couche limite aile d'avion

[inviteb6626611]

Bonjour,

On dit que la portance d'une aile est dûe à la différence de parcours de l'air entre l'intrados et l'extrados. La vitesse de l'air sur l'extrados est plus grande que sur l'intrados, donc la pression y est plus faible, d'où la portance. (j'ai entendu parler d'une autre théorie qui invalide celle-ci, sans toutefois remettre en question les applications: les avions volent toujours une histoire d'intégrale je ne me souviens plus trés bien...)

Mais alors, pourquoi n'a-t-on pas intérêt à décoller la couche limite très tôt sur l'extrados, afin de réduire la pression au maximum et augmenter la portance ? Cela a peut être une mauvaise influence sur la stabilité de l'avion ?

Merci pour votre aide.

Au revoir !
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[Aroll]

Bonjour,

On dit que la portance d'une aile est dûe à la différence de parcours de l'air entre l'intrados et l'extrados.

Non, la différence de parcours n'y est pour rien. La portance peut s'expliquer par une différence de pression, ou par une déviation de l'air, mais cette histoire de parcours plus long est une erreur.

Amicalement, Alain

[inviteb6626611]

Ok mais alors à quoi est dûe cette différence de pression si ce n'est pas la différence de parcours ?

C'est une ERREUR ou un MODELE simpliste ? (le modèle de Bohr pour l'atome par exemple, c'est une erreur ou un modéle simpliste ?)
Alors pourquoi enseigne-t-on encore que c'est la différence de parcours ?

Vous parlez de déviation de l'air, qu'est ce que c'est ?

Merci pour votre aide.
Amicalement

[harmoniciste]

L'explication par la longueur du parcours est bien une ERREUR. Une feuille de papier cambrée et dotée d'un angle d'attaque porte très bien. Pourtant les parcours à l'extrados et à l'intrados ont exactement la même longueur.
La portance s'explique simplement par la déviation vers le bas d'une certaine masse d'air au passage de l'aile, grâce à l'incidence. Par réaction, l'aile est poussée vers le haut.
Sur l'intrados, c'est évident. Sur l'extrados, il se produit un équilibre entre la forte dépression qui se produirait sans déflexion et la déflexion nécessaire à combler cette dépression.
Il est défavorable pour la portance que la couche limite décolle de l'extrados, la déflexion de la veine d'air étant alors réduite.

[A voir en vidéo sur Futura]

[calculair]

Bonjour

Ne crois tu pas, Harmoniciste, ton histoire de deviation des filets d'air ou leur variation de quantite de mouvement est equivalent au phenomène de Bernouilli et de depression. Les 2 phènomènes sont liés et leur effets identiques

Il faut bien que la depression existe,si les filets d'air ne se decollent pas,

Il faut bien que les quantités de mouvements soient conservés

On ne peut pas dire que certaines lois de physique s'appliquent et pas d'autres....

[harmoniciste]

Oui, Calculair. C'est ce que je croyais exprimer simplement par "il se produit un équilibre " (un moyen terme).

Si on cambre un profil ultra-mince de manière que son point d'arrêt soit exactement au bord d'attaque, il apparaît clairement que les distances parcourues à l'intrados et à l'extrados sont rigoureusement identiques. Les vitesses (et pressions) sont simplement différentes parce qu'aucune aucune loi physique n'impose que ces distances doivent être parcourues en des temps égaux.

[inviteb6626611]

Merci pour vos précisions.

Je comprends bien qu'une aile inclinée vers le haut aura tendance à subir des forces vers le haut.

Comme c'est une erreur, est-ce que cela veut dire qu'une aile,
- avec un parcorus sur l'extrados plus grand que sur l'intrados
- sans inclinaison/incidence par rapport à la vitesse du fluide
ne subira pas de portance ?

Alors quand on fait des maths pour avoir des profils particuliers, non symétriques, c'est pas pour la portance ?

PS: vous avez une idée de la théorie dont je parle au message #3 ?

[calculair]

Bonjour,

J'aimerai que, harmoniciste, nous eclaire sur son point de vu avec quelques données plus precises.


Pour ma part, Bernouilli a bien demontré que si une veine d'air accroie sa vitesse, la pression diminue. Cet effet est une consequence de la conservation de l'energie. L'augmentation de l'energie cinetique de l'air est prise sur l'energie des forces de pression. Cela se demontre facilement.


Par ailleurs si les flux d'air sont deviés, la theorie de la conservation des quantite de mouvement, montre que l'obstacle est devié dans l'autre sens.

