TPE : AERODYNAMIQUE
A - Portance et traînée
La portance
La portance, notée par convention Rz (en Newtons (N)), peut se calculer de cette façon :
Rz = ½*ρ*V²*S*Cz ou encore Rz=q*S*Cz ou q=½*ρ*V²
ρ: masse volumique de l'air (du fluide dans lequel évolue l'avion) en kg/m³
V: vitesse de l'avion en m/s
S: superficie de la voilure de l'avion en m²
Cz: coefficient de portance (sans unité)
q: pression dynamique (pression exercée par ou sur un fluide)
Le coefficient de portance Cz varie en fonction de l'angle d'incidence de l'aile:
La traînée
La traînée est la force qui s'oppose au mouvement d'un corps dans un fluide (liquide ou gaz) et qui agit comme une force de frottement. C'est une force d'un sens opposé à la vitesse du corps (avion) par rapport à un fluide. La portance et la trainée sont les deux grandeurs fondamentales en aérodynamique.
La traînée peut se calculer ainsi :
Rx=½*ρ*V²*S*Cx où tous les éléments du calcul sont les mêmes que pour la portance, sauf Cx qui est le coefficient de traînée et n'a pas d'unité.
Tout comme le coefficient de portance, le coefficient de traînée varie en fonction de l'angle d'incidence de l'aile:
La portance est la force qui permet à l'avion de s'élever et de se maintenir en altitude. Elle s'exerce perpendiculairement à la trajectoire et s'applique au centre de gravité de l'avion. Son sens est toujours vers le haut. Pour des aeronefs tels que les mongolfières, les dirigeables, etc (appelés aérostats) on parle de portance aérostatique et elle correspond à la poussée d'Archimède.
Pour une aile d'avion, la portance est dirigée de l'intrados (face inférieur de l'aile) vers l'extrados (face supérieure de l'aile). L'air de l'extrados de l'aile est contraint à un parcours plus long que l'air sur l'intrados et doit donc avoir une vitesse plus élevée, la pression à l'extrados est alors plus faible que celle à l'intrados. La dépression sur l'extrados, la surpression sur l'intrados et la déviation de l'air vers le bas engendrent une force sur l'aile dirigée vers le haut, c'est la portance.
Mais aussi de la forme de l'aile, de son profil et de sa cambrure, de la modification de ce profil (corde et cambrure) par des dispositifs hypersustentateurs (becs et volets de courbure) utilisés au décollage et à l'atterrissage, de la visciosité du fluide, etc.
Le rapport entre le coefficient de portance et de traînée Cz/Cx est appelé finesse de l'aile. Il existe une courbe qui permet de mesurer et d'examiner la finesse de l'aile. Cette courbe est la polaire de l'aile. Elle est très utile lorqu'on veut comparer plusieurs types d'ailes entre elles. Plus une aile est fine, plus elle est capable de faire voler un avion, le but étant d'obtenir un maximum de portance pour un minimum de traînée. Chaque point de la courbe est calculé pour un angle d'incidence.
Le point i est le point de finesse maximal.
La courbe ci-dessus représente uniquement la polaire de l'aile. Si on veut la polaire de l'avion tout entier, il faut rajouter les traînées liées au fuselage, aux moteurs, etc.
La résultante aérodynamique :
On peut considérer la traînée et la portance comme les composantes d'une seule force résultant de l'ensemble des actions aérodynamiques, la résultante aérodynamique.
