Bernoulli & la chute de pression (aérodynamique)

[Kiristi Madam]

Bonjour

L'air statique fait environ 1.2 kg/m3 (à 20°C). Selon la loi de Bernoulli, plus cet air aura une certaine vitesse, plus sa pression va diminuer au carré, si j'ai bien compris ? Mais je ne comprends pas comment une aile d'avion (bombée et sans incidence) puisse avoir assez de portance pour faire décoller un avion de plusieurs tonnes.

Je ne veux pas qu'on me sorte la formule de la portance. Je la connais déjà. Ce que je veux savoir, c'est s'il y a juste la loi de Bernoulli qui entre en jeu dans ce profil d'aile bombée et sans incidence ?

Merci pour vos éclairages !
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[maxwellfiltre]

bonsoir,

sans rentrer dans la formule de la portance, c est la différence de pression entre l intrado et l extrado de l aile qui crée une sorte d'aspiration qui soulève l aile (enfin l avion tout entier du coup)

cf ce lien

bonne lecture

[Aroll]

Bonjour.

Bonjour

L'air statique fait environ 1.2 kg/m3 (à 20°C). Selon la loi de Bernoulli, plus cet air aura une certaine vitesse, plus sa pression va diminuer au carré, si j'ai bien compris ? Mais je ne comprends pas comment une aile d'avion (bombée et sans incidence) puisse avoir assez de portance pour faire décoller un avion de plusieurs tonnes.

Je ne veux pas qu'on me sorte la formule de la portance. Je la connais déjà. Ce que je veux savoir, c'est s'il y a juste la loi de Bernoulli qui entre en jeu dans ce profil d'aile bombée et sans incidence ?

Merci pour vos éclairages !

Une aile "bombée et sans incidence", comme tu dis, n'a qu'une bien faible portance, et à ma connaissance, tous les avions décollent avec un angle d'incidence non nul.

Amicalement, Alain

[harmoniciste]

Dans le cas d'une aile, la loi de Bernouilli ne peut pas t'aider. Elle part d'une différence de vitesse pour obtenir une différence de pression. Différence de vitesse prise entre quels points?

[A voir en vidéo sur Futura]

[triall]

Bonjour, d'après ce que j'ai compris l'air sur le dessus décolle , à cause de l'incidence et de la forme de l'aile créant un vide partiel , d'où une portance, ensuite vu l'incidence de l'aile, l'air est guidé vers le bas ; ce qui fait une force aussi vers le haut à cause de la conservation de la quantité de mouvement .. ...
Le pilote gère cette incidence pour monter, descendre ..

Maintenant , avec l'air; la pression n'a pas l'air de diminuer avec la vitesse , contrairement à ce qu'il se passe dans un tuyau d'eau , c'est ce que je ne comprends pas très bien !

[Kiristi Madam]

C'est ça qui est pénible : pour faire simple, on arrête pas de nous dire que la portance est due à la différence de vitesse entre l'intrados et l'extrados. Et ce que vous me dites là, c'est qu'en fait elle est surtout due à l'incidence de celle-ci.

D'ailleurs, les hélicoptères n'ont pas d'ailes bombées, et pourtant ils volent !

[Aroll]

C'est ça qui est pénible : pour faire simple, on arrête pas de nous dire que la portance est due à la différence de vitesse entre l'intrados et l'extrados. Et ce que vous me dites là, c'est qu'en fait elle est surtout due à l'incidence de celle-ci.

D'ailleurs, les hélicoptères n'ont pas d'ailes bombées, et pourtant ils volent !

L'approche la plus générale, est de dire que la portance est due à une déviation du flux d'air, mais elle peut être décrite comme le résultat d'une différence de pression, parce que c'est seulement une autre vision du même phénomène (si l'air est poussé vers le bas par l'intrados, il y aura forcément une surpression à cet endroit, et si l'air est tiré vers le bas par l'extrados, il y aura forcément une dépression à cet endroit).
Et la différence de vitesse est réelle aussi, alors tu vois.............

Amicalement, Alain

[triall]

et si l'air est tiré vers le bas par l'extrados, il y aura forcément une dépression à cet endroit).

