Résultante aérodynamique : La force résultante due aux interactions entre l'air et le corps en mouvement, qui résulte de la somme des forces aérodynamiques exercées sur l'objet.
Portance (Fz) : Force aérodynamique perpendiculaire à la direction du flux d'air, qui soutient l'avion en vol. Elle peut s'exprimer par la formule :
où ρ est la densité de l'air, V la vitesse, S la surface de référence, et Cz le coefficient de portance.
Traînée (Fx) : Force aérodynamique antiparallèle à la direction du mouvement, qui s'oppose à la progression de l'avion.
Finesse aérodynamique : Rapport entre la portance et la traînée, indiquant l'efficacité de l'aérodynamisme d'une configuration ou d'un profil.
Coefficient de portance (Cz) : Quantité sans dimension qui caractérise la capacité d’un profil ou d’une surface à générer de la portance, en fonction des conditions d’écoulement.
Coefficient de traînée (Cx) : Quantité sans dimension qui caractérise la résistance aérodynamique d’un corps, en fonction des conditions d’écoulement.
La résultante aérodynamique est la force résultante due aux interactions entre l'air et le corps en mouvement. Elle résulte de la somme des forces exercées par l'air sur l'objet, en tenant compte notamment de la portance et de la traînée. La portance est une force perpendiculaire à la vitesse de l'air, essentielle pour maintenir l'altitude de l'avion, et s'exprime par la formule :
. La compréhension de cette relation permet d'analyser comment la portance varie avec la vitesse, la densité de l'air, la surface de référence et le coefficient de portance.
Les forces aérodynamiques fondamentales, notamment la portance et la traînée, résultent des interactions entre l'air et le corps en mouvement. Leur compréhension est essentielle pour analyser le comportement de l'avion en vol.
Principe fondamental de la dynamique (PFD) : La somme des forces extérieures agissant sur un corps est égale à la masse du corps multipliée par l’accélération de son centre de gravité.
Bilan des forces et moments : La détermination des forces extérieures (portance, poids, poussée, traînée) et des moments qui agissent sur l’avion, permettant d’analyser son mouvement et son équilibre.
Accélération du centre de gravité : La variation de la vitesse du centre de gravité de l’avion, résultant de la somme des forces extérieures selon le principe fondamental de la dynamique.
Projection du PFD selon axes Xa et Za : La décomposition des forces et accélérations selon les axes horizontaux (Xa) et verticaux (Za), facilitant la modélisation du mouvement en vol.
Vol en palier : Configuration de vol où la portance équilibre le poids, et la poussée équilibre la traînée, permettant un déplacement rectiligne et stable.
Le principe fondamental de la dynamique (PFD) s’exprime par la somme des forces extérieures qui doit être égale à la masse de l’avion multipliée par l’accélération du centre de gravité. En vol en palier, la portance équilibre le poids, assurant la stabilité verticale, tandis que la poussée équilibre la traînée, garantissant un vol rectiligne et stable. Analyser les forces et leurs projections selon les axes Xa et Za permet de modéliser précisément le mouvement de l’avion et ses conditions d’équilibre.
L’analyse des forces et de leurs projections est essentielle pour modéliser le mouvement de l’avion et assurer ses conditions d’équilibre en vol, notamment en vol en palier.
Commandes de vol primaires : Contrôlent directement l’attitude instantanée de l’avion en braquant les gouvernes principales, permettant de modifier rapidement sa trajectoire. Elles agissent sur les gouvernes de profondeur, de direction et de gauchissement.
Commandes de vol secondaires : Contrôles additionnels ou complémentaires qui influencent la stabilité ou la performance de l’avion, mais ne modifient pas directement l’attitude instantanée.
Gouverne de gauchissement (aileron) : Gouverne située généralement sur l’aile, permettant de faire pencher l’avion autour de son axe longitudinal en contrôlant la rotation de roulis.
Gouverne de direction (dérive) : Gouverne située verticalement, contrôlant la rotation de lacet en faisant tourner l’avion autour de son axe vertical.
Gouverne de profondeur (empennage horizontal) : Gouverne située sur l’empennage horizontal, permettant de faire monter ou descendre l’avion en contrôlant la rotation de tangage.
Aérofreins : Dispositifs augmentant la traînée aérodynamique sans réduire la portance, utilisés pour ralentir rapidement l’avion ou pour ajuster sa vitesse en vol.
Les commandes de vol primaires contrôlent directement l’attitude de l’avion via le braquage des gouvernes principales. Elles permettent une réaction immédiate aux commandes du pilote, en modifiant l’orientation de l’appareil. Les gouvernes de gauchissement, de direction et de profondeur jouent chacune un rôle spécifique dans la manipulation de l’avion : respectivement pour le roulis, le lacet et le tangage.
Les aérofreins sont des dispositifs qui augmentent la traînée sans affecter la portance, permettant de réduire rapidement la vitesse de l’avion. Ils sont essentiels pour ajuster la vitesse en vol ou lors de la phase de descente ou d’atterrissage.
La maîtrise des commandes de vol, qu’elles soient primaires ou secondaires, est essentielle pour contrôler l’attitude et la trajectoire de l’avion en réponse aux forces aérodynamiques. Les aérofreins offrent une capacité supplémentaire pour ajuster rapidement la vitesse sans compromettre la portance.
Aile basse en flèche : Configuration d’aile dont la ligne de corde principale est inclinée vers l’arrière, avec le bord d’attaque en position basse par rapport au fuselage. Elle permet de réduire la traînée induite à haute vitesse et d’améliorer la stabilité en vol.
Empennage cruciforme : Configuration où les surfaces de contrôle horizontales et verticales sont disposées de manière à former une croix, généralement avec la gouverne de direction sur la dérive verticale et les stabilisateurs horizontaux perpendiculaires à l’axe longitudinal.
Empennage en T : Configuration où la gouverne de direction est placée à l’extrémité supérieure d’une dérive verticale, formant un T, permettant une meilleure efficacité de contrôle à haute vitesse et une réduction de la surface frontale.
Canards : Petites surfaces horizontales situées à l’avant de l’avion, en avant du fuselage principal, destinées à améliorer la stabilité, la portance et la contrôle en vol.
Élevons : Surfaces de contrôle situées sur la partie arrière de l’aile ou de la voilure principale, permettant de contrôler le tangage de l’avion.
Intégration moteur arrière : Configuration où les moteurs sont placés à l’arrière de l’avion, souvent intégrés dans la structure du fuselage ou sur la dérive, pour réduire la traînée frontale et améliorer la stabilité.
La configuration générale de l'avion influence ses caractéristiques aérodynamiques et ses performances. Par exemple, une aile basse en flèche est adaptée pour réduire la traînée à haute vitesse, ce qui est favorable pour les avions de ligne ou de chasse rapides. Les empennages cruciforme et en T offrent différentes options pour optimiser la stabilité et la maniabilité selon la mission de l’appareil : l’empennage cruciforme étant souvent utilisé pour une bonne stabilité générale, tandis que l’empennage en T facilite la visibilité et la conception des surfaces de contrôle à haute vitesse. Les canards améliorent la stabilité et la portance frontale, notamment en vol lent ou lors de manœuvres. Les élevons permettent un contrôle précis du tangage, essentiel pour la stabilité en vol. Enfin, l’intégration moteur arrière contribue à réduire la traînée, améliorer la stabilité longitudinale et optimiser la conception aérodynamique de l’avion.
La configuration structurelle de l’avion, notamment le type d’empennage, la position des moteurs et la forme des ailes, conditionne ses capacités aérodynamiques et son comportement en vol, en adaptant ses performances aux missions spécifiques.
Vitesse vraie (TAS) : La vitesse vraie, ou True Airspeed, correspond à la vitesse de l’avion par rapport à la masse d’air environnante. Elle est essentielle pour évaluer la performance réelle de l’appareil dans son environnement aérodynamique.
Vitesse conventionnelle (CAS) : La vitesse conventionnelle, ou Calibrated Airspeed, est la vitesse indiquée par l’anémomètre corrigée des erreurs instrumentales et des conditions standard. Elle sert de référence pour la navigation et la performance.
Angle d’incidence (α) : L’angle d’incidence est l’angle entre la corde de l’aile et la direction du vent relatif ou de la trajectoire de l’air par rapport à l’aile. Il influence la portance et la traînée.
Angle de roulis (Φ) : L’angle de roulis désigne la rotation de l’avion autour de son axe longitudinal, permettant de changer l’orientation latérale de l’appareil dans l’espace.
Angle de dérapage (β) : L’angle de dérapage est l’angle entre la trajectoire réelle de l’avion et sa direction de cap, reflétant une déviation latérale due à une dérive ou à une manœuvre.
Angle d’assiette (θ) : L’angle d’assiette est l’angle entre l’axe longitudinal de l’avion et l’horizontale. Il détermine la position de l’avion en altitude et influence la portance.
La vitesse vraie (TAS) est la vitesse par rapport à la masse d’air, essentielle pour connaître la performance réelle de l’avion dans son environnement aérodynamique. La vitesse conventionnelle (CAS), corrigée pour conditions standard, sert de référence pour la navigation et la performance.
Les angles d’incidence, d’assiette, de roulis et de dérapage définissent l’orientation de l’avion dans l’espace. L’incidence (α) influence la portance et la traînée, tandis que l’assiette (θ) détermine la position de l’avion en altitude. Le roulis (Φ) modifie l’orientation latérale, et le dérapage (β) indique la déviation de la trajectoire par rapport au cap, impactant la stabilité et la manœuvrabilité.
Comprendre les différentes vitesses et angles est crucial pour interpréter le comportement dynamique et la stabilité de l’avion. Ces paramètres permettent d’évaluer la performance, la manœuvrabilité et la sécurité en vol.
Atmosphère standard (ISA) : Modèle de référence de l'atmosphère terrestre où la température, la pression et la densité évoluent selon des valeurs fixes et standardisées en fonction de l'altitude. Elle sert de référence pour le calcul des performances aéronautiques.
Décroissance linéaire de température : Variation de la température dans l'atmosphère standard où celle-ci diminue de façon régulière de -6,5°C par 1000 mètres d'altitude, jusqu'à 11 000 mètres. Au-delà, la température reste constante ou évolue selon d'autres lois.
Équilibre hydrostatique (Laplace) : Équilibre entre la force de gravité qui tend à faire descendre l'air et la force de pression qui tend à le faire monter, ce qui permet de déterminer la variation de pression avec l'altitude dans l'atmosphère.
Loi des gaz parfaits : Relation mathématique liant la pression, la température et la densité d’un gaz idéal, utilisée pour décrire l’atmosphère dans le modèle ISA.
Altitude pression (ZPS) : Altitude à laquelle la pression atmosphérique atteint une valeur donnée. Elle est utilisée pour caractériser la variation de pression avec l’altitude dans l’atmosphère standard.
Écart ΔISA : Différence entre la pression, la température ou d’autres paramètres atmosphériques réels et ceux de l’atmosphère standard (ISA). Il permet d’évaluer la déviation par rapport au modèle standard.
Dans l'atmosphère standard (ISA), la température décroît linéairement de -6,5°C par 1000 mètres jusqu'à 11 000 mètres d'altitude. Au-delà de cette altitude, la pression diminue selon une loi exponentielle définie par l'OACI, ce qui signifie que la pression ne décroît pas de façon linéaire mais selon une courbe exponentielle. La pression atmosphérique évolue donc différemment selon l'altitude, d'abord de manière linéaire pour la température, puis selon une loi exponentielle pour la pression. L'atmosphère réelle peut différer de cette norme, nécessitant l'utilisation de modèles non-standards pour des calculs précis, notamment en fonction des conditions météorologiques locales ou saisonnières.
