MECANIQUE DU VOL DOMAINE DE VOL - vvmn.free. · PDF filemecanique du vol & domaine de vol...

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  • MECANIQUE DU VOL &

    DOMAINE DE VOL

    VOL A VOILE MONTAGNE NOIRE - COURS THEORIQUES SAISON 2018 1

  • MECANIQUE DU VOL & DOMAINE DE VOL DUN PLANEUR INTRODUCTION

    VOL A VOILE MONTAGNE NOIRE 2018 - MECANIQUE DU VOL & DOMAINE DE VOL 2

    Cette prsentation contient des lments simplifis de mcanique du vol et de dfinition dun domaine de vol appliques au vol voile. Ce sont des sujets complexes, souvent mconnus des pilotes. Lobjectif est de vous faire mieux comprendre certains aspects de la physique du vol ainsi que lorigine des limitations prsentes dans les manuels de vol. Nous ne pouvons pas aborder tous les aspects lors de cette prsentation, qui a surtout pour but dinformer et de susciter la rflexion; il existe nanmoins beaucoup de publications sur ces sujets. Il existe de nombreuses publications bien plus prcises ce sujet pour vous permettre dapprofondir vos connaissances; ces publications (lorsquelles sont libres de droit) seront mises votre disposition dans la rubrique pdagogie du site de VVMN en complment de cette prsentation. Les domaines abords lors de cette prsentation ont t simplifis afin dtre accessibles au plus grand nombre; nanmoins, certaines dmonstrations sont trs calculatoires et sont signales par le logo piste rouge ; elles ne sont pas ncessaires pour la comprhension globale, la conclusion tant largement suffisante pour suivre la prsentation.

  • MECANIQUE DU VOL & DOMAINE DE VOL DUN PLANEUR NOTATIONS UTILISEES DANS LA PRESENTATION

    VOL A VOILE MONTAGNE NOIRE 2018 - MECANIQUE DU VOL & DOMAINE DE VOL 3

    Notation Signification

    V Vitesse (km/h ou m/s)

    S Surface (m)

    p Pression (Pa)

    Masse volumique de lair (kg/m3)

    m Masse (kg)

    g Acclration de la pesanteur (=9.81m/s)

    n Facteur de charge (sans unit)

    f Finesse (sans unit)

    fmax Finesse max (sans unit)

    Notations de base:

  • MECANIQUE DU VOL & DOMAINE DE VOL DUN PLANEUR NOTATIONS UTILISEES DANS LA PRESENTATION

    VOL A VOILE MONTAGNE NOIRE 2018 - MECANIQUE DU VOL & DOMAINE DE VOL 4

    Notation Signification

    (alpha) Incidence

    (Theta) Assiette

    (Gamma) Pente (angle entre la trajectoire et lhorizontale)

    (Phi) Inclinaison

    (Beta) Drapage

    Notations des angles (en )

  • MECANIQUE DU VOL & DOMAINE DE VOL DUN PLANEUR NOTATIONS UTILISEES DANS LA PRESENTATION

    VOL A VOILE MONTAGNE NOIRE 2018 - MECANIQUE DU VOL & DOMAINE DE VOL 5

    Notation Signification

    Cx Coefficient de traine (sans unit)

    Rx Force de traine

    Cz Coefficient de portance (sans unit)

    Rz Force de portance

    Ra Rsultante arodynamique

    P Poids

    Pa Poids apparent (en virage)

    FD Force dviatrice (en virage)

    FC Force centrifuge (en virage)

    Forces (exprimes en Newton) et coefficients arodynamiques

  • MECANIQUE DU VOL & DOMAINE DE VOL DUN PLANEUR NOTATIONS UTILISEES DANS LA PRESENTATION

    VOL A VOILE MONTAGNE NOIRE 2018 - MECANIQUE DU VOL & DOMAINE DE VOL 6

    Notation Signification

    V Vitesse absolue

    Vz Taux de chute

    Vx Composante horizontale de la vitesse

    VS Vitesse de dcrochage

    VS1g Vitesse de dcrochage sous facteur de charge de 1g

    VSn Vitesse de dcrochage sous facteur de charge n

    Vitesses (en m/s)

