Aéronautique : travail de la force de portance

[Rachilou]

Bonjour,

En ce qui concerne les éoliennes, de ce que j'en sais, la résultante FR (FR = force de portance Fz sur les pâles combinée à la fois à la force de trainée Fx et à la force de réaction du mat) s'applique tangentiellement à la rotation des pâles et produit un travail de force (travail de force mécanique P = f.v ou W= f.d) via l'axe de rotation.

En ce qui concerne l'aéronautique, est ce que la force de portance Fz, travail t-elle nécessairement lors de l’ascension d'un aéronef ou est ce seulement la force motrice de traction ou de poussée qui travail. Je me pose la question, bien que j'ai une réponse (pas certaine).
Mais j'aimerai avoir des avis, avant de me lancer.

PS /Par travail de la force de portance Fz, je veux dire le travail de la force de pression atmosphérique (à l'intrados).

Merci d 'avance à ceux qui pourront m'aider à y voir plus clair.
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[calculair]

bonjour :
Le travail est le produit scalaire de la force par la distance


Pour ce qui concerne l'avion , le travail de monté est le produit de la projection de la portance ( cette dernière est perpendiculaire au vecteur vitesse) par la prise d'altitude h . ce travail doit être égal à m g h ou m est la masse de l'avion ( en fait il faudrait y ajouter la projection du vecteur traction sur la verticale pour avoir le travail total de monté )

Pour ce qui concerne l'avancement de l'avion , il faut prendre la projection du vecteur traction total sur l'horizontale multipliée par la distance parcourue horizontale

[Rachilou]

Merci pour cette réponse

le travail de monté est le produit de la projection de la portance ( cette dernière est perpendiculaire au vecteur vitesse)

Oui mais comment une force peut-elle travailler si elle est perpendiculaire au déplacement du point d'application.
De plus, si cette force travaillait en ce sens, alors l'avion accélérerait dans la projection verticale.

[invitede656be3]

L'écoulement de l'air sur le profil de l'aile donne 2 forces la portance et la trainée. En vol horizontal(en pallier) la portance de l'aile équilibre le poids de l'avion. La trainée freine l'avion et doit être compensée par la traction de l'hélice ou la poussée des réacteurs. La portance est perpendiculaire à la vitesse donc ne travaille pas. Pour un planeur c'est la perte d'altitude que compense la trainée. C'est une question de bilan d'énergie. La trainée travaille T * V * d et doit être compensée soit par la traction(hélices , réacteurs) soit par la perte d'altitude ( T*V*d = m*g*delta H)

[A voir en vidéo sur Futura]

[calculair]

Une force ne travaille pas si elle se déplace perpendiculairement à sa direction . Rappel Travail = Vecteur Force X scalaire Vecteur déplacement soit F x D Cos a et si a = 90° le produit est nul

Merci pour cette réponse



Oui mais comment une force peut-elle travailler si elle est perpendiculaire au déplacement du point d'application.
De plus, si cette force travaillait en ce sens, alors l'avion accélérerait dans la projection verticale.

[Rachilou]

Pour un planeur c'est la perte d'altitude que compense la trainée

Oui c 'est le poids qui travaille sur la force de frottement ( F(x) la trainée).

La portance est perpendiculaire à la vitesse donc ne travaille pas

C'est que j'ai analysé aussi.


Si bien que l'avion donnerai l'impression d'évoluer sur un plan incliné d'angle alpha, dont la portance deviendrait seulement la force normale à ce plan incliné. A cet effet, seule la force de traction travaillerait contre la force de traînée et le poids de l'avion comme si celui montait le long d'une pente dure (front de surpression atmosphérique à l'intrados).

En tous les cas, c 'est comme cela que ça se passe à l'inverse pour un planeur en descente libre. Seule le poids P travaille contre la force de traînée. La force de portance étant toujours perpendiculaire (à la manière d'une force normale) au déplacement du planeur. Le planeur qui perd de l’énergie potentielle ne transfert aucun travail W à l'atmosphère par F(z), mais seulement à la force de traînée F(x) (frottement).

Si je motorise le planeur pour le faire décoller, cette fois-ci la force de traction s'oppose au poids et à la force de traînée. La force de portance se présenterait comme une "rampe" fictive de surpression atmosphérique qui inclinerait le déplacement de l'avion vers le haut plus ou moins fortement en fonction de la force induite.

[Rachilou]

Une force ne travaille pas si elle se déplace perpendiculairement à sa direction . Rappel Travail = Vecteur Force X scalaire Vecteur déplacement soit F x D Cos a et si a = 90° le produit est nul

Oui tout à fait.


