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1/62 POURQUOI UN AVION VOLE ? 2/62 3/62 Dessine-moi la portance ! http://www.la

1/62 POURQUOI UN AVION VOLE ? 2/62 3/62 Dessine-moi la portance ! http://www.lavionnaire.fr/ En regardant un avion passer dans le ciel, en attachant notre ceinture à bord d’un coucou ou d’un gros porteur, nous sommes nombreux à nous demander « comment ou pourquoi ça vole » ? En partant de cette question Frédéric Monsonnec a fait des recherches dans de nombreux livres, sur le Web, contacté des personnes comme Daniel Charles, architecte, historien, écrivain, journaliste, Damien Lafforgue architecte naval auteur d’une étude sur l'aérodynamique des voiles, Rémi Laval Jeantet docteur ingénieur aéro-hydrodynamicien, Yann Roux, docteur en mécanique des fluides, bref un énorme travail de compilation et de rédaction paru sur le site Foilers le blog des bateaux volants. http://foils.wordpress.com Alors un grand merci à Frédéric Monsonnec d'avoir accepté que je reprenne une partie de son "bébé" pour le site L'avionnaire. La deuxième page reprend la comparaison entre les deux approches faite par l'Université de l'Etat de Georgie U.S.A que vous pouvez trouver (en anglais) Université de de Georgie La troisième page concerne les travaux de David Anderson et Scott Eberhardt sur la portance traduit par Philippe Marbaise que je remercie d'avoir accepté que je reproduise sa traduction. David Anderson et Scott Eberhardt partent du principe que la portance est obtenue par la 3éme loi de Isaac Newton. Ces travaux bien rédigés sont plausibles car scientifiquement corrects mais est-ce la vérité absolue ? Pourtant comme Frédéric Monsonnec on peut s'interroger sur l'influence de l'accélération du fluide sur l'extrados? Pas un mot. La quatrième page reprend une partie du chapitre trois du livre internet See How It Flies de John S.Denker que vous pouvez trouver (en anglais) à l'adresse http://www.av8n.com John S.Denker a travaillé pendant de nombreuses années chez AT & T Bell Laboratories comme membre éminent de l'équipe technique, chef de département, et directeur de la division. Ses intérêts de recherche portent sur la sécurité informatique, la téléphonie par Internet, et "réseaux de neurones". Scientifique, pilote professionnel, instructeur de vol, et instructeur au sol, il est un conseiller de la sécurité de l'aviation FAA. Il démystifie les mythes classiques sans excuses. Par exemple, l'explication élémentaire que la portance est due au profil asymétrique de l'aile. Sur la cinquième page le site de la NASA Bernouilli and Newton nous apprend: qu'il existe de nombreuses théories sur la façon dont la portance est créée. Mais malheureusement, la plupart des théories trouvées dans les encyclopédies, sur des sites Web, et même dans certains manuels sont incorrectes, notamment la théorie de Venturi et la théorie du ricochet, ce qui provoque une confusion inutile pour les étudiants. Mais aucune explication claire et précise sur la portance, car la façon dont un objet génère de la portance est très complexe et ne se prête pas à la simplification. 4/62 POURQUOI UN AVION VOLE ? Recherches réalisées par Frédéric Monsonnec - Théorie basée sur l’effet ricochet. - L’explication populaire - Théorie basée sur l’effet Venturi - Théorie basée sur l’effet Coanda - Théorie de la circulation ou de Kutta & Jukowsky - Théorie de l’écope ou de Newton. - Théorie de Hoffman & Johnson. Théories et théoriciens…. De nombreux chercheurs ont essayé de comprendre et de mettre sous forme d’équations la portance et la traînée. Car s’intéresser à la portance, c’est aussi découvrir comment il est possible d’obtenir un rapport portance / traînée qui soit le plus grand possible. Difficile de citer tous ceux qui ont travailler sur la question. Voici une petite galerie de portraits de chercheurs qui par leur travail, ont permis d’avancer dans la compréhension de la portance. Même si son nom n’est pas évoqué par la suite, j’ai incorporé une photo de Sir George Cayley. 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. Il a découvert et identifié les quatre forces aérodynamiques du vol : poids, portance, traînée et poussée. La conception des avions modernes est basée sur ses découvertes, y compris les ailes cambrées ! L’explication de la portance est complexe et se prête difficilement à la simplification. 