L'AÉRONAUTIQUE
A- Définition de l'aérodynamisme et étude de l’air
L’aérodynamisme se définit par toutes les forces de l’air qui sont exercées sur un corps. Ce dernier peut représenter plusieurs objets comme une voiture, un boomerang ou même un avion. Dans notre cas, nous étudierons l’aérodynamisme sur les avions. Ces derniers sont des engins assez complexes. Ils doivent être le plus aérodynamiques (c’est à dire profilés pour vaincre la résistance de l’air) afin d’atteindre des vitesses très élevées, et de se maintenir en altitude grâce aux diverses forces exercées.
L’air est un fluide, formé d’un mélange gazeux qui constitue l’atmosphère. C’est un gaz composé de molécules mobiles les unes par rapport aux autres. L’air possède certaines propriétés physiques:
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Il est compressible, c’est à dire qu’il est possible de réduire son volume en le compriment.
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Il est expansible, c’est à dire qu’il essaye toujours d’occuper un volume plus élevé
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Il est élastique, c’est la résultante des deux précédentes, il peut se compresser ainsi que s’expanser
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L’air est pesant, cependant le poids de l'air reste faible.
Trois critères, permettent de définir la trajectoire de l’air :
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la masse volumique, exprimée en kilogramme par mètre cube notée kg.m-3
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La pression, exprimée en pascal, c’est la force exercée par unité de surface
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La température, exprimée en kelvins (rappelons que T(K)= T(°C) + 273)
Il est primordial de prendre en compte ces trois critères. En effet l'air s’écoule différemment sur une surface selon les valeurs de ces critères.
Sur les schémas ci-dessous nous allons observer les différents écoulements de l'air. À noter , que les analyses de ces schémas s’effectueront à partir d'un corps fixe.
1-Les différents écoulements de l’air
L’air peut s’écouler de différentes manières:
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L’écoulement est dit laminaire, lorsque les particules d’air suivent des trajectoires rectilignes et parallèles.
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L’écoulement est dit turbulent, lorsque les particules d’air suivent une trajectoire non rectiligne, tout en étant parallèles
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L’écoulement est dit tourbillonnaire, lorsque les particules d’air ne sont ni rectilignes, ni parallèles, mais complètement désordonnées.
2-La résistance de l’air
Chaque corps en mouvement dans l’air est soumis par celui-ci à une résistance qui tend à s’opposer à ce mouvement.
Si on place une plaque plane perpendiculaire à un courant d’air, à l’avant de la plaque, l’air va exercer une pression, alors qu’a l’arrière de la plaque un « vide » va se former et va tenter d’aspirer la plaque.
En zone de pression,l’écoulement de l’air est laminaire, cependant en zone de dépression, derrière la plaque, l’écoulement sera tourbillonnaire. La plaque va résister à l’air à 100%.
Une grande partie du travail des ingénieurs en aéronautique, consiste à concevoir des formes d’avion telles que la résistance de l’air sera faible. On a vu comment s'exerçait la résistance de l’air sur une plaque plane, mais d’autres formes existent permettant de réduire cette force.
L’expression de la résistance de l’air est la suivante:
Avec:
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𝐑, la résistance de l’air exprimée en Newton
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𝐊, le coefficient qui tient compte de la forme du corps et de l’état de sa surface
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𝝆, la masse volumique de l’air exprimée en kg.m3 (𝝆air = 1,2 kg.m3 {au niveau de la mer})
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𝐕, la vitesse exprimée en m.s-1
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𝐒, l’air exprimé en m2
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