Portance, Bernoulli ou les lois de Newton, l'effet Coanda ?

[invite45060e18]

Bonjour,
Dans le cadre de mon TPE, je suis amené à expliquer d'ou vient la portance d'une aile d'avion mais, au fil de mes recherches je suis tombé dans un problème..
Je croyais que la portance était générée par le phénomène de Bernoulli mais j'ai découvert que cette explication s'avérait peut-être pas totalement juste (les molécules d'air ne se rejoignent pas au même moment à la sortie de l'aile). En revanche j'ai découvert l'existence de l'effet Coanda ou de l'application de plusieurs lois de Newton.
En conclusion je suis un peu perdu, est-ce que quelqu'un pourrait m'éclairer et me vulgariser si possible ces phénomènes ?
Merci d'avance !
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[invitef29758b5]

Salut

j'ai découvert que cette explication s'avérait peut-être pas totalement juste
!

l' explication par Bernouilli est juste mais à condition de tenir compte de la vitesse réelle des filets d' air qui n' ont aucune raison d' arriver en même temps au bord de fuite .
On peut aussi expliquer la force aérodynamique par la variation de quantité de mouvement de l' air .
Mais aucune de ces théories ne permet de la quantifier par une formule .
Il faut nécessairement des essais en souffleries réelle ou virtuelle .
Les premières lois sont nées des résultats d' essais .

[invite45060e18]

D'accord merci, je vais passer à l'expérimentation !

[calculair]

Bonjour,

En fait la loi de Bernoulli est démontré et donc elle est juste.

La difficulté vient de son application.

Je pense qu'il faut tenir compte de la viscosité de l'air et de la formation de la couche limite.

L'air s'accroche au profil ce qui fait qu'il existe un gradiant de vitesse des filets d'air au voisinage du profil.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite45060e18]

Peut-être que je me trompe mais, j''en viens à penser que chaque idée que ce soit Bernoulli ou Newton participe à un différent pourcentage dans la portance !
L'air va plus vite sur l'extrados, ce qui en contrepartie amenuise la pression exercée sur l'aile et ensuite selon Newton, l'aile déviant l'air vers le bas, cela génère une force opposé sur celle-ci qui la pousserai vers le haut et comme la pression exercée est faible l'aile pourrait donc planer ?

[Amanuensis]

Aucune explication de la portance ne peut être satisfaisante si elle n'explique pas:

- l'importance d'un bord de fuite "aigu",
- l'effet de l'incidence,
- le décrochage (perte de la portance) si l'incidence est trop élevée,
- le respect de la loi de l'action et la réaction.

Il est clair que (par exemple) la soi-disant explication par "le phénomène de Bernouilli" faillis sur tous les points.

Le premier est sûrement le plus important à analyser, car manqué par la plupart des "explications".

[Amanuensis]

Peut-être que je me trompe mais, j''en viens à penser que chaque idée que ce soit Bernoulli ou Newton participe à un différent pourcentage dans la portance !

Non. Chacun concourt à une explication, mais conceptuellement pas quantitativement.

[calculair]

Bernoulli ou Newton sont toutes les 2 des lois parfaitement exactes et croire qu'ales sont partiellement exactes est faux....

Maintenant ils faut les appliquer correctement et là le calcul est difficile.

La modelisation des phénomènes physiques avec l'une ou l'autre loi est une affaire de commodité, mais elles décrivent la même chose. Ce n'est pas les forces créées pat l'effet Bernouilli qui font que les quantités de mouvement ne se conservent plus ...!

Peut-être que je me trompe mais, j''en viens à penser que chaque idée que ce soit Bernoulli ou Newton participe à un différent pourcentage dans la portance !
L'air va plus vite sur l'extrados, ce qui en contrepartie amenuise la pression exercée sur l'aile et ensuite selon Newton, l'aile déviant l'air vers le bas, cela génère une force opposé sur celle-ci qui la pousserai vers le haut et comme la pression exercée est faible l'aile pourrait donc planer ?

[Amanuensis]

La quantité de mouvement totale se conserve, pas le choix.

L'analyse de la quantité de mouvement demande de bien prendre en compte les différents composants du système (à savoir, avion, atmosphère et Terre) et leur quantité de mouvement respective.

[invite45060e18]

Je pense qu'il faut tenir compte de la viscosité de l'air et de la formation de la couche limite.

Après quelque recherche ce facteur me semble aussi jouer un rôle que je n'avais pas pris en compte car cela permet de dévier une énorme masse d'air vers le bas !