5/62 Elle fait appel aux lois de Newton, aux équations de Bernoulli, celles de Navier-Stokes et d’Euler, aux travaux de Kutta-Jukowski… Rares sont ceux (dont je fais partie) qui maîtrisent ces notions. Malgré ces difficultés, je vais essayer de présenter de manière simple, les différentes théories avancées pour expliquer le fonctionnement des ailes aériennes et sous-marines. Donc, au risque de faire des erreurs et de heurter les plus au fait de la science… Je vous l’accorde, je m’attaque à un « gros morceau » ! Parmi ces théories, certaines sont inexactes mais elles ont leurs défenseurs. En effet, le débat sur l’origine de la portance n’est pas clos… Le fait que certaines théories erronées restent vivaces est assez logique. 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. Incomplète, car bien souvent ces théories se basent sur un ou plusieurs phénomènes bien réels. Un petit rappel sur la terminologie Théorie basée sur l’effet ricochet. 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 ! Cette théorie du ricochet est basée sur l’idée que la portance serait due à l’énergie développée par les molécules qui « frappent » le dessous du plan porteur. Elle fait référence à la troisième loi deNewton : lorsqu’un solide A exerce une force sur un solide B, le solide B exerce sur le solide A, la force directement opposée. Même si dans le cas de la « pierre surfeuse » l’explication fait appel à bien d’autres lois de la physique… 6/62 Oui mais Cette explication ne prend en compte que l’interaction du fluide avec la surface inférieure de l’aile. Elle suppose que toute la portance est générée par l’intrados, ce qui est totalement erroné. Il a été démontré qu’environ 75% de la portance est liée à l’extrados (pourcentage bien entendu fonction de nombreux éléments comme la forme du profil). Remarque 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. Dans ce cas, une partie de la portance est bien fonction de la capacité du plan porteur à « ricocher » ! Ces conditions sont celles de la navette spatiale pendant une partie de la phase d’entrée dans l’atmosphère (conditions hypersoniques). Sans oublier d’autres engins qui utilisent la même capacité à « ricocher », le XB-70 Valkyrie et le X- 43 A, dont Gurval à déjà parlé dans son excellent article, La ventilation : Un peu d’air dans ce monde de fluide L’explication populaire. Cette théorie basée sur le théorème de Bernoulli peut aussi être appelée « théorie du temps de transit équivalent ». Cette explication est celle qui est la plus souvent avancée par ce qu’elle est simple à comprendre. Cette thèse s’appuie sur le fait que, dans la majorité des cas, la partie supérieure des ailes a une corde de longueur supérieure à celle de la partie inférieure. Imaginons deux molécules qui seraient séparées par le bord d’attaque d’une l’aile. La molécule qui passe au dessus de l’aile, va parcourir plus de distance que son « ex-voisine » qui passe en dessous du profil. En se basant sur le fait que la nature a horreur du vide (même ce point est décrié, et à juste titre !), il nous est expliqué que ces deux molécules devraient se retrouver en même temps derrière le profil. Pour ce faire, celle qui a été dirigée vers la voie supérieure, devrait voir sa vitesse augmenter pour être à l’heure au rendez-vous. Le théorème de Bernoulli dit qu’à altitude égale la pression d’un fluide diminue quand sa vitesse augmente et inversement. La survitesse sur l’extrados entraînerait donc une dépression 7/62 (aspiration). De plus, la molécule qui elle se déplace sur l’intrados voit sa vitesse ralentir (puisque le plan porteur représente un obstacle), ce qui engendre une surpression. Oui mais La loi décrite par Daniel Bernoulli, qui traduit le principe de la conservation de l’énergie dans les fluides, intervient bien dans le phénomène qui nous intéresse. Mais cette explication, bien trop souvent citée, est trop simple pour être complète ! Un avion disposant d’ailes planes peut voler, de même que les avions munis d’ailes au profil symétrique (donc avec une même corde sur l’intrados et l’extrados). Enfin, des essais en tunnel ont montré qu’en réalité le courant de l’extrados arrive avant celui de l’intrados! Théorie basée sur l’effet Venturi Les défenseurs de cette théorie mettent en avant l’idée que la surface supérieure d’une aile agirait comme un venturi qui accélèrerait le flux. Cet effet bien réel porte le nom de son découvreur, Giovanni uploads/Philosophie/ site-lavionnaire-fr-1-pourquoi-un-avion-vole.pdf