Dans le cas de l 'avion, donc quelque soit la pente de montée, la portance se retrouve toujours perpendiculaire à la trajectoire de l'avion (ou vent relatif)

La question qui peut se poser maintenant, c 'est comment une force de portance pourrait travailler?

La seule réponse peut-être :
il faudrait un courant atmosphérique ascendant de même vitesse de montée verticale que celui de l'avion.
De ce fait, le vent relatif à l'avion resterait toujours horizontal au sol et la force de portance toujours verticale au sol, alors que l'avion progresserait selon un pente de montée non nulle. La force de portance ne serait donc plus perpendiculaire à la pente de montée et travaillerait peut-être.


C'est peut-être le cas du planeur qui monte (en déplacement circulaire) avec le courant d'air chaud, alors que celui a même tendance à descendre selon sa finesse (le poids travaillant contre la trainée pour maintenir sa vitesse).

Mais là, je ne suis pas sur de mon analyse.

[harmoniciste]

La portance est, par définition, perpendiculaire à la direction du mouvement, et ne produit donc aucun travail.
Par exemple, la force développée par la descente d'un parachute n'est pas une portance, mais une trainée. Cette trainée absorbe un travail (celui produit par la descente du poids).
Selon cette définition, sa portance est nulle.

[Rachilou]

La portance est, par définition, perpendiculaire à la direction du mouvement, et ne produit donc aucun travail.
Par exemple, la force développée par la descente d'un parachute n'est pas une portance, mais une trainée. Cette trainée absorbe un travail (celui produit par la descente du poids).
Selon cette définition, sa portance est nulle.

Oui bien sur, c 'est exactement la même logique que le planeur. Le poids travaille contre la traînée, et l'énergie échangée serait de l'énergie potentiel E(p) par de l'échauffement de l 'air (par frottement).

[calculair]

Si l'avion monte à la même vitesse que le courant d'air ascendant, le vent relatif crée par cette composante du vent est nul

Si l'avion monte , sa trajectoire ne peut plus être parallèle au sol. Sa vitesse ascensionnelle est égale à la vitesse du vent ascendant

La portance est par définition toujours perpendiculaire au vecteur vitesse. Dans ton cas on pourrait dire que la portance due à la vitesse horizontale de l'avion compense le poids vertical . Donc le bilan travail de ces 2 forces est nul.

Du fait du vent ascendant il y a une composante supplémentaire crée par ce vent qui fait que la portance totale est supérieure au poids. Cette composante qui n'est pas équilibrée par le poids travaille T = m g ( delta h )

Oui tout à fait.


Dans le cas de l 'avion, donc quelque soit la pente de montée, la portance se retrouve toujours perpendiculaire à la trajectoire de l'avion (ou vent relatif)



La question qui peut se poser maintenant, c 'est comment une force de portance pourrait travailler?

La seule réponse peut-être :
il faudrait un courant atmosphérique ascendant de même vitesse de montée verticale que celui de l'avion.
De ce fait, le vent relatif à l'avion resterait toujours horizontal au sol et la force de portance toujours verticale au sol, alors que l'avion progresserait selon un pente de montée non nulle. La force de portance ne serait donc plus perpendiculaire à la pente de montée et travaillerait peut-être.


C'est peut-être le cas du planeur qui monte (en déplacement circulaire) avec le courant d'air chaud, alors que celui a même tendance à descendre selon sa finesse (le poids travaillant contre la trainée pour maintenir sa vitesse).

Mais là, je ne suis pas sur de mon analyse.

[calculair]

bonjour,

Un bon dessin , représentant toutes les forces en présence semble nécessaire .

Pour t'aider voir la PJ

[Rachilou]

La portance est par définition toujours perpendiculaire au vecteur vitesse

Oui plus spécifiquement au vecteur vent relatif et pas au déplacement de l'avion sur la pente non nul lors de sa montée.
Ce qui n 'est pas la même chose.

Il est vrai que pour l'atmosphère immobile, le vecteur vent relatif et le vecteur vitesse de l'avion se confondent toujours quelque soit l'angle de montée.


Mais si la colonne d'air monte à la même vitesse que l'avion, le pilote aurait l'impression d'évoluer à l'horizontale, avec traction et trainée à l'horizontal et portance à la verticale.

Imaginons un planeur motorisé pris dans une colonne d'air ascendante de telle sorte que sa traction s'annule parfaitement avec la traînée.

