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Caractéristiques aérodynamiques
Ce sont les ailes qui assurent la majeure partie de la sustentation de l’avion dans l’air ; elles sont donc très travaillées du point de vue aérodynamique. Les paramètres géométriques d’une voilure, qui conditionnent ses qualités aérodynamiques, sont de deux ordres ; on trouve d’abord ceux qui sont relatifs à sa forme en plan : l’allongement (cf. définitionsinfra), la flèche et l’effilement, et ensuite ceux qui concernent la section ou le profil : l’épaisseur relative, la cambrure et le vrillage. Tous ces paramètres doivent être judicieusement choisis afin d’obtenir les performances requises pour toutes les phases du vol.
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Aérodynamique: simulation numérique sur un avion Falcon
Simulation numérique despressions à la paroi sur un avion d’affaires Falcon.
Type de document :
photographie
Crédit :
ONERA
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Transports : vol d’un avion à réaction
Interactions entre forces aérodynamiques et forces de propulsion. Les avions de grande taillesont dotés d’un système très élaboré de volets qui modifient la configuration des ailes en fonction des conditions de vol. Au décollage, le pilote déploie les volets de bord d’attaque et abaisse les volets…
Type de document :
vidéo
Crédit :
Planeta Actimedia S.A.© Encyclopædia Universalis pour la version française.
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Les lois de l’aérodynamique nous enseignent qu’une voilure d’allongement ? (? = b2/S, où b est l’envergure et S la surface de la voilure dite surface alaire) se déplaçant à la vitesse v subit un effort que l’on peut décomposer en une portance Rz dans la direction perpendiculaire à v, et en une résistance ou traînée Rx dans la direction de v. Ces deuxforces ont pour expressions :
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où ? est la masse volumique de l’air ambiant, Cz et Cx sont des coefficients dont les ordres de grandeur, en fluide incompressible, sont :
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où ? est l’angle d’incidence exprimé en radians et kl? =k/(1 + 2k/??) ; k dépend du profil mais est voisin de ?. Le coefficient de traînée de profil, Cxp (somme des coefficients de traînée de pression et de traînée defrottement), est sensiblement indépendant de l’incidence ; le terme C2z/?? est appelé traînée induite. Au regard de ces deux expressions, on constate que l’allongement a une grande importance ; en effet, son augmentation entraîne celle de la portance et la diminution de la traînée.
En vol en palier stabilisé (altitude et vitesse constantes), la traînée doit être équilibrée par la poussée desmoteurs, tandis que la portance équilibre le poids de l’avion. Pour un poids donné, l’avion consomme moins de carburant si le coefficient Cx est faible, et donc si le rapport Cz/Cx (qui est appelé finesse) est élevé. La finesse présente un maximum Cz/Cxmax = 0,5 (??/Cxp)½ qui est d’autant plus élevé que Cxp est plus faible et que l’allongement ? est plus grand. Le coefficient Cxp sera réduit enoptimisant la forme du profil et en travaillant l’état de surface de la voilure, en particulier la continuité des différents panneaux. Un grand allongement implique une très grande envergure et une corde (profondeur entre le bord d’attaque et le bord de fuite) faible ; mais les impératifs de tenue structurale limitent l’augmentation de l’allongement qui, en pratique, est compris entre 6 et 12 pour unavion de transport. Notons que, pour un avion complet, il faudra tenir compte de la portance et surtout de la traînée des autres éléments de la cellule tels que le fuselage, la dérive et les stabilisateurs, ainsi que des traînées d’équilibrage dues au braquage des gouvernes. Par ailleurs, les lois de la portance et de la traînée indiquées ci-dessus ne sont respectées que jusqu’à une incidence…