Différentes forces dirigent le vol d'un avion:
1) Le poids
2) la resistance de l'air
3) La trainée
4) La portance
5) Propulsion ou traction
6) Bilan des forces exercées sur un avion en vol
7) Dispositifs hypersustentateurs
1) Le poids:
P = m x g
P = poids en Newton
m = masse en kilogramme
g = intensité de la pesanteur en Newton par kilogramme
Nous avons décidé de faire voler différents types d'ailes.
Voici la photo de la première aile testée:
Nous nous sommes aperçus que cette première aile ne volait pas et donc nous avons essayé avec une autre aile plus légère faîte en canson et les dimensions ont été divisées par deux. Sur cette dernière, qui volait, nous avons attaché différentes masses qui nous ont permis de voir qu'à partir d'une certaine masse le poids de l'aile était trop important :
Infuence du poids sur le vol.
| Force du ventilateur / masse ajoutée par aile en gramme. |
2 |
5 |
10 |
| 1 |
L'aile vibre légèrement mais ne décolle pas. |
L'aile vibre légèrement mais ne décolle pas. |
L'aile ne bouge pas. |
| 2 |
Décolle |
Décolle |
Décolle mais avec difficulté |
| 3 |
Décolle |
Décolle |
Décolle |
Le lycée ne possédant pas d'appareil de mesure pour la force du vent, nous ne pouvons pas donner avec exactitude la force du vent produit par le ventilateur la force 1 correspond à une légere brise, la force 2 à un vent faible et la 3 à un vent assez fort.
2) La résistance de l'air:
Expression de la valeur de la résistance de l'air:
R = K x µ x V² x S
R = resistance de l'air en Newton (N)
k = coeficient de la forme du corps en N/(kg x m x s-2)
µ = masse volumique de l'air en kg/m3
v = vitesse en m/s
S = surface de l'aile en m²
La résistance de l'air est une force qui tend à s'opposer au déplacement de l'avion:
Cette résistance est différente selon le forme du corps. Un corps plat avec une aire importante aura plus de mal à resister à cette force tandis qu'un corps fuselé pénetrera plus aisement dans l'air:
On voit sur cette vidéo une feuille de canson réagir grâce à la force de l'air projetée par le ventilateur.
Pour voir la vidéo cliquer: ICI
3) La trainée:
Expression de la valeur de la trainée:
Rx = (1/2) x µ x v² x S x Cx
µ = masse volumique de l'air en kg/m3
v = vitesse de l'écoulement de l'air en m/s
S = surface perpendiculaire au vent relatif en m2
(1/2) x µ x v² = pression dynamique
Cx = coefficient de trainée(sans unitée). Il dépend de différents paramètres: forme du profil, allongement et vitesse. Il est toujours positif.
4) La portance:
Expression de la valeur de la portance:
Rz = (1/2) x µ x V² x S x Cz
µ = masse volumique en kg/m3
v = vitesse de l'avion en m/s
S = surface perpendiculaire au vent relatif en m2
Cz = coeffcient de portance (sans unité) Il dépend de différents paramètres: forme du profil, allongement et vitesse.
La portance d'une aile provient de deux forces, la première est l'air qui passe sous l'aile, cet air pousse l'aile vers le haut. la seconde provient de l'air qui passe par-dessus il pousse également l'aile vers le haut. Il augmente proportionnellement à l'angle d'incidence jusqu'à une valeur maximale, juste après à lieu le décrochage (chute brutale de la portance).
5) Propulsion ou traction
Cette force correspond aux moteurs de l'avion.
F = ve.qm + A1.(P1 − Pa)
F = poussée en newtons (N)
ve = vitesse d'éjection des gaz en m/s
qm = débit massique en kg/s
A1 = aire de la section de sortie de la tuyère en mètres carré
P1 = pression à la sortie de la tuyère en Pa
Pa = pression ambiante ou pression à l'extérieur en Pa
6) Bilan des forces exercées sur un avion en vol
Voici une représentation des différentes forces qui influent sur le vol d'un avion:
7) Dispositifs hypersustentateurs:
Ils servent à trouver un compromis entre une vitesse importante en vol et une vitesse réduite pour le décollage et l'atterrissage. Ils sont situés au niveau du bord d'attaque et au niveau du bord de fuite. Leur objectif est de diminuer le coefficient de portance en augmentant la surface de l'aile et en augmentant la courbure du profil.
- Les volets: (flaps) Ils se situent sur la partie interne de l'aile et servent à améliorer la portance de l'aile lors du décolage te de l'attérrissage, il en existe plusieurs:
Les volets de courbure: Ils sont articulés et se trouvent sur la partie arrière de l'aile. Ils peuvent se braquer vers le bas pour augmenter la portance.
Les volets d'intrados: Ils se trouvent sous l'arrière de l'aile, ils se braquent égalment vers le bas mais servent surtout à aumenter la trainée mais également la portance.
Les volets à fente: Ils se situent sous l'aile, en le braquant, le volet ouvre une fente ce qui permet à l'air de passer de l'intrados à l'extrados et ainsi, retarder le décollement des filets d'air sur le volet.
- Les becs: (slats) Ils se situent sur le bord d'attaque de l'aile pour retarder le décrochement des filets d'air sur l'extrados et augmenter la surface de l'aile. Il en existe pluseurs sortes:
Les becs à fente fixe: Ce sont de simple becs fixes écartés du bord d'attaque.
Les becs à fente rétractable: Ils sont soit automatiques soit commandés directement par le pilote et ont la même apparence que les précédents.
Les becs Krueger: Plus petit que les précédent, ils sont souvents utilisés sur les avions de ligne, situés sur l'intrados, ils augmentent la courbure de l 'aile en pivotant.
Les becs basculants: Leur but est d'augmenter la cambrure de l'aile, le bord d'attaque est penché vers le bas.
Sources:
Aérodynamique et mécanique du vol Formation au BIA
http://fr.wikipedia.org
http://aerodynamismetpe1ere.ifrance.com/exp%E9rience.htm
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