  • 1 Arodynamique a/Portance & traine b/Polaire dun profil c/Polaire de vitesse dun planeur

    2 Effets primaires des gouvernes

    3 Vol longitudinal a/ Vol longitudinal stabilis b/ Relation assiette/vitesse/trajectoire c/ Les arofreins

    4 Vol en virage a/ Mise en virage b/ Vol en virage stabilis

    5 Symtrie & volutions autour de laxe de lacet

    VOL A VOILE MONTAGNE NOIRE 2018 - MECANIQUE DU VOL & DOMAINE DE VOL 7

    MECANIQUE DU VOL DUN PLANEUR PLAN

  • MECANIQUE DU VOL 1 Arodynamique: portance & trane

    VOL A VOILE MONTAGNE NOIRE 2018 - MECANIQUE DU VOL & DOMAINE DE VOL 8

    Hypothse: lair est incompressible en-dessous de Mach 0.5 ( moins que VVMN nachte une navette spatiale, cest une hypothse plutt raliste!)

    Conservation du dbit de lcoulement entre A et B

    SI LA SECTION AUGMENTE, LA VITESSE DIMINUE

    BBAA SvSv ..

  • MECANIQUE DU VOL 1 Arodynamique

    a/ Portance & traine

    VOL A VOILE MONTAGNE NOIRE 2018 - MECANIQUE DU VOL & DOMAINE DE VOL 9

    Conservation de lnergie de lcoulement entre A et B THEOREME DE BERNOULLI:

    pvpv BA 22

    .2

    1.

    2

    1

    Pression dynamique Pression statique

    SI LA VITESSE AUGMENTE, LA PRESSION DIMINUE

    Hypothse: lair est incompressible en-dessous de Mach 0.5

  • MECANIQUE DU VOL 1 Arodynamique

    a/ Portance & traine

    VOL A VOILE MONTAGNE NOIRE 2018 - MECANIQUE DU VOL & DOMAINE DE VOL 10

    A et B, situes en amont de laile un instant donn, atteindront la partie aval (A et B) en mme temps (conservation du dbit) A parcourt un chemin plus long pour aller A que B pour aller B

    Lcoulement lintrados ralentit & lcoulement lextrados acclre

    SURPRESSION A LINTRADOS & DEPRESSION A LEXTRADOS

    PORTANCE

    Vent relatif A

    B

    A

    B

  • MECANIQUE DU VOL 1 Arodynamique

    a/ Portance & trane

    VOL A VOILE MONTAGNE NOIRE 2018 - MECANIQUE DU VOL & DOMAINE DE VOL 11

    Dpression lextrados = 70% de la portance

    Surpression lintrados = 30% de la portance

    PORTANCE

  • MECANIQUE DU VOL 1 Arodynamique

    a/ Portance & trane

    VOL A VOILE MONTAGNE NOIRE 2018 - MECANIQUE DU VOL & DOMAINE DE VOL 12

    TRAINEE GLOBALE = TRAINEE DE FROTTEMENT + TRAINEE DE FORME + TRAINEE INDUITE

    Trane de frottement : - Gradient de vitesse & viscosit de lair frottement entre les couches dair - Phnomne concentr dans la couche limite. - Dissipation dnergie + importante dans la zone turbulente quand dans la zone laminaire - Cette traine peut tre provoque volontairement (turbulateurs) car une couche limite turbulente rsiste mieux aux dcollements

    Laminaire Turbulent

    La trane de frottement reprsente lessentiel de la trane globale sur un profil mince

  • MECANIQUE DU VOL 1 Arodynamique

    a/ Portance & trane

    VOL A VOILE MONTAGNE NOIRE 2018 - MECANIQUE DU VOL & DOMAINE DE VOL 13

    TRAINEE GLOBALE = TRAINEE DE FROTTEMENT + TRAINEE DE FORME + TRAINEE INDUITE

    Trane de forme : Rsistance lcoulement, dpendant de la forme. Sur une aile de planeur, elle est ngligeable tant que lcoulement nest pas dcoll.

