Le phénomène n’est pas simple, alors lorsque vous avez découvert une explication qui semble fonctionner – et que vous la comprenez – il vous ait difficile d’admettre qu’elle est incorrecte ou incomplète. Portance d'une aile 11 Quelques définitions : La surface portante, S, d'une aile d'envergure b est : S= bl. nécessaire]. Il découlerait de l’accroissement de la vitesse une pression inférieure sur l’extrados, d’où création de portance…. Seuls des essais peuvent le confirmer, ou l'infirmer, dans un cas particulier. Ce calcul tiendrait compte du sens de l’écoulement et la circulation pourrait être « visualisée » autrement que comme un courant circulaire dans lequel s’inscrit le plan porteur. L’objectif de ce TP est de parvenir à mesurer la portance et la traînée d’une aile d’avion, à partir de mesures de pressions en différents points de l’aile. Toutefois en réalité, le niveau de portance produit par une aile est indépendant de la viscosité (sur une importante plage). À cette traînée liée à la portance, il convient d'ajouter la traînée de frottement liée à la viscosité dans la couche limite. À chaque évolution de l’incidence ou de la vitesse qui modifie la circulation, un nouveau tourbillon initiateur se forme et se détache du profil. Cette simulation montre surtout que les lignes d’écoulement sont symétriques par rapport au plan. Stephen Vogel, "Comparative Biomechanics : life's Physical World", About Lift, pages 225 et 252 "In short, it will have a component of thrust...". Cette force est engendrée par la différence de pression entre le dessus et le dessous de l'aile. Le théorème de Bernoulli permet d’expliquer ce phénomène : puisque le débit de fluide doit être constant (la nature à horreur…) et que la surface de passage diminue, la vitesse augmente nécessairement (du fait de la conservation de l’énergie). La molécule qui passe au-dessus de l'aile, va parcourir plus de distance qu’une seconde qui passe sous le profil. Cet écart entre la théorie de l’époque (18ème siècle) et la réalité porte le nom de son découvreur, le paradoxe d’Alembert. La dernière modification de cette page a été faite le 28 septembre 2020 à 21:03. D’autres expliquent que la vitesse de chaque particule est proportionnelle à sa distance avec le centre de la circulation (située au niveau du plan porteur). {\displaystyle \Gamma \,} La circulation était alors proportionnelle à la vitesse de rotation imposée au cylindre. À quelque distance du bord de fuite, ce système tourbillonnaire se réduit à deux lignes de tourbillons d'extrémités d'aile. Cela se traduit dans chaque section droite par une circulation -Plus un avion est rapide, plus sa portance est importante. Ces tourbillons bien réels, permettraient d’obtenir un nouvel équilibre de la circulation. Quand le fluide qui passe sous l’intrados atteint le bord de fuite, il doit contourner celui-ci pour aller vers le point d’arrêt situé sur l’extrados. 3 of Se How It Flies), https://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Portance_(aérodynamique)&oldid=175123604, licence Creative Commons attribution, partage dans les mêmes conditions, comment citer les auteurs et mentionner la licence. Beaucoup d'air, qui plus est... C'est grâce à une conséquence, découverte au début du XXe siècle, d'un effet baptisé en l'honneur du père de l'avion à réaction : l'effet Coanda. Cependant ce n'est pas tout à fait le cas, il varie selon le nombre de Reynolds et le nombre de Mach : Considérons un cylindre à section circulaire de longueur supposée infinie fixé en travers d'un écoulement de vitesse U supposée de gauche à droite : il subit en général une traînée dans la direction de l'écoulement qui peut avoir plusieurs origines selon les circonstances, mais pas de portance perpendiculaire à l'écoulement (sauf dans le cas de tourbillons dissymétriques ou alternés). Elle définit un cadre cohérent pour exprimer les résultats de ces essais, le coefficient sans dimensions étant défini comme une fonction d'autres nombres sans dimensions. Même si son nom n’est pas évoqué par la suite, j’ai incorporé une photo de Sir George Cayley. Ces conditions sont celles de la navette spatiale pendant une partie de la phase d’entrée dans l’atmosphère (conditions hypersoniques). Physique : comment faire des ricochets sur l’eau ? -L'aile oblique, elle, pivote sur elle même en plein vol selon le même principe que l'aile à géometrie varible mais ce type de voilure se montre extrêmement délicate à piloter. Ceci