[calculair]

Attention

IIl s'agit des explications différentes du même effet

[invite45060e18]

Nouvelle proposition, La courbe de l'extrados d'une aile permet de dévier l'air vers le bas (l'importance d'un bord de fuite "aigu"), la vitesse augmente de ce fait car l'aile est un obstacle au passage de l'air (Effet Venturi) et la pression sur l'extrados diminue. L'aile appliquant donc une force sur l'air, selon Newton l'air va appliquer en contrepartie une force opposé sur l'aile et cette force permettra la portance est-ce correct ?

Et, plus l'angle d'incidence est élevé plus la cambrure de l'extrados déviera d'air vers le bas plus la portance sera forte du moins jusqu'au décrochage..

[Amanuensis]

Nouvelle proposition, La courbe de l'extrados d'une aile permet de dévier l'air vers le bas (l'importance d'un bord de fuite "aigu"), la vitesse augmente de ce fait car l'aile est un obstacle au passage de l'air (Effet Venturi) et la pression sur l'extrados diminue. L'aile appliquant donc une force sur l'air, selon Newton l'air va appliquer en contrepartie une force opposé sur l'aile et cette force permettra la portance est-ce correct ?

Et, plus l'angle d'incidence est élevé plus la cambrure de l'extrados déviera d'air vers le bas plus la portance sera forte du moins jusqu'au décrochage..

Pas mal en gros... Pour les détails:

La courbe de l'extrados d'une aile permet de dévier l'air vers le bas (l'importance d'un bord de fuite "aigu"),

C'est plutôt l'importance de l'incidence ("vers le bas"). Pour le bord de fuite, c'est plus compliqué que cela.

la vitesse augmente de ce fait car l'aile est un obstacle au passage de l'air (Effet Venturi) et la pression sur l'extrados diminue. L'aile appliquant donc une force sur l'air, selon Newton l'air va appliquer en contrepartie une force opposé sur l'aile et cette force permettra la portance est-ce correct ?

OK (dans quel sens la force sur l'air? quel est son effet?) [La seconde question a sa réponse plus tôt cela permet de dévier une énorme masse d'air vers le bas ! ]

Et, plus l'angle d'incidence est élevé plus la cambrure de l'extrados déviera d'air vers le bas plus la portance sera forte du moins jusqu'au décrochage..

La cambrure n'est qu'une amélioration. Une aile plate fournit de la portance.

Manque l'explication du décrochage.

[Amanuensis]

Pour le bord de fuite, voir la condition de Kutta

[invite45060e18]

Je ne sais pas si il est préférable de parler de l'effet Venturi ou du théorème de Bernoulli même si l'effet Venturi en est inspiré !
Par contre, dans mon explication je n'avais pas réfléchis à dans quel sens l'aile applique une force logiquement cela serait vers le bas mais je ne sais pas l'expliquer..

[invite45060e18]

Pour le bord de fuite, voir la condition de Kutta

Merci il faut mieux que je parle de cette condition que de l'effet Coanda qui finalement ne m'avance pas !

[Amanuensis]

Et est-ce que je dois parler de l'effet Coanda pour expliquer que l'air suit la forme du profil ?

J'ai vu des spécialistes se hérisser fortement quand on dit cela. Pourtant, cela semble avoir un rapport, mais il doit y avoir une difficulté qui m'échappe.

[calculair]

La vitesse de l'air étant plus rapide sur l'extrados, la pression y est moins forte et donc aspire l'aile vers le haut.

C'est aussi le fait que l'air est dévié vers le bas, du fait même de la forme de l'aile que l'on peut appliquer la conservtion de la quantité de mouvement.

Tu as ici 2 manières de voir la même chose... mais si tu ajoutes les 2 effets l'aile marchera trop bien ...

Par contre , il y a des effets comme des phénomènes de décrochage total ou partiel des filets d'air, qui font que la portance peut s'écrouler et il y a la formation de tourbillons.

Ces tourbillons créent une trainée supplémentaire tout en perturbant la portance.

Je ne sais pas comment on peut en faire une approche théorique.

Je ne sais pas si il est préférable de parler de l'effet Venturi ou du théorème de Bernoulli même si l'effet Venturi en est inspiré !
Par contre, dans mon explication je n'avais pas réfléchis à dans quel sens l'aile applique une force logiquement cela serait vers le bas mais je ne sais pas l'expliquer..
Et est-ce que je dois parler de l'effet Coanda pour expliquer que l'air suit la forme du profil ?

[Amanuensis]

Merci il faut mieux que je parle de cette condition que de l'effet Coanda qui finalement ne m'avance pas !

Parler de cette condition et de la notion de circulation fait partie, il me semble, d'une bonne couverture de la notion de portance.

Pour l'effet Couanda et surtout (ou à la place) le fait que l'air suit le profil (flux laminaire), c'est important pour expliquer (à rebours!) le décrochage: celui-ci apparaît quand, justement, l'air ne suit plus le profil. Voir aussi la notion de couche limite (1).