Que se passerait-il, pour la portance si elle est supérieure au poids du planeur ?

Ou est ce que c'est seulement la pression atmosphérique ascendante qui pousse le planeur vers le haut.

[calculair]

L'effet de la poussée d'Archimède ( seulement la pression atmosphérique ascendante qui pousse le planeur vers le haut.) sur le planeur est totalement négligeable.

J'ai peur que si tu ne dessines pas toutes les forces agissantes et la trajectoire de l'avion on risque de dire des bettises.

Si l'avion monte, le vecteur vitesse n'est plus horizontal

Le vent relatif n'est plus horizontal

La portance qui est perpendiculaire au vecteur vitesse n'est plus vertical

Si l'avion monte la projection de la portance sur la verticale est supérieure au poids de l'avion ( je suppose de plus que la traction est horizontale )

Oui plus spécifiquement au vecteur vent relatif et pas au déplacement de l'avion sur la pente non nul lors de sa montée.
Ce qui n 'est pas la même chose.

Il est vrai que pour l'atmosphère immobile, le vecteur vent relatif et le vecteur vitesse de l'avion se confondent toujours quelque soit l'angle de montée.


Mais si la colonne d'air monte à la même vitesse que l'avion, le pilote aurait l'impression d'évoluer à l'horizontale, avec traction et trainée à l'horizontal et portance à la verticale.

Imaginons un planeur motorisé pris dans une colonne d'air ascendante de telle sorte que sa traction s'annule parfaitement avec la traînée.

Que se passerait-il, pour la portance si elle est supérieure au poids du planeur ?

Ou est ce que c'est seulement la pression atmosphérique ascendante qui pousse le planeur vers le haut.

[harmoniciste]

Oui plus spécifiquement au vecteur vent relatif et pas au déplacement de l'avion sur la pente non nul lors de sa montée.
Ce qui n 'est pas la même chose.

Aérodynamiquement parlant, c'est seulement le vecteur vitesse relative à l'air ambiant qui importe.
Dans le cas du vol "plané" c'est l'inclinaison du plan de descente qui donne une composante motrice au poids, et compense sa traînée. La vitesse air demeure ainsi constante.

Est ce que c'est seulement l'atmosphérique ascendante qui pousse le planeur vers le haut?

Pas plus qu'un ballon libre n'est "poussé" par le vent (il est à vitesse nulle par rapport à l'air ambiant et ne peut donc recevoir aucune poussée aérodynamique) C'est juste une question de référence: Sol ou Air.
Que l'atmosphère monte ou descend uniformément par rapport au sol ne modifie pas non-plus les poussées aérodynamiques reçues par le planeur.

[Rachilou]

J'ai peur que si tu ne dessines pas toutes les forces agissantes et la trajectoire de l'avion on risque de dire des bettises.

voici 2 possibilités :
- montée d'un planeur avec courant ascendant
- montée d'un planeur sans

[ATTACH=CONFIG]428684

[/ATTACH][ATTACH=CONFIG]428683

[calculair]

Bonjour,
Le premier dessin ne respecte pas la définition de la portance. Cette dernière est toujours perpendiculaire au vecteur vitesse ( voir le post N°11 fait par Sup Aero )

Le vecteur vitesse est nécessairement parallèle à la trajectoire

La présence du vent ascendant permet de réduire la force de traction pour obtenir la pente de montée et sans doute la vitesse de vol et en conséquence la trainée qui elle est parallèle à la vitesse

voici 2 possibilités :
- montée d'un planeur avec courant ascendant
- montée d'un planeur sans

[ATTACH=CONFIG]428684

[/ATTACH][ATTACH=CONFIG]428683

[calculair]

Bonjour,

Souvent on pose comme question :

Quelle est la portance d'un parachutiste de 80 kg qui descend à vitesse constante sur une trajectoire verticale ?????

La réponse n'est pas une portance de 80 kg ou de l'ordre de 800 Newton

La réponse est la portance est nulle. La composante perpendiculaire au vecteur vitesse est nulle

Par contre la trainée qui est parallèle au vecteur vitesse équilibre le poids ....

C'est la question piège qui marche presque à tous les coups .....

[Rachilou]

Merci Calculair et tous les autres pour votre implication dans ce sujet.

Le premier dessin ne respecte pas la définition de la portance. Cette dernière est toujours perpendiculaire au vecteur vitesse ( voir le post N°11 fait par Sup Aero )

Pour moi, oui justement au vecteur vitesse "AIR" donc du vent relatif (écoulement du fluide) par rapport à l'aéronef. Rien n'est spécifié pour vecteur vitesse de l'aéronef par rapport à la terre pour Sup Aero.

