cours en labo daérodynamique : les mystères de la portance. comment créer, puis augmenter la...

Cours en labo d’aérodynamique : les mystères de la portance.

Comment créer, puis augmenter la portance ?

Alexandre Stegner, LMD,IPSL [email protected], http://gershwin.ens.fr/stegner

mailto:[email protected]


Effet magnusApproche géométrique: observation des lignes de courants

1. Conservation débit entre deux lignes courants

2. Resserrement: la vitesse augmente Ecartement: la vitesse diminue

V>0, P<0

V<0, P>0

3. Utilisation du théorème de Bernoulli (validité ?)

=> dépression (surpression) pour les survitesses (sous-vitesse)

€

P+ 12ρV 2 +ρgz=Cst


Effet magnus

Souvenirs … la PC 4, écoulement potentiel autour du cercle

€

f( z)=V( z+a2

z)−i Γ

2πlogz

€

sinθ = Γ4πVa

Eclt uniforme

Dipôle

Tourbillon

Position des points d'arrêt

Portance < => Circulation

€

Py=−ρVΓ

et aussi http://linpc3.epfl.ch/e-lin/Ryhming/html/chapters/index.htm


Est-ce que l’on peut faire voler un avion avec l’effet magnus ?


Faire avancer un bateau ?

Au début du siècle (1927), A.Flettner équipe des navires avec des cylindres rotatifs, tenant lieu de voiles. Il traverse ainsi l’Atlantique et prouve que l’application est valide.


Principe de la turbo voile (L.Malavard, B. Charrier, J.Y. Cousteau)

Alcyone (Fondation Cousteau):

deux turbovoiles de 10. 5 m de haut .

On ne fait plus tourner le cylindre, la circulation est induite par une aspiration (ventilateur interne…).


Pour un profil d’aile symétrique, la portance est fonction de l’angle d’incidence.

Souvenirs … la PC 5, écoulement potentiel autour d’une plaque plane en incidence.

€

Γ =−4πaVsinα

€

Py=4πρaV2 sinα

et aussi http://linpc3.epfl.ch/e-lin/Ryhming/html/chapters/index.htm


Chaque fois que la circulation autour de l’aile varie il y a émission d’un tourbillon:

- changement de l’angle d’incidence

- variation de vitesse

Pour créer de la portance il faut créer deux tourbillon !

un autour de l’aile un qui s’en va …


Nécessité d’une portance variable pour décoller !

Au décollage vitesse faible => incidence forte

En vol vitesse élevé => incidence faible

C’est le principe utilisé sur les « vieux » coucou….


Les avions « modernes » ont des profils d’ailes modulables

Vitesse de croisière (900km/h):profil très peu cambré

Faible vitesse au décollage (300km/h):profil très cambré, volets sorties


La limitation de tout cela: LE DECROCHAGE !

Forte restriction sur l’ange d’incidence et la cambrure de l’aile.


Un trou dans l’aile !… permet d’augmenter la portance.

L’ouverture entre l’aile et le volet combiné au différentiel de pression entre l’intrados et l’extrados de l’aile crée un soufflage sur l’extrados du volet et une augmentation de la portance .

P<0

P>0


Que se passe-t-il ??

Pourquoi deux traînée et pas quatre ?


Des tourbillons de bout d’aile ! Pourquoi ?http://www.onera.fr/conferences/tourbillons-sillage/

Vue arrière d’une nappe d’air qui impact une aile


Chaque avion « traine » dans son sillage une paire de tourbillon très énergétique

Un airbus A340 qui pèse 190 T brasse environ 400 T d’air par seconde en phase de décollage !


Des normes internationales définissent des distances de séparation minimales entre les avions afin qu’un avion ne soit pas mis en danger dans le sillage de celui qui le précède.

Un défi pour Airbus et son avion géant A380:une distance de sécurité encore plus grande ? ou réduire l’intensité , la durée de vie des tourbillons de bout d’aile!


Une piste… regardons le ciel

le sillage d’un 747


Instabilité d’une paire de tourbillon contra-rotatifs


Pourquoi les cheminées du paquebot France ont-elles des petites « ailes » ?

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