(1) Un aspect souvent mal expliqué (en particulier pour "Bernouillii") est que "tout contre" le profil la vitesse de l'air est nulle relative au profil: il y a donc une transition (la couche limite) entre l'objet et l'air s'écoulant "librement".

[Zefram Cochrane]

Bonjour,

Il me semble que la portance est due au fait que le profil de l'aile (ou de la pale) contraint l'air sur l'extrados à parcourir (du fait de la vitesse air de l'aile) plus de distance que l'air sous l'intrados. d'ou une différence de pression qui aspire l'aile vers le haut ( la gravitation l'attirant vers le bas.) la portance est majoritairement due au vide généré au niveau de l'extrados.


Cordialement,
Zefram

[Amanuensis]

Il me semble que la portance est due au fait que le profil de l'aile (ou de la pale) contraint l'air sur l'extrados à parcourir (du fait de la vitesse air de l'aile) plus de distance que l'air sous l'intrados. d'ou une différence de pression qui aspire l'aile vers le haut ( la gravitation l'attirant vers le bas.) la portance est majoritairement due au vide généré au niveau de l'extrados.

Comme le chiendent, cette "explication" repousse continuellement, et est difficile à éradiquer.

[invite45060e18]

Je pense que je m'étais un peu mélangé dans tout ces théorèmes, en clair il existe 3 façons d'expliquer la portance différentes :
1. Les lois de Newton + l'effet Coanda
2. le Théorème de Kutta-Jukowski, que je viens de découvrir aujourd'hui qu'il serait bien que j'étudie un peu plus
3. Le théorème de Bernoulli, juste mais qui dans certain cas est contestable

Je ne pensais pas que derrière la portance ce cachait tous ça, c'est très intéressant !

[Amanuensis]

@Atom heart mother

Et, tant que j'y pense ; au passif de l'explication "Bernouilli", voir le paradoxe de D'Alembert. Le wiki anglais est pas mal, même si très technique: https://en.wikipedia.org/wiki/D%27Alembert%27s_paradox

[Amanuensis]

Je pense que je m'étais un peu mélangé dans tout ces théorèmes, en clair il existe 3 façons d'expliquer la portance différentes

Oui et non. Il n'y a qu'une seule "explication", qui a différents aspects. Ce n'est que la combinaison de tous les aspects qui permet de rendre compte du phénomène dans son intégralité.

[invite45060e18]

Finalement pour parler clairement du phénomène de portance, je devrais d'abord démontrer que l'on ne peut pas la résumer qu'au théorème de Bernoulli puis ensuite, vulgariser le plus possible les autres aspects (lois de Newton, Coanda, Kutta) est-ce judicieux ?

[Amanuensis]

Cela paraît être un bon départ!

Maintenant, le sujet n'est pas très original, peut-être utile de creuser un aspect particulier (au choix).

[Zefram Cochrane]

Comme le chiendent, cette "explication" repousse continuellement, et est difficile à éradiquer.

en même temps c'est celle qui est donnée à tous les professionnels du secteur.

Cela dit, je ne sais pas ce que dirait un ingénieur en aéronautique sur le sujet. Et je suis ouvert à d'autres explications.

Cordialement,
Zefram

[invite45060e18]

Cela paraît être un bon départ!

Maintenant, le sujet n'est pas très original, peut-être utile de creuser un aspect particulier (au choix).

Je suis d'accord, c'est assez courant mais j'ai prévu d'essayer de faire une réalisation et de rajouter deux, trois petites expériences qui peuvent rendre un peu plus vivant le sujet. Cependant la réalisation d'une sorte de soufflerie ne sera pas simple !

[Amanuensis]

en même temps c'est celle qui est donnée à tous les professionnels du secteur.

Tous? Certainement pas, à ce que j'en ai constaté.

Et à bien regarder cela sert à qui, une explication correcte de la portance? 1% des professionnels du secteur? Moins encore?

[Zefram Cochrane]

Cela fait partie des questions qui peuvent etre posées au futures hotesses de l'air lorsqu'elles passent la partie théorique du CSS.
En même temps, je ne pense pas que lorsqu'on demande à une hotesse de l'air de s'assoir sur le siège de pilotage, ce soit pour piloter l'avion.

je crois aussi que cela doit se trouver dans l'épreuve théorique du brevet de pilotage, ainsi que dans les cours destinés aux coordinateurs de vol, préparateurs de plans de vols et aux contrôleurs aériens.

une expérience facile à réaliser avec une feuille de papier pliée pour lui donner des allures de bord d'attaque d'une aile est de souffler au dessus et voir l'extrados de la feuille se soulever.

Cordialement,
Zefram