, je ne comprends pas trop ceci !
Il faut tout de même voir les 2 origines de la portance 1) Pression différente entre l’intrados et l’extrados, et 2)Déviation du jet d'air vers le bas qui fait effectivement une surpression en dessous, mais cette surpression vient de la quantité de mouvement ..
La question posée, est que la pression de l'air n'a pas" l'air" de diminuer sur l'intrados (dessous hein?) , malgré le théorème de Bernoulli .
Sur un autre sujet, ici, je pensais que la pression statique, sur la partie cylindrique d'un avion diminuait avec la vitesse, mais on m'a affirmé le contraire , sans trop m'expliquer , il faudrait que je retrouve le sujet, on m'a parlé de régime forcé ..
En m'envoyant au fonctionnement des sondes Pitot ; on m'a montré que la pression statique ne variait pas avec la vitesse (ne diminuait pas)

[Rhodes77]

Bonsoir,

J'avais l'habitude d'entendre expliquer la portance grâce à Bernoulli et la conservation du débit :
figurons-nous deux petites "molécules d'air" (ahemm) l'une au dessus de l'autre, animées d'une vitesse en direction de l'aile.
La molécule d'en haut va longer la partie bombée, celle du bas la partie lisse.
Pour qu'il y ait conservation du débit, ces deux molécules superposées doivent se retrouver supperposées à l'autre bout de l'aile. Celle du haut devra donc aller plus vite que celle du bas.
Cette vitesse plus grande en haut aura pour conséquence, par Bernoulli, de donner une pression plus faible qu'en bas.
Ainsi l'aile est soumise à une différence de presssion entre les deux faces, càd à une résultante non-nulle.

Si quelqu'un voit une trop méchante approximation ou une invalidité du domaine d'explication ?
Bonne soirée.

N.B. : Explication non-rigoureuse, un peu à la sauce "avec les mains".

[triall]

Bonsoir ,Rhodes, alors apparemment ce n'est pas la bonne explication, je n'arrive pas à retrouver la discussion, où l'on m'a certifié que la pression statique sur une carlingue d'avion par exemple était simplement la pression atmosphérique; il me semble que LPFR était dans la discussion et n'avait pas relevé donc admis ceci ...
Je me souviens j'avais donné l'exemple du hublot mal vissé qui a été éjecte dehors vers l'avant , mais en fait cela venait du fait que la pression dans l'avion est plus importante que celle dehors à cause de l'altitude .
Pourtant , il me semblait avoir compris que les molécules qui rebondissaient sur une paroi , créant la pression, avaient des rebonds plus inclinés si cette paroi avançait à une certaine vitesse , et que la baisse de pression venait de là ..
Mais apparemment ce n'est pas le cas, il doit y avoir une explication en rapport avec le libre parcours moyen, ou une histoire de couche limite .. Peut-être la carlingue, la paroi entraînent une partie de la couche en avançant .Il faudrait retrouver le forumeur qui tenait cette théorie, il avait absolument l'air de connaître le sujet ...

[triall]

Bonjour, après quelques recherches, j'ai vu qu'il fallait tenir compte de ce fameux effet Coanda , qui fait que l'air de l'extrados suit la courbe de l'aile, et est ainsi projeté vers le bas, provoquant une poussée donc ...De la même manière que l'air de l'intrados est projeté en bas avec l'incidence .
Alors pourquoi l'air suit cet extrados, j'ai cru comprendre , vu la forme de l'aile que l'air avait tendance à décrocher de l'aile, créant un vide qui"aspire" alors les filets d'air en les propulsant vers le bas ! Comme je disais, si les molécules d'air frappent contre une paroi en mouvement, leur vitesse lors de la frappe est plus inclinée, si de plus , à ce niveau la paroi file vers le bas, il se crée un vide , ce vide serait placé donc au niveau où l'aile "redescend" , et il aspirerait alors les filets d'air vers le bas ....
A faire attention, l'eau qui reste collé à une cuillère ne semble pas être l'effet Coanda, mais plutôt une histoire de tension superficielle .

[velosiraptor]

Pas sûr du tout que le théorème de Bernoulli puisse expliquer complètement (suffisamment ?) le fait qu'un avion vole.
Par exemple, pas mal d'avions peuvent aussi voler sur le dos ....... La couche limite autour du profil d'aile joue un rôle très important (on parle de "décrochage") et ce qui donne la portance ne s'explique pas "uniquement" avec cette différence de pressions intrados extrados .....
Pour les pales d'hélicos (et les pales d'hélices en général) l'angle d'incidence est aussi présent, et le pilote a la possibilité, selon les phases de vol, de modifier celui-ci !
Mais s'il y a une explication simple à la sustentation d'un aéronef, je suis preneur.

[harmoniciste]

Pour qu'il y ait conservation du débit, ces deux molécules superposées doivent se retrouver supperposées à l'autre bout de l'aile.

Mais d'où vient donc cette idée, largement colportée ? Il existe des vidéo sur Youtube prouvant que c'est faux.

[Aroll]

, je ne comprends pas trop ceci !
Il faut tout de même voir les 2 origines de la portance 1) Pression différente entre l’intrados et l’extrados, et 2)Déviation du jet d'air vers le bas qui fait effectivement une surpression en dessous, mais cette surpression vient de la quantité de mouvement ..
La question posée, est que la pression de l'air n'a pas" l'air" de diminuer sur l'intrados (dessous hein?) , malgré le théorème de Bernoulli .
Sur un autre sujet, ici, je pensais que la pression statique, sur la partie cylindrique d'un avion diminuait avec la vitesse, mais on m'a affirmé le contraire , sans trop m'expliquer , il faudrait que je retrouve le sujet, on m'a parlé de régime forcé ..
En m'envoyant au fonctionnement des sondes Pitot ; on m'a montré que la pression statique ne variait pas avec la vitesse (ne diminuait pas)

1) Il n'y a qu'une seule origine de la portance, la déviation d'air, et la différence de pression ne sont que deux "visions" différentes du même phénomène.
Si l'intrados pousse l'air vers le bas, alors l'air pousse l'intrados vers le haut par simple application du principe d'action et de réaction, et si l'air pousse, alors cela se traduit par une surpression.
Si l'extrados "tire" l'air vers le bas, alors l'air "tire" l'intrados vers le haut par simple application du principe d'action et de réaction, et si l'air "tire", alors cela se traduit par une dépression.

2) La pression ne doit pas diminuer sous l'intrados, et ce n'est pas en contradiction avec Bernouilli.

3) La pression de l'air sur la "pointe" avant d'un avion est la somme de la pression statique locale (la pression atmosphérique) et de la pression dynamique (due à la vitesse relative de l'avion par rapport à l'air), on l'appelle la pression totale, et elle est constante.
Lorsque l'avion avance dans l'air, l'air doit contourner l'obstacle que représente l'avion, il y a donc localement un manque de place qui oblige l'air à accélérer pour conserver le débit massique. Si l'air accélère, la pression dynamique augmente, et pour respecter la constance de la pression totale, il faut que la pression statique diminue (c'est l'effet venturi).
À partir de là, on pourrait penser que la pression statique est plus basse sur toute la longueur du fuselage, ce qui est faux, et c'est en cela que la situation diffère d'un "vrai" venturi. L'absence de "parois de confinnement" pour canaliser l'air lui permet de se "relâcher" et la pression statique retrouve sa valeur d'origine un peu plus loin.
Il y a donc bien une baisse de pression au niveau du fuselage, mais cette baisse est limitée à une certaine distance, et c'est ce qui motive le placement des sondes statiques un peu en arrière du nez, pour laisser à l'air le temps de retrouver sa pression statique d'origine.
Si tu regarde la distribution des pressions autour d'un tube pitot, tu remarqueras une baisse de la pression statique sur les côtés de la partie avant du tube, et un retour progressif à la normal au fur et à mesure que l'on progresse vers l'arrière du tube où se trouve la prise de pression statique.

Amicalement, Alain

[Aroll]

Pourtant , il me semblait avoir compris que les molécules qui rebondissaient sur une paroi , créant la pression, avaient des rebonds plus inclinés si cette paroi avançait à une certaine vitesse , et que la baisse de pression venait de là ..

Ce n'est pas "l'inclinaison" des rebonds qui est à l'origine de la baisse de pression dans tout ce qui peut être rapproché de l'effet venturi, c'est la "canalisation" vers l'avant des mouvements des molécules, qui entraîne une diminution de la valeur de la composante perpendiculaire à la paroi.
Le seul fait de mettre de l'air en mouvement ne diminue pas cette composante perpendiculaire, il y simplement addition des deux mouvements.
Pour qu'il y ait baisse de la pression statique, il faut transformer une partie de cette pression statique en pression dynamique en "orientant" plus ou moins le mouvement des molécules.

Amicalement, Alain

[Aroll]

Bonjour, après quelques recherches, j'ai vu qu'il fallait tenir compte de ce fameux effet Coanda , qui fait que l'air de l'extrados suit la courbe de l'aile, et est ainsi projeté vers le bas, provoquant une poussée donc ...De la même manière que l'air de l'intrados est projeté en bas avec l'incidence .
Alors pourquoi l'air suit cet extrados, j'ai cru comprendre , vu la forme de l'aile que l'air avait tendance à décrocher de l'aile, créant un vide qui"aspire" alors les filets d'air en les propulsant vers le bas ! Comme je disais, si les molécules d'air frappent contre une paroi en mouvement, leur vitesse lors de la frappe est plus inclinée, si de plus , à ce niveau la paroi file vers le bas, il se crée un vide , ce vide serait placé donc au niveau où l'aile "redescend" , et il aspirerait alors les filets d'air vers le bas ....
A faire attention, l'eau qui reste collé à une cuillère ne semble pas être l'effet Coanda, mais plutôt une histoire de tension superficielle .

1)C'est bien par effet Coanda que l'air est amené à suivre la pente de l'extrados et donc à descendre (c'est pourquoi je parlais de "tirer" l'air vers le bas).
2) Au contraire, l'eau qui suit la cuillère est une excellente illustration de l'effet Coanda.............. Qui n'est qu'une conséquence de la viscosité.....

Amicalement, Alain

[Aroll]

Pas sûr du tout que le théorème de Bernoulli puisse expliquer complètement (suffisamment ?) le fait qu'un avion vole.
Par exemple, pas mal d'avions peuvent aussi voler sur le dos ....... La couche limite autour du profil d'aile joue un rôle très important (on parle de "décrochage") et ce qui donne la portance ne s'explique pas "uniquement" avec cette différence de pressions intrados extrados .....
Pour les pales d'hélicos (et les pales d'hélices en général) l'angle d'incidence est aussi présent, et le pilote a la possibilité, selon les phases de vol, de modifier celui-ci !
Mais s'il y a une explication simple à la sustentation d'un aéronef, je suis preneur.

Si la modération le permet, je peux donner un lien vers mon site.

Amicalement, Alain

[velosiraptor]

Je voulais dire par là, si l'explication : Bernoulli --> intrados + extrados = différence de pression ==> force de sustentation ............ est suffisante alors .........
Après, pour les différents phénomènes/effets mis en jeu, je pense avoir quelques billes !

[Aroll]

Je voulais dire par là, si l'explication : Bernoulli --> intrados + extrados = différence de pression ==> force de sustentation ............ est suffisante alors .........
Après, pour les différents phénomènes/effets mis en jeu, je pense avoir quelques billes !

L'explication par la différence de pression est suffisante................ très souvent, l'explication par la déviation du flux est suffisante aussi, et encore plus souvent, mais connaître plusieurs approches* est incontestablement un plus pour mieux comprendre, et permet d'éviter beaucoup d'erreurs.
(*) L'approche par la circulation est bien aussi.

Amicalement, Alain

[Rhodes77]

Mais d'où vient donc cette idée, largement colportée ? Il existe des vidéo sur Youtube prouvant que c'est faux.

Bonjour,

Comment pourriez-vous contredire simplement, avec les mains ? Quand j'ai entendu cette proposition, je l'ai admise sans effort, du coup j'aimerais voir comment la déconstuire pour mieux saisir.

