TPE : AERODYNAMIQUE
A - Ecoulement de l'air
1) Les différents types d’écoulements
Le vol de l’avion est réalisé grâce aux interactions entre les éléments sustentateurs en particulier les ailes et la masse de l’air dans laquelle l’avion va se déplacer. Pour étudier les phénomènes aérodynamiques liés à la sustentation, on considère que l’air est en déplacement par rapport à l’avion immobile, cela correspond à l’écoulement de l’air par rapport à l’aile.
Selon le profil et l'angle d'incidence d'une aile, on observera plusieurs types d'écoulement. En effet, l’écoulement de l’air se fait du bord d’attaque vers le bord de fuite. On distingue donc trois grands types d’écoulements :
- Ecoulement laminaire : dans cet écoulement d’air, les particules d’air glissent complètement les unes sur les autres sans effectuer d’échanges de particules entre elles. Elles ont un mouvement rectiligne et parallèle.
- Ecoulement turbulent : dans cet écoulement d’air, les particules ont des trajectoires pratiquement parallèles entre elles, elles ne suivent plus un mouvement rectiligne. Mais elles se déplacent plutôt dans le même sens à la même vitesse.
- Ecoulement tourbillonnaire : par rapport aux autres, cet écoulement est très désordonné. En effet, les particules se mélangent et ne suivent ni une trajectoire rectiligne ni parallèle. Certaines particules peuvent remonter le courant et former ainsi des tourbillons.
2) Résistance de l’air
Lors d’un vol, l’avion en mouvement dans l’air est soumis à une résistance de la part de celui-ci. Cette résistance qui s’oppose à ce mouvement a son origine dans les propriétés de l’air. Les facteurs influençant la résistance de l’air sont l’aire, la vitesse et la masse volumique. Mais elle dépend aussi des caractéristiques du corps concerné ainsi que des forces de pression. Ces dernières dépendent de la forme du corps et des forces de frottement s’exerçant sur la surface du corps.
Exemples :
L’écoulement de l’air qui est laminaire au début sur un disque plat perpendiculaire à l’arrivée de l’air peine à contourner l’obstacle et cela engendre une surpression à l’avant et une dépression à l’arrière avec un effet tourbillonnaire Résistance à 100 %
Avec une sphère complète, on remarque que l’écoulement est amélioré. La zone tourbillonnaire arrière est réduite, mais ne disparaît pas complétement Résistance à 50 %
Avec un profil « pointu » au bord de fuite, on observe un écoulement turbulent plutôt au milieu sans perturbations Résistance à 5 %