    Trane induite par la portance (10% de la traine globale): Dissipation dnergie gnre en bout daile (quilibrage des pressions entre lintrados et lextrados) importance de la forme du bout daile pour minimiser cet effet de bord (winglets)

    Autre source de trane: trane dinterfrence (jonction aile/fuselage, par exemple)

  • VOL A VOILE MONTAGNE NOIRE 2018 - MECANIQUE DU VOL & DOMAINE DE VOL 14

    Corde de profil

    Angle dincidence

    Centre de pousse

    Rsultante arodynamique

    NE PAS CONFONDRE: - Centre de pousse = point dapplication de la rsultante arodynamique

    (sa position varie en fonction de lincidence!) - Foyer arodynamique = point dapplication des variations de portance.

    Il est fixe et se situe peu prs 25% de la corde.

    Portance

    Traine

    MECANIQUE DU VOL 1 Arodynamique

    a/ Portance & trane

  • MECANIQUE DU VOL 1 Arodynamique b/ Polaire dun profil

    VOL A VOILE MONTAGNE NOIRE 2018 - MECANIQUE DU VOL & DOMAINE DE VOL 15

    Coefficients caractristiques:

    Coefficient de traine: =

    1

    2

    Coefficient de portance: =

    1

    2

    = masse volumique du fluide = surface de rfrence (projection) V = vitesse de lcoulement et = respectivement forces de traine et de portance

    Les coefficients adimensionns et caractrisent les capacits arodynamiques de laile et permettent dexprimer les forces de portance et de trane avec un nombre rduit de paramtres. Ces coefficients sont reprsents sous forme de courbes caractristiques appeles polaires . Ces courbes sont obtenues de manire exprimentale (essais en vol, soufflerie) ou, pendant la phase de conception, par calcul (CFD).

  • MECANIQUE DU VOL 1 Arodynamique b/ Polaire dun profil

    VOL A VOILE MONTAGNE NOIRE 2018 - MECANIQUE DU VOL & DOMAINE DE VOL 16

    Cz = f() Cz = f(Cx)

    Le Cz peut tre reprsent en fonction de lincidence; une fois dtermin, il permet de dterminer le Cx au moyen de la polaire de traine.

  • MECANIQUE DU VOL 1 Arodynamique b/ Polaire dun profil

    17

    Polaire de portance:

    Incidence ()

    Cz

    Cz max dcrochage

    NOTE: Les volets de courbure translatent la polaire verticalement; lincidence de dcrochage reste la mme mais le Czmax change (donc la vitesse de dcrochage aussi).

  • MECANIQUE DU VOL 1 Arodynamique b/ Polaire dun profil

    18

    Polaire de traine (reprsentation dite dEiffel ): Cz max

    VOL A VOILE MONTAGNE NOIRE 2018 - MECANIQUE DU VOL & DOMAINE DE VOL

  • MECANIQUE DU VOL 1 Arodynamique b/ Polaire dun profil

    19

    Essais en soufflerie variations dincidence:

    VOL A VOILE MONTAGNE NOIRE 2018 - MECANIQUE DU VOL & DOMAINE DE VOL

  • MECANIQUE DU VOL 1 Arodynamique

    c/ Polaire de vitesses du planeur

    20

    Tous les vlivoles connaissent cette polaire; beaucoup dentre eux croient tort que la polaire du manuel de vol reprsente de manire stricte le planeur se lequel ils volent en club. Elle est toutefois uti