L'AÉRONAUTIQUE

 

Avec

 

• 𝐅𝐱, la trainée verticale en newtons

• 𝝆, la masse volumique du fluide en Kg.m-3

• 𝐕, la vitesse en m.s-1

• 𝐒, la surface de reference en m2

• 𝐂𝐱, le coefficient de trainée (sans unité)

 

 

Tout d’abord nous allons introduire qu'est ce qu'une couche limite. Cette dernière  est un élément clé pour établir la force de la trainée.

Il faut savoir que lorsqu’un fluide se déplace autour d’un obstacle, les champs de vitesse et de pression sont perturbés

L’épaisseur d’une couche limite varie selon deux principes, l’état de la surface et la vitesse du fluide.

 

On pourra distinguer deux types de couche limite : la couche limite laminaire et la couche limite turbulente.

 

La couche limite laminaire :

 

 

Elle se présente sous la forme de lames d’air glissant les unes sur les autres.

Avec une vitesse V= 0,99 V0 (V0 qui correspond à la vitesse si l’air est sans viscosité). La viscosité se définit par des fluides qui perturbent la vitesse d'un corps ou qui la déforment

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Par contre si les fluides (Vs) ne sont plus rectilignes (mais parallèles) entre eux on appellera ceci la couche limite turbulente.

 

 

Schéma représentatif de ces 2 cas :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T; Phase de Transition 

 

 

A présent nous allons pouvoir entamer la partie sur la trainée. 

Il existe deux grandes catégories à propos de la trainée

 

 

1) La trainée parasite qui est décomposée elle même en 3 sortes de trainées

• Une trainée de frottement

• Une trainée de forme

• Une trainée d’interférence

2) La trainée induite par la portance

 

 

Traînée de frottement

 

Cette trainée concerne toutes les parties de l’avion. Nous verrons d’ailleurs que la grandeur de cette trainée de frottement augmentera selon plusieurs principes :

• la surface du revêtement de l’avion

• la turbulence dans la couche limite (qui correspond à l’endroit où l’écoulement de l’air est freiné)

• la rugosité des parois (la présence de particules qui augmentent la rugosité)

• la vitesse du vent relatif

• l’épaisseur du profil 

• l’angle d’attaque

 

 Pour un avion de transport, la trainée de frottement correspond à 50% de la trainée totale. A travers ceci, la trainée de frottement est très étudiée par des chercheurs pour la réduire au maximum, car le but pour un avion de transport est d’avoir une trainée d’une  valeur faible pour permettre une conduite stable.

 

Trainée de forme

 

La trainée de forme est très rattachée à la forme du profil.

Il faut savoir que le profil est la section de l’aile par un plan parallèle au plan de symétrie de l’avion

 

Ceci est important car selon des profils différents les écoulements d’air seront différents.

Le décollement de la couche limite entraine une augmentation de la trainée de forme.

 

 

Trainée d’interférence :

 

La trainée d’interférence se produit lorsque que 2 écoulements de direction ou de vitesse différentes se rencontrent, ce cas se produit souvent au niveau du carénage (partie entre l’aile et le fuselage).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La partie en rouge correspond à l’endroit de rencontre des écoulements possédants une direction ou une vitesse différente.

 

La trainée induite :

 

La trainée induite est en rapport avec ce qui a été dit sur la portance. Elle va augmenter l’intensité des tourbillons marginaux (appelés vortex)  qui est d’ailleurs le résultat de l’écoulement de la surpression située sur l’intrados et de la dépression située sur l’extrados

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Les vortex font aussi partie de ces tourbillons qui d’ailleurs apportent un effet négatif pour l’avion car ils vont absorber près de 8% de la puissance d’un avion.

 

Des solutions ont étaient proposées pour limiter ou pour complètement supprimer ces vortex qui réduisent considérablement la puissance de l’avion

Une de ses solutions est de placer deux petites ailettes verticales à l’extrémité des ailes.

Pour information la trainée induite dans des avions de bonne augure correspond à 10% de la trainée totale tandis que sur les avions de qualité moyenne elle correspondra à 70%

Cela entrainera donc un décollage avec une difficulté plus importante.

 

Pour finir avec la trainée induite, elle va augmenter la portance et donc par conséquence le poids de l’avion.

 

Pour conclure avec la trainée, il faut savoir que la somme de la trainée induite et de la trainée parasite donnera ce que l’on appelle, La trainée totale.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ce graphique nous montre le comportement des différentes trainées d’un avion de transport en fonction de la vitesse.

 

Nous pouvons constater à travers ce graphe, que lorsque la trainée induite est égale à la trainée parasite, ce qui correspond à 75 km/h,  la trainée totale est minimale ce qui est très intéressant pour un avion pour éviter toute perte de puissance et de pouvoir obtenir un vol efficace. Les constructeurs s’efforceront de trouver des solutions pour faire en sorte que la trainée induite s’approche de plus en plus de la trainée parasite pour une fiabilité plus importante de l’appareil.