[Aroll]

Bonjour.

Bonjour,

Comment pourriez-vous contredire simplement, avec les mains ? Quand j'ai entendu cette proposition, je l'ai admise sans effort, du coup j'aimerais voir comment la déconstuire pour mieux saisir.

Il n'y a aucune lois qui oblige les molécules passant sur l'extrados et celles passant sous l'intrados de se retrouver au bord de fuite au même moment, les essais montrent même que les molécules passant sur l'extrados arrivent en avance.
Pour une aile présentant une incidence nulle, il y a une légère accélération du flux sur l'extrados pour une raison de type effet venturi (manque de place), donnant une très légère force de portance.
Pour une aile présentant une incidence non nulle, il y a formation d'une zone de dépression sur l'extrados qui accélère le flux, mais cette fois c'est plutôt une conséquence.
Dans un cas comme dans l'autre, il n'y a pas nécessité de "retrouvailles moléculaires" après un temps de transit égal.

Amicalement, Alain

[Rhodes77]

Re bonjour,

Il me semble pourtant qu'il y a violation du principe de la conservation de la masse. En un même intervalle de temps, la masse entrante et la masse sortante dans le volume entourant l'aile ne sont pas les mêmes : 2 molécules rentrent en même temps et l'une sort avec de l'avance. Ou bien est-ce carrément le cas de figure de "deux molécules superposées" qui est à revoir car non physique mais en quoi ?

[triall]

@rhodes, ce raisonnement est valable dans un tuyau d'eau ....
Je n'ai jamais compris , non plus pourquoi 2 molécules, une passant par en haut l'autre en bas devraient se retrouver ensemble au bord de fuite .

Je voudrais considérer un surface plane qui pénètre dans l'air sans forme particulière pour l'extrados .
Au risque de me répéter , il parait évident que les molécules , au lieu de frapper normalement à la surface , sont inclinés vers la droite si l'aile avance vers la gauche ; ceci devrait créer une pression plus faible ; mais l'aile, pour maintenir sa vitesse , contre les frottements, ces fameux rebonds inclinés doit fournir une force, et me semble que cette force "aide " les molécules à rebondir plus vite , et du fait que les molécules ont un libre parcours moyen limité , elles rebondissent contre leurs congénères, et de fait augmentent donc la pression .Au final, il devrait y avoir peu de différence de pression avec la vitesse donc, contrairement à l'effet Bernoulli dans un tuyau. Tant pis si c'est de la physique avec les mains, mais étant de plus en régime turbulent, je ne sais si les équations peuvent servir à quelque chose .

[Aroll]

Re bonjour,

Il me semble pourtant qu'il y a violation du principe de la conservation de la masse. En un même intervalle de temps, la masse entrante et la masse sortante dans le volume entourant l'aile ne sont pas les mêmes : 2 molécules rentrent en même temps et l'une sort avec de l'avance. Ou bien est-ce carrément le cas de figure de "deux molécules superposées" qui est à revoir car non physique mais en quoi ?

Pour qu'il y ait un problème de débit massique, il faut que le flux accéléré conserve le même volume donc la même section, mais ce n'est pas le cas ici, la "veine d'air" accélérée se contracte et le débit est conservé (c'est même parce qu'elle doit se contracter qu'elle accélère).

Amicalement, Alain

[Nicophil]

Bonjour,
Il me semble que ta distinction pression statique / pression dynamique n'est pas exacte, ou alors c'est un problème de clarté de l'expression...