Je vais creuser un peu plus de mon côté.

Je reste sur l'éventualité que je puisse me tromper.

[gts2]

Bonjour,

Si on prend un voilier au près, la portance fait bien avancer le voilier, la distinction vitesse du bateau, portance perpendiculaire à la direction du vent est claire, et la portance travaille, non ?

[calculair]

La vitesse de l'aéronef est la vitesse air.

La vitesse par rapport au sol n'intervient pas dans les effets aérodynamiques

Par fort vent de face supérieur à la vitesse d'atterrissage des avions légers commencent leur atterrissage en fin piste et le termine au début de piste .....! Vitesse air atterri convenable , vitesse sol négative ......

Merci Calculair et tous les autres pour votre implication dans ce sujet.



Pour moi, oui justement au vecteur vitesse "AIR" donc du vent relatif (écoulement du fluide) par rapport à l'aéronef. Rien n'est spécifié pour vecteur vitesse de l'aéronef par rapport à la terre pour Sup Aero.

Je vais creuser un peu plus de mon côté.

Je reste sur l'éventualité que je puisse me tromper.

[harmoniciste]

Si on prend un voilier au près, la portance fait bien avancer le voilier, la distinction vitesse du bateau, portance perpendiculaire à la direction du vent est claire, et la portance travaille, non ?

Bien sûr. Toute force, quelle qu'en soit l'origine peut "travailler" dans une référence arbitraire que l'on déplace par rapport à elle.
Dans l'exemple du voilier au près, la portance de la voile travaille par rapport à l'eau.
Dans l'exemple du planeur dans l'ascendance, la portance de l'aile travaille par rapport au sol
Dans tous les cas où la portance travaille, c'est en raison du déplacement de la référence choisie (sol, eau) par rapport à l'air.
Pas en raison du déplacement de la portance dans l'air lui-même

[calculair]

bonjour,

Dans le cas d'un avion sur une trajectoire de montée, le travail de la portance pourrait être Projection de la portance sur l'axe vertical x Vitesse ascensionnelle x temps = m g h, si la vitesse ascensionnelle est constante

[Rachilou]

Le travail de force de la portance provient de quelle énergie, dans ce cas.
Un travail de force implique un échange d'énergie, en l’occurrence là entre l'atmosphère et l'aéronef

[calculair]

Bonjour,

L'énergie c'est la force de traction qui l'a fourni. Il faut combattre la trainée, la composante de la portance sur la trajectoire et également ce que l'on appelle le " poids pente" c'est à dire la composante du poids sur la trajectoire. J'espère que je n'ai rien oublié .....

il faut prendre son temps de bien Faire l'inventaire des forces agissantes et de préciser la trajectoire prévue. Par ailleurs respecter les définitions de qualifications des forces, si non on ne saura plus de quoi on parle ....

Le travail de force de la portance provient de quelle énergie, dans ce cas.
Un travail de force implique un échange d'énergie, en l’occurrence là entre l'atmosphère et l'aéronef

[harmoniciste]

Dans le cas d'un avion sur une trajectoire de montée, le travail de la portance pourrait être Projection de la portance sur l'axe vertical x Vitesse ascensionnelle x temps = m g h, si la vitesse ascensionnelle est constante

Ce serait oublier le travail de l'autre composante, projection sur l'axe horizontal.
Au final le travail obtenu est seulement celui de la force propulsive

[calculair]

Tout depend comment tu comptabilises la force de portance
Soit tu décomposes sur la verticale et l'horizontale; soit sur la trajectoire et la verticale.

Comme la portance est perpendiculaire à la vitesse globalement sont travail est nul dans le bilan.

Ce serait oublier le travail de l'autre composante, projection sur l'axe horizontal.
Au final le travail obtenu est seulement celui de la force propulsive

[Rachilou]

Au final le travail obtenu est seulement celui de la force propulsive

C 'est comme ça, qu'il faudrait interpréter le travail de la force (positive) de propulsion.
Contre la trainée induite par la portance et contre la trainée parasite des frottements sur l'aéronef.

[harmoniciste]

Nous sommes tous d'accord: Le travail n'est réellement produit que par la force propulsive et absorbé que par les forces de trainées.
Celui produit ou absorbé par la portance n'est lié qu'à un changement artificiel de référence: Le sol dans le cas du vol à voile), ou l'eau dans le cas du voilier.