Pression statique
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AERODYNAMIQUE ET MECANIQUE DU VOL Résistance de l’air Origine de la portance Centre de poussée Equilibre des forces en palier stabilisé Equilibre des forces en montée stabilisée Equilibre des forces en descente stabilisée QUELQUES RAPPELS NOTION DE FORCE: Toute cause capable de produire ou de modifier un mouvement ou l’équilibre d’un corps CARACTERISTIQUES: UNE INTENSITE: mesurée en newton (N) UNE DIRECTION UN POINT D’APPLICATION LES FORCES SONT DES GRANDEURS VECTORIELLES POINT D’APPLICATION INTENSITE DIRECTION CALCUL DE LA RESULTANTE DES FORCES R f1 f3 f2 LOI DES ACTIONS RECIPROQUES (NEWTON) LORSQU’UN CORPS A F EXERCE UNE FORCE SUR UN CORPS B, A B LE CORPS B EXERCE UNE FORCE DE REACTION – F SUR LE CORPS A NOTION D’ACCELERATION SI LA VITESSE D’UN POINT MATERIEL PASSE DE: V à V + Dv ENTRE L’INSTANT T ET dT SON ACCELERATION EST EGALE A: dV/dT L’UNITE D’ACCELERATION EST LE METRE SECONDE PAR SECONDE DONC LE m/S 2 TOUTE VARIATION DU VECTEUR VITESSE EN INTENSITE ET OU EN DIRECTION DETERMINE UNE ACCELERATION DÉFINITIONS RELATIVES À LA PRESSION • NB: L’unité légale de mesure de la pression est le Pascal (Pa). • 1°/ Corps au repos: la pression exercée par l’air immobile en chaque point de la surface d’un corps au repos en contact avec lui s’appelle pression statique (Ps); St. EX • 2°/ Corps en mouvement: En plus de la pression statique, l’air exerce en tout point de la surface du corps perpendiculaire au déplacement une pression appelée pression dynamique (Pd). Le savant Bernouilli a démontré que: Pd = ½ ρ V2 avec ρ = masse volumique de l’air en kg/m3 et V = vitesse en m/s. Rappel: la masse volumique de l’air est la masse représentée par un volume d’air de 1 m3. DÉFINITIONS RELATIVES À LA PRESSION • Cette vitesse V correspond à la vitesse de rapprochement entre les filets d’air et l’avion. Les aérodynamiciens la nomment vitesse du vent relatif et les pilotes vitesse air. Vitesse air St. EX Vit. du vent relatif • L’ULM en vol est donc soumis à une pression totale (Pt) appelée également pression d’impact (Pi) et qui correspond à la somme des pressions statique et dynamique. Pt = Ps + Pd • La pression totale sera mesurée à l’aide d’une sonde fixée sous l’aile ou contre le fuselage et qui consiste en un tube appelé tube de pitot pour les avions légers et antenne de Kollsman pour les autres. NOTION DE FORCE AÉRODYNAMIQUE • La force résultant de la pression dynamique sur une surface « S » perpendiculaire au déplacement vaut: F = Pd.S • Pour un avion en vol, la surface « S » correspond par exemple à: surface « S » équivalente à la surface offerte « de face » par l’avion en vol • Comme elle n’est pas perpendiculaire en tout point de par sa forme étudiée pour être la plus aérodynamique possible, on lui attribue un coefficient Ca appelé coefficient aérodynamique, exactement comme pour les automobiles et leur Cx. On aura donc: Fa = Pd.S.Ca = ½ ρ V2.S.Ca 1 – RAPPEL DE NOTIONS ELEMENTAIRES Le vent relatif : Le vent relatif est le mouvement relatif de l'air par rapport à un objet en déplacement. il est toujours parallèle et de sens opposé à la trajectoire de l’objet. Vent Relatif Résistance de l ’air R.F.A PORTANCE Rz Vent relatif TRAINEE Rx Angle d’incidence Vent Relatif Résistance = 100 % Bernoulli Vent Relatif Résistance =1050%% LE THEOREME DE BERNOULLI – 1/3 Le principe qui nous intéresse … … Lorsque la vitesse d’un fluide incompressible augmente, sa pression statique diminue… Ce qu’il faut comprendre … Exemple du tuyau d’arrosage LE THEOREME DE BERNOULLI – 2/3 A) Relation vitesse/pression. La pression totale d’un fluide incompressible est constante. Pt = Pd + Ps = constante B) Relation Vitesse/section Le produit de la vitesse d’écoulement par la section est constant. Section (S) x vitesse (V) = débit = constante APPLICATION A L’AILE D’AVION Angle d’incidence Rz RFA Centre de poussée Dépressions = 2/3 de RFA Rx Vent relatif Surpressions = 1/3 de RFA L’ ÉCOULEMENT DE L’AIR La soufflerie permet l'étude des filets d'air (suite de particules d'air ayant la même trajectoire) autour d’une maquette. Le déplacement de l'air est appelé "écoulement" de l'air autour de la maquette On distingue 3 types d'écoulements : Ecoulement laminaire : Les particules d'air ont des trajectoires rectilignes et parallèles entre elles (écoulement idéal sur le profil avec traînée minimum) Ecoulement turbulent : Les particules ont des trajectoires pratiquement parallèles entre elles mais non rectilignes (la finesse de l'appareil se dégrade) Ecoulement tourbillonnaire : L'ensemble est très désordonné, certaines particules peuvent remonter le courant principal et former des tourbillons (à éviter autant que possible mais inévitable dans certains cas !) L’ ÉCOULEMENT DE L’AIR Écoulement turbulent Écoulement laminaire Écoulement tourbillonnaire Exemple de visualisation de l’écoulement d’air sur la DS 19 Différentes formes de profil Profil creux Profil plat Profil biconvexe dissymétrique Profil à double courbure Profil biconvexe symétrique Les forces en présence 1 force de gravitation : Le poids (P) qui est le produit de la masse d’un corps (M) par l’accélération de la pesanteur (g : 9,81 m/s/s en France) 1 force aérodynamique : La résultante des forces aérodynamique (RFA) décomposée en 2 vecteurs : La portance (Rz) définie par la formule : 1/2 r S V² Cz La traînée (Rx) définie par la formule : 1/2 r S V² Cx 1 force motrice : La traction ou propulsion du GMP (T) Equilibre des forces en palier stabilisée PORTANCE (Rz) TRACTION (T) TRAINEE (Rx) POIDS (Mg) Equilibre des forces en montée stabilisée Poids (Mg) Equilibre des forces en descente stabilisée PRESSION STATIQUE Pression atmosphérique Pression statique Pression atmosphérique Pa = Ps PRESSION STATIQUE Fluide au repos Pression atmosphérique Pression statique PRESSION STATIQUE Pression atmosphérique Pression statique Pression atmosphérique Pression atmosphérique Pression statique PRESSION DYNAMIQUE C’est la pression due au mouvement du fluide. Elle exprime l’énergie cinétique d’une masse en mouvement. Concernant l’air, la pression dynamique se calcule par la formule : Ec = ½ r V² PRESSION DYNAMIQUE Pression dynamique A B PRESSION TOTALE Pression atmosphérique Pression totale h C’est la somme des pressions statique et dynamique : Pt = ½ ρ V² + Ps LE THEOREME DE BERNOULLI – 3/3 La vitesse en S2 est supérieure à la vitesse en S1 pour respecter l’équation de continuité : S1 x V1 = S2 x V2 = débit Si la vitesse augmente en S2, la pression dynamique augmente proportionnellement. La pression statique doit diminuer pour que la pression totale reste constante. Débit S2 S1