A priori pour moi les 2 phénomènes sont liés. C'est comme pour calculer la puissance en electricite P = V I ou R I² et tu trouves pareil....

Ce qui est sur un profil symetrique, avec un angle d'attaque de 0° ne genere aucune portance, que de la trainée.

[harmoniciste]

Polof, L'incidence du profil par rapport à la vitesse du fluide dépend d'une référence arbitraire prise sur ce profil. Tout ce qu'on peut dire alors c'est que quand la portance est nulle, le flux d'air en aval ne change pas de direction.

Les calculs mathématiques complexes permettent de prévoir les écoulements sur un profil donné et donc de connaitre (et améliorer) la portance maximale, mais pas nécessairement. Ce peut être aussi pour réduire la trainée sous portance faible par prolongation de la laminarité de la couche limite, ou encore pour obtenir les bons déplacements de la résultante en fonction de l'incidence à des fins de stabilité ou de réduction des contraintes de torsion (Cmo nul ou positif)

Calculair, je suis en accord complet avec ton texte. Je réfute simplement l'histoire de la longueur des parcours.

[inviteb6626611]

Harmoniciste:

quand la portance est nulle, le flux d'air en aval ne change pas de direction.

Donc le but des profils assymmétriques n'est pas de créer une dépression par différence de parcours mais plutôt de, entre autres, dévier le flux d'air ?

Pourquoi réfutes tu l'argument sur la longueur des parcours ?

Les vitesses (et pressions) sont simplement différentes parce qu'aucune aucune loi physique n'impose que ces distances doivent être parcourues en des temps égaux.

Je ne vois pas où est la logique:
Si les distances devaient être parcourues en des temps égaux,
Alors les vitesses seraient différentes.
Or rien ne prouve que les temps sont égaux.
Donc les vitesses sont différentes...

La conservation de la matière impose des temps de parcours égaux non ?

Mais sans trop discuter sur les théories, y'a eu des essais en soufflerie ? Quelles conclusions sur les temps de parcours ?

(je ne m'acharne pas contre toi en particuliers Harmoniciste, j'essaye juste de savoir où est l'erreur de raisonnement )

Merci !

[phys4]

Mais alors, pourquoi n'a-t-on pas intérêt à décoller la couche limite très tôt sur l'extrados, afin de réduire la pression au maximum et augmenter la portance ? Cela a peut être une mauvaise influence sur la stabilité de l'avion ?

Bonjour à vous,

je vois que dans vos échanges, il n'a pas été répondu à cette partie de la question ci dessus.
une explication simple : en utilisant la conservation de l'impulsion : comme la portance sera d'autant plus grande que davantage d'air se trouve dévié var le bas, il est important que l'air ne décolle pas de l'extrados, car ainsi le flux d'air est renvoyé vers le bas en arrière de l'aile.
Cet effet est d'ailleurs la part principale de la portance.

[inviteb6626611]

Merci phys4.

Donc comme le disait justement Harmoniciste, l'assymétrie de l'aile n'a pas pour objectif de rendre les temps de parcours différents, mais plutôt de dévier le flux d'air (en l'occurrence vers le bas, voilà pourquoi les profils sont souvent semblables, ligne moyenne le plus souvent concave, est-ce juste ?)

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Pour la petite histoire, j'ai un planeur un balsa dont les extrados présentent une discontinuité. Parfois il a un comportement étrange, il fait un roulis brusque, très rapide et en même temps très court. J'ai d'abord suspecté le vent, mais ca collait pas avec la breveté du roulis. Maintenant je me dis que c'est sûrement dû à un décollement de couche limite (peut être influencé par le vent biensûr). Il faut que je teste en intérieur déjà, puis que je ponce l'extrados pour comparer. On verra...

[calculair]

bonjour,

Si les flux d'air restent collés au profil, la vitesse relative du profil par rapport aux flux d'air est proportionnelle à la longueur de profil. Si cette condition n'est pas remplie, il y a décollement du flux d'air...

[inviteb6626611]

Calculair, vous pourriez détailler un peu plus svp ?

Je ne comprends pas, il y a donc une vitesse optimale qui, pour un profil donné, ne provoque pas de décollement de couche limite ? Sinon dans tous les autres cas (vitesses différentes de la vitesse optimale) il y a décollement ?

Merci.

[calculair]

bonjour,

Je ne comprends pas bien cette notion de vitesse optimale. Tant que les filets d'air suivent la forme du profil, la vitesse relative de l'air par rapport au profil est proportionnelle à la longueur du profil suivi par le filet d'air

[phys4]

Si les flux d'air restent collés au profil, la vitesse relative du profil par rapport aux flux d'air est proportionnelle à la longueur de profil. Si cette condition n'est pas remplie, il y a décollement du flux d'air...

