- 2 :Les Forces s'appliquant sur un avion

II.Les Forces s'appliquant sur un avion.

Ce qui permet a un avion de voler, ce n'est pas uniquement , comme la plupart des gens le pensent, sa vitesse. En effet, de nombreux autres facteurs interviennent pour permettre a l'avion de voler. La principale partie qui fait voler l'avion, ce sont ses ailes. En effet, c'est grace aux forces qui s'y appliquent que les avions arrivent a arracher leur masse au sol. Ces forces sont nombreuses mais on peut en détacher des principales:

-Le Poids :

Le poid est l'action de la pesanteur terrestre sur un objet possédant une masse, et qui s'oppose aux forces résultante pour que cet objet reste en équilibre en respectant la première loi de Newton.

Son expression est :

P est le poid de l'objet en Newton N ,
m sa masse en kilogrammes (Kg)
g la pesanteur en Newton par kilogramme (N.kg-1).

-La Portance:

La portance est la force de réaction de l'air lorsqu'il est déformé par l'aile, on applique ici la troisième loi de Newton selon laquelle toute force appliqué sur un objet entraine une force de mmee valeur mais opposé.Cette force se décompose en plusieurs composante.

*La portance verticale est la principale.

On l'écrit sous la forme:

$rho,$ : masse volumique du fluide

S,

: surface de référence en m²

V,

: vitesse en m/s
$C_z,$ = coefficient de portance (Nombre sans unité)

La portance verticale varie en fonction :

De la masse volumique du fluide, ici l'air est 10 fois moins importante que celle de l'eau (environ 999,95 kg/m³)
De la surface de l'aile, qui varie selon les modèles d'avions et les vitesses que l'on désire atteindre.
Du coefficient de portance qui lui dépend ;

                                       => De l'angle d'incidence ou angle d'attaque , la pente de portance qui définit l'aptitude de portance d'un corps et de l'allongement, la finesse d'une aile augmente en proportion avec l'allongement, l'allongement est calculé en fonction de la surface de l'aile et son envergure, donc un allongement élevé dénote des ailes longues et étroites tandis qu'un allongement faible indique des ailes larges et plus trapues.
                                          => De la cambrure de l'aile , la cambrure désigne le rapport entre la flèche et la corde,la corde est la droite qui joint le bord d'attaque, partie arrondie au début de l'aile, au borde de fuite,partie fine à l’arrière de l’aile.L'angle de flèche désigne l'angle formé entre le lieu des points situés au quart avant des corde de profil et le plan transversal de l'avion.
                                           => De l'effet du nombre de Mach,qui mesurant le rapport entre les forces liées au mouvement et la compressibilité du fluide et l'effet du nombre de Reynolds,représentant le rapport entre les forces d'inertie et les forces visqueuses.Par exemple, lorsqu'un avion vole en Mach 1, sa vitesse est gale a celle du son, et donc en Mach 2 , a 2 fois celle du sol.
                                         => De la proximité du sol, qui si elle est trop grande augmente la portance.

*La trainée est une autre de ses composantes:

Elle est généralement décomposé en trois grande parties:

-La trainé induite, par la portance
-La tainée parasite, qui se décompose:
         * Trainée de frottement.
         *Trainée de forme ou de pression         *Trainée d'interférence
-La trainée de compressibilité ou trainée d'onde

Ces trainées s'ajoutent pour former la trainée totale.

-> La Trainée induite:
     Elle est causée par tout ce que crée de la portance,elle est maximal a faible altitude et a basse vitesse ( pres de 50% de la trainée totale).Le principe de trainée induite a été crée par Ludwig Prandtl (1918) , il la decouverte grace au principe de Bernoulli dont il a étudié la surpression a l'intrados et la dépression a l'extrados ; l'air passe alors en contourant l'aile par l'intrados et l'extrados.Lorsqu'ils se rejoignent a l'autre bout de l'aile,leurs direction diverge, c'est la cause de la trainée induite.

Intrados: face inférieure d'une aile d'avion.
Extrados: face supérieure d'une aile d'avion.

->La trainée de frottement:
    Lorsqu'un fluide s'écoule sur un plan ; on constate au voisnage immédiat du plan , un ralentissement du fluide. L'épaisseur ou le fluide est ralentie, s'appelle la couche limite, elle varie de quelque millimètre en écoulement laminaire. Dans la couche limite, les molécules d'air sont ralenties, cela créer une perte d'énergie que l'énergie dévellopée par le moteur doit compenser.
Son expression est:

    V: vitesse en m/s
                                  L: longeur du corps ou corde du pridil en m
                                 v: visocsité cinématique du fluide (variable avec la température .)

Re: trainée de frottement. (sans unité)

Les autres trainées sont nombreuses, mais moins importante que celle que nous avons citées plus haut.

A toute ces forces on peut ajouter la poussée, meme si elle n'est pas "naturel".Cette pousée est le déplacement d'air que le moteur a brassé, dans le sens contraire du mouvement, pour favoriser une pousée vers l'avant.

Les forces de trainées multipliés par la vitesse donne la puissance totale du vol, on l'écrit ainsi:

P = R tot V , avec Rtot en newton, P la puissance en Watts, et V la vitesse La puissance résistante donc l'énergie dévellopée par unité de temps est en Watts et son expression est:

L'énergie liée a la portance est nulle, car la vitesse lui étant perpendiculaire, son travail est inexistant.
Le bilan des forces peut-etre résumée sur ce schéma: