Les profils aérodynamiques Chapitre Les profils aérodynamiques

3.1) Géométrie - Ligne de cambrure moyenne: points sont situés à mi-distance entre l’extrados et l’intrados telle que mesurée perpendiculairement à cette même ligne. Ligne de corde: ligne rejoignant le bord d’attaque avec le bord de fuite. Cambrure maximum: la distance maximale entre la ligne de cambrure moyenne et la ligne de corde - Épaisseur t = f(x)

3.2) Forces exercées par le fluide : portance + traînée Pression, contraintes de cisaillement et force totale sur un profil aérodynamique

Distribution de la vitesse sur les deux cotés du profil

Distribution type de la pression

Distribution du coefficient de pression cp

Force normale, portance et trainée

La composante normale à la corde de la force de pression

3.3) Coefficients aérodynamiques (suite de la démo au tableau !!) 3.3) Coefficients aérodynamiques Il est d’usage de prendre le calcul des moments par rapport au point sur la corde à la distance c/4 du bord d’attaque .

S : projection du profil sur le plan horizontal (S=c x b)

3.4) Données expérimentales Coefficients aérodynamiques d’un profil symétrique en fonction de l’angle d’attaque

Coefficients aérodynamiques d’un profil cambré en fonction de l’angle d’attaque

Coefficient de moment Centre de poussée: point où la force résultante passe, c.a.d les effets mecaniques générés par les forces distribuées sont exactement reproduits par la force résultante appliquée au centre de poussée. C’est donc le point où le moment est nul. Cependant, le centre de poussée est rarement utilisé en pratique puisqu’il bouge avec l’angle d’attaque. Centre aérodynamique: point par rapport auquel le moment des forces de pression est indépendant de l’angle d’attaque. En subsonique, ce point est proche du c/4.

Variation du coefficient de moment pour un profil cambré pour trois choix de centre de référence * Centre aérodynamique: point par rapport auquel le moment ne varie pas avec l’angle d’attaque. Pour les profils subsoniques ce point est très proche du point au quart de la corde.

Des profils typiques

Un profil laminaire

Coefficients aérodynamiques pour deux nombres de Reynolds 3.5) Effet du nombre de Reynolds Coefficients aérodynamiques pour deux nombres de Reynolds

3.6) Effets de la compressibilité

Cône de MACH

- Le nombre de Mach sur l’extrados dépasse M Plus le profil est épais plus Mcr décroit. On a une relation théorique qui donne Mcr pour un profil subsonique pour un angle d’attaque donné et connaissant la distribution de son cp

La pression croit et la vitesse décroît rapidement à travers le choc. Les chocs sont des phénomènes dissipatifs ce qui augmente la traînée (traînée d’onde). L’augmentation rapide de la pression peut causer la séparation de l’écoulement. L’accroissement rapide de la traînée est due à un effet combiné de la séparation et des ondes de chocs.

3.7) Coefficients de portance et de traînée Correction de Prandtl-Glauert: Traînée: Pour des nombres de Mach inférieurs à celui de la divergence, la traînée d’onde est négligeable.

3.7) Considérations de design Choisir le profil qui donne le meilleur rapport

L’aéronef doit être conçu pour effectuer sa mission de design proche du coefficient de portance optimal ( maximiser l’efficacité aérodynamique). En première approximation, on peut supposer le coefficient de portance de l’aile CL égal à celui du profil. En vol de croisière, on a : W = L = q S CL avec S la surface de l’aile =q S CL d’où

Décrochage : Les caractéristiques au décrochage sont importantes pour le choix du profil. Certains profils exhibent une réduction graduelle de la portance durant le décrochage, alors que d’autres présentent une variation très rapide de cl accompagnée d’un changement rapide du coefficient du moment. Profil épais : Bord d’attaque rond et t/c > 14 %; le décrochage se produit au bord de fuite. Vers 10o, la couche limite se sépare. La chute du cl est graduelle, cm varie très peu. Profil mince : 6 % < t/c < 14 %. Décroche à partir du bord d’attaque. Profil très mince : l’écoulement se sépare à partir du bord d’attaque. La «bulle» se propage sur tout le profil à mesure que l’angle augmente le cl varie graduellement mais cm varie rapidement.

- Effets de l’épaisseur :

Les concepteurs d’avions transsoniques cherchent à augmenter Effets de la compressibilité : Les concepteurs d’avions transsoniques cherchent à augmenter la vitesse et donc s’approcher de Mach = 1 tout en minimisant la traînée d’onde. Des possibilités s’offrent: - choisir un profil mince - choisir un profil supercritique (ex. NACA 65-xxx :extrados plat sur une bonne partie de la corde, profil développé originalement par R. Whitcomb dans les années 60). - utiliser une flèche: pour une épaisseur donnée, permet une plus grande vitesse. Et pour une vitesse donnée, l’épaisseur peut être augmentée ce qui est pratique pour les réservoirs de fuel)