit : transformation de l'énergie cinétique en énergie calorifique, pitch (tanguage) a 40°, sans roulis ni lacet (yaw/roll à 0), le corps de la navette sert de bouclier en créant une onde de choc qui protège la structure de l'air ionisé a 10 000°C en ne lui faisant subir "que" ~1700°C. Étape assez identique a celle de la rentrée d'une capsule classique, jusqu'a Mach 8 ou 9.
2) banking : des grands "S" qui permettent de perdre l'énergie surnuméraire (mais obligatoire sinon trop risqué d'être trop court et sans moteurs), avec des banking a ~100° de chaque coté en alternance, a partir de 50km d'altitude. A partir de ~Mach 8
Il n'y a plus de chauffe significative de la structure à partir de ce moment là (seulement une poignée de centaines de degrés).
Le but est de dilapider le capital d'energie superflu qu'on avait mis de coté pour éviter d'être trop court pour la piste.
(J'adooore dilapider le capital, perso...)
3) vol plané, à partir de Mach 3, ~20km d'altitude, mais à 20° de taux de descente, donc quand même assez différent de celui d'un avion qui tient facilement 3 a 5° : c'est bien pour ça qu'on l'appelle une "brique volante" : ca vole comme une brique avec des moignons
Lors de la fin de cette étape, on effectue un tour complet au dessus de cape canaveral avant de s'aligner pour la finale, qui finit par un bel arrondi pour un touch down en douceur mais tout de même encore bien véloce : ~ 200m/s ! (de mémoire...).
Toutes ces données sont de mémoire et peuvent souffrir de quelques imprécisions.
Sinon une vidéo sur Orbiter 2006 que j'avais fait il y a 10 ans sur une rentrée atmosphérique contrôlée en brique volante, avec un delta glider, très proche d'une navette, où les étapes d'une rentrée en brique volante sont décrites (sauf le banking, particulièrement chiant a réaliser sans pilote automatique spécifique...): https://dai.ly/xkx970
vidéo ou, a la fin, je confonds les m/s en noeuds (knt), alors que c'est pas du tout pareil (3.6 km/h contre 1.852 km/h, le double...) mais bon...
Tu auras peut-être (maticha) des choses à en tirer sur la procédure de rentrée d'une brique volante.
Merci beaucoup pour vos réponses ça m'a bcp aidé.
J'ai une dernière question: Pq on met en évidence la portance uniquement à travers les ailes de la navette? Est-ce que le corps tout seul n'en possède pas?
Bien sûr que oui. Les ailes et le corps forment une aile de très faible allongement global dont la pente dCz/di est réduite en conséquence (augmentation de l'angle d'attaque, à Cz donné)
Un graphique intéressant qui donne le profil de rentrée d'un Shuttle :
https://www.spaceacademy.net.au/spacelink/sreentry.gif
Etape 1 (rentrée calorifique), c'est la phase noire du graphique.
Etape 2, (phase de banking) c'est entre la fin de la phase noire et 5 minutes avant le posé, au début de l'endroit ou la courbe de vélocité devient plane. Pendant cette phase la navette passe la grande majorité du temps fortement inclinée à gauche ou a droite (le banking), mais se comporte déjà comme un planeur (hyper chelou, qu'on a jamais rien fait planer d'autre comme ça, mais comme un planeur).
Etape 3, la phase de posé, attitude de planeur classique mais qui tombe quand même comme une brique, à 20° : c'est toute la courbe de vélocité plate finale, vitesse quasi constante (~220m/s) tour au dessus de la base avant la finale compris, pour un touch final a ~100 m/s, mais on est encore à quasi 200m/s jusqu'a 20 secondes avant.
On peut voir que pendant la phase noire, la courbe d'altitude est plus plane que le reste : on passe du temps (surtout de la distance en fait, a cette vitesse) a bien freiner avant de rentrer dans les couches plus denses, on est a ce moment là en train de surfer avec la courbe de température de la coque car on ne veut pas qu'elle monte trop, tout en étant la plus efficace possible (grosse transformation de cinétique en chaleur).
C'est ici que les marges sont les plus faibles.
C'est ici qu'on a perdu Columbia.
A ce moment là, on peut agir très faiblement sur le pitch de l'engin pour éviter de sortir (en haut ou en bas) du couloir de descente prévu et affiché sur les instruments.
Mais cette phase est entièrement automatisée et le pilote n'intervient pas. C'est le P.A. qui gère les paramètres de respect de trajectoire à ce moment là.
C'est comme un palier : on va diviser par deux la vitesse de l'engin entre 70 et 55 km d'altitude. Sur seulement 15 km d'altitude ! Étonnant la "finesse" de l'endroit où on perd autant de vitesse !
Important de le noter pour bien comprendre les processus et l'ensemble de la procédure.
Déjà, les briques volantes, c'est spécial.
Mais ils ont encore compliqué l'affaire avec le Shuttle, car les marges sont toujours minuscules, du décollage à l'atterrissage.
L'engin poussait trop loin les limites techniques de son temps.
Aujourd'hui, le starship tente de rationaliser le système en introduisant le concept de réutilisable intégral.
Sur le papier c'est splendide, mais la réalité est aussi économique et ce truc a besoin d'un marché (commandes civiles) gargantuesque pour exister.
Sans compter que le réutilisable total sur ce genre d'engin orbital de très grosse capacité est une sacrée gageure à beaucoup de niveaux.
Mais le starship ne fait que prolonger le principe du Shuttle, en tentant de le rationaliser économiquement.
La rentrée atmosphérique de l'engin va être un succulent sujet technique un jour ou l'autre.
Mais on risque d'attendre un certain temps...
