Comment les ailes génèrent-elles de la portance?

Pour aller au fond des choses, il peut être utile de regarder en élévation au niveau moléculaire:

Chaque molécule dair est dans un équilibre dynamique entre les effets inertiels, de pression et visqueux:

• Inertie signifie que la masse de la particule veut voyagez comme avant et a besoin de force pour être convaincu du contraire.
• La pression signifie que les particules dair oscillent tout le temps et rebondissent sur dautres particules dair. Plus ils rebondissent, plus ils exercent de force sur leur environnement.
• La viscosité signifie que les molécules dair, à cause de cette oscillation, ont tendance à prendre la vitesse et la direction de leurs voisins.

Flux sur le dessus de laile

Passons maintenant au flux dair: lorsquune aile sapproche à une vitesse subsonique, la zone de basse pression au-dessus de sa surface supérieure aspire de lair devant elle. Voyez les choses de cette façon: au-dessus et en aval dun paquet dair, nous avons moins de rebondissements de molécules (= moins de pression), et maintenant le rebond non diminué de lair en dessous et en amont de ce paquet poussera ses molécules dair vers le haut et vers cette aile. Le paquet dair montera et accélérera vers laile et sera aspiré dans cette zone de basse pression. En raison de laccélération, le paquet sera étiré dans le sens de la longueur et sa pression chutera en fonction de sa vitesse de prise de vue. La propagation se produit dans le sens du flux – le paquet est déformé et étiré dans le sens de la longueur, mais se contracte dans le sens orthogonal au flux. Cette contraction est nécessaire pour faire de la place pour cette aile; dans le flux supersonique il ralentira dans le même but. Une fois là-bas, il  » verra  » que laile en dessous séloigne de sa trajectoire, et si cette trajectoire resterait inchangée , un vide se formerait entre laile et notre paquet dair. À contrecœur, le paquet changera de cap et suivra le contour de laile. Cela nécessite une pression encore plus faible, pour que les molécules changent de direction. Cet air à basse pression à écoulement rapide aspirera à son tour de lair neuf devant et en dessous. , continuera à décélérer et à retrouver son ancienne pression sur la moitié arrière de laile, et sécoulera avec sa nouvelle direction découlement.

Notez que la portance ne peut se produire que si le contour supérieur de laile va pente vers le bas et loin de la trajectoire initiale de lair circulant autour du bord dattaque de laile. Cela peut être le carrossage ou langle dattaque – les deux auront le même effet. Le carrossage permettant un changement progressif du contour, il est plus efficace que langle dattaque.

Flux sur le côté inférieur de laile

Un paquet dair qui se termine en dessous laile connaîtra moins de soulèvement et daccélération, et dans la partie convexe des profils fortement cambrés, elle subira une compression. Il doit également changer sa trajectoire découlement, car laile cambrée et / ou inclinée poussera lair en dessous delle vers le bas, créant plus de pression et plus de rebond par le haut pour notre paquet sous laile. Lorsque les deux paquets arriveront au bord de fuite, ils auront pris une certaine vitesse descendante.

Derrière laile, les deux paquets continueront sur leur chemin descendant pendant un moment en raison de linertie et pousseront un autre air en dessous deux vers le bas et sur le côté. Au-dessus deux, cet air, ayant été poussé latéralement auparavant, remplira désormais lespace au-dessus de nos deux paquets. Macroscopiquement, cela ressemble à deux gros vortex. Mais lair dans ces vortex ne peut plus agir sur laile, donc cela naffectera pas la traînée ou la portance. Voir ici pour en savoir plus sur cet effet , y compris de jolies images.

Lascenseur peut être expliqué de plusieurs manières équivalentes

Suivant limage dun champ de pression ci-dessus, la portance est la différence de pression entre la surface supérieure et inférieure de laile. Les molécules rebondiront contre la peau de laile plus du côté inférieur que du côté supérieur, et la différence est la portance.