La connaissance précise de l'évolution de la température et de la pression en fonction de l'altitude, selon l'atmosphère standard ou les modèles non-standards, est essentielle pour le calcul des performances aéronautiques et la navigation.
Nombre de Mach (M) :
Le nombre de Mach est le rapport entre la vitesse de l'avion (V) et la vitesse locale du son (a). Il dépend de la température statique de l'air, car la vitesse du son varie avec la température. AUTEUR (date) : « Le nombre de Mach est le rapport entre la vitesse de l'avion et la vitesse locale du son, dépendant de la température statique. »
Vitesse du son (a) :
La vitesse du son est la vitesse à laquelle une onde acoustique se propage dans l'air à une température donnée. Elle varie en fonction de la température statique de l'air.
Vitesse indiquée (IAS) :
La vitesse indiquée (Indicated Airspeed) est la vitesse mesurée directement par l'instrument de l'avion. Elle doit être corrigée pour obtenir la vitesse conventionnelle (CAS).
Vitesse vraie (TAS) : voir section 5 La vitesse vraie (True Airspeed) est la vitesse réelle de l'avion par rapport à la masse d'air, essentielle pour la navigation.
Vitesse conventionnelle (CAS) : voir section 5 La vitesse conventionnelle (Calibrated Airspeed) est la vitesse indiquée corrigée des erreurs instrumentales pour représenter la vitesse réelle de l'air relative à l'avion.
Relation entre Mach et vitesse :
Le nombre de Mach relie la vitesse de l'avion à la vitesse locale du son, en tenant compte de la température de l'air, ce qui permet de situer l'avion dans les régimes subsonique, transsonique ou supersonique.
Le nombre de Mach est défini comme le rapport entre la vitesse de l'avion (V) et la vitesse locale du son (a). Il dépend de la température statique, car la vitesse du son varie avec la température de l'air. La vitesse indiquée (IAS) est la vitesse mesurée par l'instrument, mais elle doit être corrigée pour obtenir la vitesse conventionnelle (CAS). La vitesse vraie (TAS) correspond à la vitesse réelle de l'avion par rapport à la masse d'air, ce qui est crucial pour la navigation. La relation entre Mach et vitesse permet de situer l'avion dans différents régimes de vol en fonction de la vitesse par rapport à la vitesse du son, elle-même liée à la température de l'air.
Le concept de Mach relie la vitesse de l'avion aux propriétés physiques de l'air, notamment la température, ce qui est essentiel pour comprendre les régimes de vol supersoniques et transsoniques.
| Thème | Notions clés | Formules / Concepts | Auteur / Référence |
|---|---|---|---|
| Aérodynamique et forces | Résultante aérodynamique, portance (Fz), traînée (Fx), finesse aérodynamique, coefficients (Cz, Cx) | — | |
| Mécanique du vol | Principe fondamental de la dynamique (PFD), forces et moments, projection selon axes Xa et Za, vol en palier | Somme des forces = masse x accélération | — |
| Commandes de vol | Commandes primaires (gouvernes), secondaires, gouverne de gauchissement, direction, profondeur, aérofreins | Contrôle direct de l’attitude et vitesse | — |
| Configuration de l'avion | Aile en flèche, empennage cruciforme/en T, canards, intégration moteur arrière | Influence sur stabilité et performance | — |
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1. À quelle figure emblématique de l'aérodynamique est généralement attribuée la formulation de la relation de la portance exprimée par $Fz = rac{1}{2} ho V^2 S Cz$ ?
2. Quel est le nom de la figure emblématique à laquelle est généralement attribuée la formulation de la relation de la portance exprimée par $Fz = rac{1}{2} ho V^2 S C_z$ ?
Mémorisez les concepts clés de Principes fondamentaux de l'aérodynamique et du vol avec 9 flashcards interactives.
Résultante aérodynamique — définition ?
Force résultante due à l'air sur un corps en mouvement.
Résultante aérodynamique — définition?
Force due aux interactions air-corps en mouvement.
Portance — rôle ?
Soutient l'avion en vol, perpendiculaire au flux d'air.
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