Une conquête de l 'air: l ' avion

Les gaz sont les principaux fluides* de notre environnement. Leur comportement est proche de celui d'un liquide. Ainsi, on peut modéliser l'effet provoqué par l'approche d'une surface bombée à un solide par l'expérience de la petite cuillère.

Schéma de cette petite expérience :

Le dos de la petite cuillère est aspirée par le jet d'eau.

Ce phénomène est comparable à celui qui fait décoller un avion. En effet, on peut modéliser les ailes de l'avion de la manière suivante : l'aile est également courbée, ce qui permet l'analogie avec cette expérience.

Sur une aile, on peut repérer différentes parties (voir schéma ci-dessus):

-l'inférieure est nommée l'intrados

-la supérieure est nommée extrados

-la surface de l'aile vue de face nommée surface frontale ou bord d'attaque (qui sera traitée plus tard).

            Le trajet de l'air qui passe sur l'extrados est modifié par la forme bombée. On observe donc une dépression sur l'extrados qui contraste avec une surpression sur l'intrados. Or toute dépression entraîne une augmentation de la vitesse du fluide d'après le principe de Bernouilli.

L'air « aspire » donc l'aile et l'avion décolle.

Ce phénomène est appelé portance*, et s'oppose au poids.

D'autre part, la vitesse qui est donnée à l'appareil induit un phénomène de vent relatif. Celui-ci est comparable au vent ressenti à vélo.

La vitesse, donnée par la motorisation, doit lutter contre la force du vent qui se nomme traînée*. On ressent cette force lorsque l'on met la main par la fenêtre en voiture : suivant la position de la main la force est plus ou moins efficece.

La valeur de la traînée dépend de la surface frontale de l'aile ; elle est donnée par la formule :

 Fx=1/2*P*S*V²*Cx

 Avec :

P : masse volumique de l'aile en Kg/m^3 (lire mètres au cube) 

S : surface de l'aile en m² 

V : vitesse du vent relatif en m/s (lire mètres par seconde) 

Cx : coefficient de traînée sans unité qui dépend de la forme du profil et de son incidence.

 Sur ce schéma qui représente les 3 axes, on voit les forces qui s'appliquent sur un avion.

Elles se résument par la résultante aérodynamique*(=somme vectorielle de la portance et la traînée, puisqu'elles annulent respectivement le poids et la motorisation)

Ainsi la valeur de la portance est donnée en fonction de la traînée :

Fz=1/2 P * S * V² * Cz

Avec : 

P : masse volumique de l'aile en Kg/m^3 (lire mètres au cube)

S : surface de l'aile en m²

V : vitesse du vent relatif en m/s (lire mètres par seconde)

Cz
: coefficient de portance sans unité qui dépend de la forme du profil
et de son incidence* (=angle formé entre la corde de l'aile et la
trajectoire du vent relatif). 

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