ne reste valable que pour une incidence limitée. La portance et le profil de l'aile - La première loi de Newton dit qu’un corps soumis à aucune force extérieure ou à des forces dont les effets se compensent : reste au repos, s’il est au repos, ou poursuit son mouvement de façon rectiligne et uniforme s’il est en mouvement. Enfin, des essais en tunnel ont montré qu’en réalité le courant de l’extrados arrive avant celui de l’intrados ! Ces tourbillons de basse pression engendrent aussi la traînée. On montre en mécanique des fluides que la portance ainsi créée est perpendiculaire à la vitesse de l'écoulement et vaut par unité de longueur du cylindre, ρ étant la masse volumique du fluide : Ce résultat est connu sous le nom de théorème de Kutta-Joukowsky. Cela se traduit dans chaque section droite par une circulation , intégrale des vitesses fluides sur son périmètre. - Celle basée sur le théorème de Bernoulli qui se base sur le fait que, dans la majorité des cas, la face supérieure d’une aile a une longueur supérieure à la face inférieure. Parmi ces théories, certaines sont inexactes mais elles ont leurs défenseurs. La portance est alors proportionnelle au carré de la vitesse et il est donc possible de mettre l'expression sous la forme classique indiquée dans Formulation, sans que la pression dynamique intervienne en quoi que ce soit dans cette force perpendiculaire à la direction générale de l'écoulement. C'est pour cela que les avions doivent atteindre une vitesse minimum avant de pouvoir  décoller. Mise en évidence de la turbulence de sillage induite par le tourbillon marginal. En augmentant la courbure de l'aile il augmente la portance mais aussi la traînée. -Plus un avion est rapide, plus sa portance est importante. - Phase 2 – 4/6 à 16° Le fait que certaines théories erronées restent vivaces est assez logique. Expérience ». Si on souffle fort, le papier s’élève. L’utilisation de ce type d’outil nécessite une bonne compréhension de ce qu’ils peuvent ou ne peuvent pas faire, ce qui demande une grande expérience. Selon la troisième loi de Newton, « tout corps A exerçant une force sur un corps B subit une force d'intensité égale, de même direction mais de sens opposé, exercée par le corps B ». Pour une vitesse dix fois plus faible, la portance d'une aile immergée ou foil est encore dix fois plus forte que celle d'une aile d'avion. La portance est décrite par une formule analogue à celle indiquée pour l'effet Magnus. La portance crée au niveau des saumons des ailes des tourbillons marginaux. La portance aérodynamique est la composante de la force subie par un corps en mouvement dans un fluide qui s'exerce perpendiculairement à la direction du mouvement (au vent relatif). Et bien il semble une nouvelle fois que l’explication soit incomplète car d’autres théories existent. La portance d’une aile serait donc proportionnelle à la quantité de fluide déviée vers le bas. L'incidence (ou angle d'attaque) est l'angle formé par la corde de référence du profil d'une surface et le vecteur vitesse du vent relatif. A noter que: -La portance s'exerce à angle droit de la vitesse. L’augmentation d’énergie cinétique se traduit par une diminution d’énergie élastique, c’est-à-dire une dépression. Pour l'analyse, on décompose cette force en une composante parallèle au vent relatif : la traînée (voir aussi Aérodynamique), et une composante perpendiculaire au vent relatif : la portance. Elle n’expliquerait pas ce qui se passe, par exemple, sur le bord de fuite… Autre question, pourquoi le fluide va plus vite sur l’extrados… ? On s’attachera à décrire l’évolution de ces deux forces en fonction de l’angle d’attaque du fluide sur l’aile (protocole expérimentale en section ). Certains documents avancent le fait que les « couches d’air » supérieures remplaceraient l’absence de surface au-dessus du plan pour matérialiser le col venturi ! Que propose la théorie de Kutta-Jukowski ? Ces tourbillons permettraient donc de plaquer le fluide sur l’extrados. Elle est donc utilisée sur les avions de tourisme qui ne necessitent pas de voler à de haute vitesse. Sous l’effet Coanda, lorsqu’un filet d’eau effleure une cuillère, il a tendance à venir s’y coller au lieu de poursuivre son écoulement en ligne droite. Cette formule met en jeu les paramètres suivants : L'intérêt de cette formulation réside dans le fait que les coefficients aérodynamiques dont le peuvent être considéré comme constants, dans une configuration et à une incidence données. Voici une petite galerie de portraits de chercheurs qui par leur travail, ont permis d’avancer dans la compréhension de la portance. 