Cela demande une explication, n'est ce pas l'erreur signalée au message 9 ?
La condition de décollement est liée à la forme du profil et la vitesse de l'air.

[Xoxopixo]

Bonjour,

Mais alors, pourquoi n'a-t-on pas intérêt à décoller la couche limite très tôt sur l'extrados, afin de réduire la pression au maximum et augmenter la portance ? Cela a peut être une mauvaise influence sur la stabilité de l'avion ?

Ca augmente la trainée, qui correspond à une resistance à l'avancement.
Mais plus gràve, ça peut entrainer la perte de portance. (l'avion tombe)

Décoller la couche limite produit des turbulences (à grande vitesse), ces turbulences empèchent l'air de s'écouler, ce qui dévie l'air en circulation, formant des turbulences... puis de très gros tourbillons à l'arrière de l'aile.
Les tourbillons circulaires produisent, en plus de l'effet des turbulences (effet d'arret de l'air qui vient sur ces turbulences), une depression à l'arrière de l'aile, donc un effet de "succion" suplémentaire.

On évite justement ce décrochage de la couche limite au maximum, qui détruit de manière très brutale la portance, quitte à perdre un peu en trainée.

Voir cette documentation bien faite à ce sujet:
http://www2.ac-lille.fr/ciras/BIA/Co...o_Meca_V4P.pdf

[inviteb6626611]

Calculair: désolé j'ai mal compris le sens de longueur du profil. Tu veux dire longueur du chemin parcouru par l'air ? Donc plus le filet est loin de la surface, plus il s'écoule rapidement ? Je pense que je n'ai toujours pas compris...

Xoxopixo, merci pour le lien.

Merci pour votre patience !

[harmoniciste]

Harmoniciste:
Donc le but des profils assymmétriques n'est pas de créer une dépression par différence de parcours mais plutôt de, entre autres, dévier le flux d'air ?
Pourquoi réfutes tu l'argument sur la longueur des parcours ?
Je ne vois pas où est la logique:
Si les distances devaient être parcourues en des temps égaux,
Alors les vitesses seraient différentes.
Or rien ne prouve que les temps sont égaux.
Donc les vitesses sont différentes...

Je n'ai jamais nié les différences de vitesses, je dis que ces différences ne viennent pas de la différence des distances parcourues. Si telle en était la raison, un profil mince ne porterait pas. Or ils portent.

La conservation de la matière impose des temps de parcours égaux non ?

Non. L'erreur de raisonnement est là.

[calculair]

bonjour

Les profifs epais sont davantages porteur...mais cela se paye aussi par une trainée plus forte

[inviteb6626611]

Harmoniciste dit:

Je n'ai jamais nié les différences de vitesses, je dis que ces différences ne viennent pas de la différence des distances parcourues. Si telle en était la raison, un profil mince ne porterait pas. Or ils portent.

J'aurais plutôt dit, un profil mince porte moins. Tant qu'il n'est pas symétrique, il porte ? (sous incidence nulle pour rappel)
En revanche un profil symétrique ne porte pas du tout, à moins d'avoir une incidence non nulle.

Est-ce qu'un profil dont l'extrados est bombé et l'intrados quasi plat, dont l'incidence est nulle, subit une portance ?
Je dirais oui pour deux raisons:
1 - différence de pressions d'une part
2 - et d'autre part, comme vous me l'avez expliqué avant, direction de l'air venant de l'extrados vers le bas provoquant une réaction (conservation de la qté de mvt).

Donc en réalité, seule la 2 est correcte ?

Sinon, pourquoi n'y a t il pas conservation de la masse (j'aurais dû dire du débit) ? Il y a un stockage d'air qqpart ?

Merci

[harmoniciste]

Harmoniciste
La conservation de la matière impose des temps de parcours égaux non ?
Y'a eu des essais en soufflerie ? Quelles conclusions sur les temps de parcours ?

Regardes cette vidéo: http://www.youtube.com/watch?v=6UlsArvbTeo Les filets d'air n'ont pas parcouru l'extrados et l'intrados en des temps égaux. Pour autant, il n'y a pas eu accumulation de matière quelque-part.

[phys4]

J'aurais plutôt dit, un profil mince porte moins. Tant qu'il n'est pas symétrique, il porte ? (sous incidence nulle pour rappel)
En revanche un profil symétrique ne porte pas du tout, à moins d'avoir une incidence non nulle.