[Aroll]

Au risque de me répéter , il parait évident que les molécules , au lieu de frapper normalement à la surface , sont inclinés vers la droite si l'aile avance vers la gauche ; ceci devrait créer une pression plus faible

Non, je te l'ai déjà dit.
Tu raisonnes comme si chaque molécule avait une certaine vitesse V1 perpendiculairement à la paroi, et que le déplacement de l'avion réorientait cette même vitesse V1 dans une direction oblique, et ça c'est faux.
Lorsque l'avion est à l'arrêt, ta molécule a, par exemple une vitesse V1 perpendiculairement à la paroi.
Et lorsque l'avion se déplace à la vitesse, disons V2, vers la gauche (pour reprendre ton orientation), la molécule a une vitesse relative par rapport à l'avion qui est la somme vectorielle de V1 et de V2; la composante V1 ayant toujours la même valeur, et cette composante étant toujours perpendiculaire à la paroi (Je dis bien la composante).
Si la composante V1 a gardé la même valeur, son action sur la paroi reste la même.
Par contre, avec la vitesse de l'avion la pression totale a augmenté (mais elle, elle n'agit pas vers la paroi).

Amicalement, Alain

[Aroll]

Bonjour,
Il me semble que ta distinction pression statique / pression dynamique n'est pas exacte, ou alors c'est un problème de clarté de l'expression...

C'est quoi le problème?

Amicalement, Alain

[triall]

Non, je te l'ai déjà dit.
Tu raisonnes comme si chaque molécule avait une certaine vitesse V1 perpendiculairement à la paroi, et que le déplacement de l'avion réorientait cette même vitesse V1 dans une direction oblique, et ça c'est faux.
Lorsque l'avion est à l'arrêt, ta molécule a, par exemple une vitesse V1 perpendiculairement à la paroi.
Et lorsque l'avion se déplace à la vitesse, disons V2, vers la gauche (pour reprendre ton orientation), la molécule a une vitesse relative par rapport à l'avion qui est la somme vectorielle de V1 et de V2; la composante V1 ayant toujours la même valeur, et cette composante étant toujours perpendiculaire à la paroi (Je dis bien la composante).
Si la composante V1 a gardé la même valeur, son action sur la paroi reste la même.
Par contre, avec la vitesse de l'avion la pression totale a augmenté (mais elle, elle n'agit pas vers la paroi).

Ok, pour ça effectivement, je raisonnais mal, quand on incline la vitesse , il faut augmenter sa norme; ainsi cela explique que la pression sur la surface parrallèle avec un déplacement ne varie pas!!

[harmoniciste]

Comment pourriez-vous contredire simplement, avec les mains ? Quand j'ai entendu cette proposition, je l'ai admise sans effort, du coup j'aimerais voir comment la déconstuire pour mieux saisir.

Jetez un coup d'oeil sur cette animation: http://inter.action.free.fr/labo-aer...-portance.html Elle permet de mieux saisir l'écoulement.

[Aroll]

Bonjour.

Ok, pour ça effectivement, je raisonnais mal, quand on incline la vitesse , il faut augmenter sa norme; ainsi cela explique que la pression sur la surface parrallèle avec un déplacement ne varie pas!!

Ouais, sauf que je n'aime pas trop cette formulation ("quand on incline la vitesse , il faut augmenter sa norme"), ça peut "enduire avec de l'erreur" comme disait Coluche.
Le plus facile est de prendre une feuille de papier, tu dessines ton avion, tu dessines la petite flèche dirigée vers la paroi de l'avion (et perpendiculaire à celle ci) qui représente le vecteur vitesse de ta molécule faisant pression sur la paroi.
Tu rajoutes maintenant une autre flèche (en choisissant le même point d'origine) représentant le vecteur vitesse relative des molécules d'air par rapport à l'avion.
Tu obtiens deux vecteurs formant un angle de 90°, à partir desquels tu peux dessiner un rectangle (en rajoutant simplement les deux côtés manquants).
Le nouveau vecteur vitesse de ta molécule lorsque l'avion est en mouvement étant la somme vectorielle de ces deux vecteurs, il sera représenté par la diagonale de ce rectangle (toujours en partant de la même origine). Alors effectivement la norme est plus grande, mais pas parce qu'il "faut l'augmenter" comme tu as écrit, mais parce que le vecteur égal à la somme vectorielle des deux vecteurs de départ, est de norme plus grande, point.
À rebours maintenant, tu peux reprendre ce "vecteur incliné", et le décomposer en ses deux composantes et t'apercevoir que la composante perpendiculaire à la paroi n'a pas changé de norme, et que donc la pression n'a pas changé non plus.

Amicalement, Alain