3. Cette phase est celle qui génère le plus de portance juste avant le décrochage de l’aile avec de fortes perturbations sur l’extrados et dans son sillage, ce qui génère aussi une forte trainée. Il en résulte que le filet fluide qui a longé l'intrados devrait pivoter brutalement au bord de fuite pour retrouver ce point d'arrêt aval, ce qui conduirait à des vitesses infinies et n'est pas conforme à l'expérience. Il a découvert et identifié les quatre forces aérodynamiques du vol : poids, portance, traînée et poussée. Toutes choses égales par ailleurs elle exerce donc une poussée mille fois plus grande. Notion difficilement visualisable… Si le terme est connu, son explication physique est plus complexe. Volet : Partie de l'aile pouvant être braquée afin de modifier des caractéristiques propres à l'aile (augmenter la portance et voler à basse vitesse). Ceci reste vrai jusqu'au point de décrochage , où la portance commence à décroître à cause de la séparation des flux d'air sur l'extrados. Le carré de la vitesse V. « La portance est une fleur qui naît de la vitesse » (. V Ces molécules d'air qui se séparent au niveau du, C'est à Daniel Bernoulli (1700-1782) que nous devons cette grande découverte. 2 -L'aile droite, la plus utilisée dispose d'une excellente portance mais ne permet pas de voler à des vitesses elevées (au delà de 700 km/h). Mais cette fameuse circulation reste tout de même assez abstraite… À l’intérieur des tourbillons, la pression est basse. Le coefficient de portance est un nombre sans dimension qui permet de mesurer la portance d'une surface (aile). {\displaystyle {\frac {\rho V^{2}}{2}}} Ce mécanisme génèrerait donc la portance mais aussi la traînée (tourbillons) et le déplacement d’une certaine quantité de fluide vers le bas (effet d’écope). Avec une surface de départ (ou zone de passage du flux) importante, une surface diminuée et enfin, de nouveau une augmentation de la surface. À environ 30 cm de l’extrémité de la baignoire vous pouvez retirer le plan de l’eau et la circulation apparait !!! Si le cylindre est soumis à une rotation autour de son axe, le fluide visqueux en contact avec celui-ci est entraîné (condition de non-glissement). Plus l’incidence est importante plus « l’obstacle » est grand, donc la déviation du fluide aussi (avec une certaine limite : le décrochage). Pourquoi, alors que les pionniers de l’aviation n’étaient pas au courant de l’existence de ces phénomènes et de l’importance de la forme du bord de fuite, les premiers profils ont été réalisés avec un bord de fuite en « pointe » ? Pour éviter cela, le pilote déploie des volets hypersustentateurs: ce sont des v. olets, situés sous les ailes et qui permettent d'agrandir momentanément la surface alaire, et donc la portance. En se basant sur le fait que la nature a horreur du vide, ces deux molécules devraient se retrouver en même temps derrière le profil.  , S étant la surface de référence et Cz le coefficient de portance. Découverte du théorème de Bernouilli: l e théorème de Bernoulli, qui a été établi en 1738 , statue que dans le flux d'un fluide, une accélération se produit simultanément avec la diminution de la pression. La circulation du tourbillon initiateur serait équilibrée par celle du tourbillon attaché au plan (qui tourne en sens inverse). Il faut noter qu'elle ne dit pas que la portance est exactement proportionnelle au carré de la vitesse [Note 3]. David Anderson, Fermi National Accelerator Laboratory, and Scott Eberhardt, formerly of the Department of Aeronautics and Astronautics, University of Washington, now at the Boeing Company, Dernière modification le 28 septembre 2020, à 21:03, théorie des écoulements à potentiel de vitesse, Théorème de Kutta-Jukowski#Condition de Kutta, "Comment volent les avions", traduction de l'article d'Anderson et Eberhardt, "A Physical Description of Flight", David Anderson & Scott Eberhardt, Airfoils and Airflow (Ch. En aérodynamique, la portance s'exerce à angle droit de la vitesse ; elle n'est donc verticale que lorsque le corps en mouvement est en translation horizontale (en vol de croisière pour un avion). Par une transformation conforme (qui conserve les angles), on peut transformer le cylindre à section circulaire en une aile de profil constant. - Théorie de la circulation ou de Kutta & Jukowsky, La ventilation : Un peu d’air dans ce monde de fluide, réfuter la théorie de circulation au moyen d'observations erronées. Pourtant, mêmes s’il est indéniable que le fluide est dévié vers le bas, cette théorie ne serait, d’après ceux qui la critique, pas suffisante pour expliquer certains phénomènes (effet de sol…). La portance peut être mesurée grâce à l'expérience de la butée Michell. Elle a également la forme du cone supersonique apparaissant lorsque l'avion franchit le mur du son, et donc reste toujours derrière celui ci ce qui a  pour avantage d'éviter les turbulences. Lorsque j’ai essayé de comprendre cette théorie, la partie la plus difficile à intégrer était la notion de circulation. - Phase 3 – 16 à 20° Ses travaux ont fortement participé à la compréhension de la portance. Cet ingénieur anglais, que certains considèrent comme le premier vrai chercheur scientifique en aéronautique, est le concepteur du premier planeur. Par contre la trainée augmente sur l’intrados Intrados qui entre tout de même pour ¼ dans le développement de la portance. Il suffit de disposer un verre ou une petite cuillère sous un robinet, de façon a ce qu’un filet d’eau touche la partie bombée de l’objet, pour voir le liquide suivre la surface de l’ustensile. Cette basse pression neutraliserait la haute pression présente sur le dessus du plan et modifierait la distribution de la pression du flux sur le bord de fuite. Elle est donc très utilisé sur les avions supersoniques. Dans des cas très particuliers, comme certains régimes de vol où la vitesse est très élevée et la densité de l’air très basse, une faible quantité de fluide est en contact avec l’extrados. Cela correspond à la poussée d'Archimède. Dans le cas d'un avion, l'aile agit sur l'air pour dévier son écoulement. La portance à pendant longtemps été expliquée comme étant semblable au phénomène qui permet à un joli caillou plat, manipulé par une main experte, de faire un pied de nez à Archimède ! C'est à Daniel Bernoulli (1700-1782) que nous devons cette grande découverte. En réaction à la quantité de mouvement de la masse d'air déviée dans un sens (vers le bas pour un profil porteur), l'aile est tirée dans l'autre sens (vers le haut), en vertu de. Pour une aile d'avion, la surface de référence est généralement la surface projetée sur le plan horizontal, y compris la partie du fuselage joignant les ailes. De part sa forme (bord de fuite tranchant), un profil disposé avec une certaine incidence « oblige » le flux à se positionner de manière à ce que la ligne de séparation des flux venant de l’intrados et de l’extrados se place au niveau du bord de fuite. Bien entendu, ceci n’est valable que dans une certaine plage de conditions : viscosité, vitesse, courbure…. Deux autres théories complexes se rajoutent à ces deux premières, elles tentent surtout d'expliquer les phénomènes qui se passent sur la partie arrière du plan porteur (théorie de Kutta- Jukowski et la théorie d’Hoffman & Johnson). Elle est aussi appelée théorie du flux descendant (traduction personnelle de Downwash) ou théorie basée sur la 3ème loi de Newton. Une théorie simplifiée veut que le fonctionnement d'une aile repose sur les lois de Newton. Pourquoi se forme-t-il un petit nuage ainsi qu’une déflagration ? Ici, la condition de Joukowsky crée une circulation proportionnelle à la vitesse relative loin de l'aile. De nombreux autres facteurs interviennent, rendant les calculs des spécialistes si compliqués. Ainsi, selon le théorème de Bernoulli appliqué ici, comme il se doit, au cas d'un fluide supposé incompressible, il y a des surpressions sur la partie inférieure et des dépressions sur la partie supérieure. Elle est scientifiquement contestée. Lorsqu’un corps symétrique à forme lisse, comme un plan de section ovale, se déplace dans un fluide avec une incidence positive, il y a deux points d’arrêt. de la génération de tourbillons porteurs à grande incidence (Vortex Generators, becs DLE, vortilons. Notre plan porteur faisant obstacle au flux, il y aurait resserrement du flux et augmentation de la vitesse sur la partie supérieure du plan. Le fluide qui passe autour d’une aile, disposée dans le flux avec une incidence positive, est dévié vers le bas. Que se passe-t-il lorsqu’un avion supersonique franchit le mur du son ? En aérodynamique, la portance s'exerce à angle droit de la vitesse; elle n'est donc verticale que lorsque le corps en mouvement est en translation horizontale (en vol de croisière pour un avion).