Est-ce qu'un profil dont l'extrados est bombé et l'intrados quasi plat, dont l'incidence est nulle, subit une portance ?
Je dirais oui pour deux raisons:
1 - différence de pressions d'une part
2 - et d'autre part, comme vous me l'avez expliqué avant, direction de l'air venant de l'extrados vers le bas provoquant une réaction (conservation de la qté de mvt).

La portance ne dépend pas de l'épaisseur du profil : dans tous les cas il faut une incidence non nulle. Pour un profil courbe, il existe toujours une incidence neutre qui annule la portance. La courbure du profil augmente beaucoup son efficacité en retardant le décrochement.

Exemple un avion d'acrobatie a des ailes à faible courbure afin d'avoir une certaine efficacité dans les deux sens, cependant la portance vers le haut de l'appareil est favorisé par une certaine courbure,. Conséquence, la vitesse de décrochage est plus faible en position normale qu'en position inversée.

Certains auteurs inversent souvent les causes et les conséquences en aérodynamisme :
c'est l'incidence qui crée la déviation de l'air
la déviation de l'air crée un gradient de pression
la différence des pressions entre les deux faces entraine une différence de vitesse (Bernoulli)

Les profils épais ont surtout l'avantage de rigidifier l'aile et de permettre le stockage du carburant.

Il n'existe aucune loi physique qui impose de deux molécules qui se séparent sur le bord d'attaque doivent se retrouver sur le bord de fuite. Il serait intéressant de pister cette aberration qui traine un peu partout pour savoir d'où elle vient.
Pour diminuer la trainée, il est important que les filets d'air du bord de fuite se rencontrent à la même vitesse, pour cele il faut éviter les turbulences et les pertes par rugosité sur les deux faces. Cette condition conduit à un bord de fuite mince et à faible courbure.

[harmoniciste]

Les profils epais sont davantages porteur...mais cela se paye aussi par une trainée plus forte

L'inconvénient des profils minces n'est pas qu'ils portent moins, mais qu'il faut adapter leur courbure à la valeur précise du Cz souhaité. J'ai vérifié avec "JavaFoil", on peut obtenir Cz max=1,5 avec un profil de 3% d'épaisseur maxi à 4% de corde... judicieusement cambré.
Dans l'onglet "Ecoulement", on peut cliquer sur "écoulement" et sur "pulsé", pour voir que les tranches d'air parties ensemble depuis le bord d'attaque sur l'extrados et l'intrados ne se rejoignent pas au même instant au bord de fuite.

[inviteb6626611]

Bonjour !

Merci pour vos explications. Je vais relire tout ca tranquillement et en chercher davantage dans la littérature.

Une réponse amène une nouvelle question
Phys4 vous parlez de stockage de carburant dans les ailes.
Comment est assuré l'équilibrage de l'avion en vol ?
Je ne sais pas si la masse de carburant est suffisante pour déséquilibrer un avion, mais si c'est le cas, il faut éviter que le carburant ne se ballade de droite à gauche dans l'aile ?

Est-ce que les réservoirs diminuent de volume à mesure que le carburant est consommé ? Pour éviter que la masse de carburant ne bouge trop.

Bonne journée

[calculair]

bonjour,

Je n'ai aucune notion sur l'architecture des avions, mais les reservoirs sont, je pense compartimentés et des pompes peuvent transferer du carburant d'un compartiment à l'autre. enfin, ils devraient être implantés au voisinage du centre de gravité optimum pour le vol.

Il appartient au pilote de maitriser le centre de gravité afin de garder le controle du vol et pour les avions commerciaux, de minimiser les consommations de kérosène.

[phys4]

Une réponse amène une nouvelle question
Phys4 vous parlez de stockage de carburant dans les ailes.
Comment est assuré l'équilibrage de l'avion en vol ?
Je ne sais pas si la masse de carburant est suffisante pour déséquilibrer un avion, mais si c'est le cas, il faut éviter que le carburant ne se ballade de droite à gauche dans l'aile ?

Est-ce que les réservoirs diminuent de volume à mesure que le carburant est consommé ? Pour éviter que la masse de carburant ne bouge trop.

Comme le signale "calculair" les réservoirs sont compartimentés en longueur et en largeur. l'avantage des ailes est surtout que la consommation change peu le déplacement centre de gravité, centre de portance.
Le carburant constitue une part importante de la masse dans les avions commerciaux. Une partie de ce carburant est stocké dans des réservoirs répartis dans le corps de l'avion. L'utilisation des réservoirs se fait dans un ordre établi. Le pilote dispose de pompes pour répartir ce carburant en fonction de l'attitude de vol.
Cette fonction était très importante sur le Concorde.