Ou vous regardez limage macroscopique: une certaine masse dair a été accélérée vers le bas par laile, et cela exigeait une force pour agir sur cet air. Cette force est ce qui maintient lavion en lair: la portance.

Si vous regardez laile comme une boîte noire et que vous ne faites attention quà limpulsion de lair entrant et sortant, laile changera limpulsion en ajoutant une composante descendante. La force de réaction de ce changement dimpulsion est la portance.

De toute façon, vous arriverez au même résultat. À propos: la plupart des changements de direction se produisent dans la partie avant du profil aérodynamique, pas au bord de fuite!

La portance est une question de définition

La portance et la traînée induite font toutes deux partie des pressions exercées sur laile. Si vous additionnez toutes les forces de pression agissant sur une aile, leur vecteur résultant pointera légèrement vers larrière. Le composant dans le sens du courant est la traînée et le composant orthogonal à la direction du mouvement est la portance. Ceci est juste une définition, faite pour la simplicité.

Commentaires

• Cest excellent, jai particulièrement apprécié la mini conférence sur les molécules, je pense que vraiment ma aidé à comprendre. Pour toute autre personne lisant ceci, assurez-vous de regarder également la réponse de DanHumes, cela passe en revue certains des mythes courants sur la façon dont lascenseur est généré. Cela ‘ est également très utile.
• Cétait une excellente réponse!
• Excellente réponse. youtube.com/watch?v=zp1KzGQdouI montre que le mouvement / la portance est possible sans Bernoulli.
• Jai une question sur lécoulement le côté inférieur de laile: la pression y est-elle plus élevée que la pression ambiante ou juste  » moins réduite  » que sur le côté supérieur de laile? Et jai lu quelque part que lair au-dessus de la face inférieure de laile ralentit puis saccélérait, est-ce vrai? Ou l’air est simplement  » moins accéléré: que sur la surface supérieure de l’aile?
• @Konrad Les détails dépendent de l’épaisseur de la voilure. Sur les profils aérodynamiques minces à angle dattaque élevé, lécoulement sur le côté inférieur est ralenti et la pression est supérieure à la pression ambiante. Dans la plupart des cas, la pression et la vitesse sont proches de la température ambiante. Sur des profils épais à faible angle dattaque, votre dernière phrase est correcte: lair sera moins accéléré du côté inférieur. À la fin de sa course, lair reprendra la vitesse et la pression ambiantes, donc il accélérera ou ralentira en fonction de létat quil avait auparavant.

Réponse courte: en exerçant une force descendante sur lair autour deux.

Réponse longue: Certaines personnes du centre de recherche Glenn de la NASA ont écrit une très bonne explication de plusieurs pages, traitant individuellement de chaque effet contributif, ainsi quune discussion sur les raisons pour lesquelles les explications que vous pourriez avoir entendues à lécole ne fonctionnent pas. Comme la navigation y est un peu funky, je lierai chaque page individuellement avec un court résumé.

Lift from Pressure-Area

Lorsquun fluide se déplace sur un objet (ou vice-versa), la pression est différente en différents points. En raison de cette différence de pression, il existe une force globale. Vous pouvez utiliser léquation de Bernoulli pour calculer cette force, mais vous devez connaître la vitesse du fluide (à chaque point de laile) pour commencer. Vous ne pouvez pas simplement lexpliquer avec « leffet Bernoulli », car leffet Bernoulli sapplique tout autant à tout ce qui se déplace dans les airs.

Lift from Rotation du flux

Les deux surfaces de laile font tourner le flux dair. La surface inférieure le dévie (lair rebondit sur laile), tandis que la surface supérieure incurvée la plie (lair colle la rotation du flux est ce qui vous donne de la portance plutôt que de la simple traînée. Vous pouvez regarder le virage comme la source de la différence de pression dans leffet Bernoulli, ou vous pouvez le penser simplement en termes dégalité et des forces opposées.

Il ya une autre façon de modéliser la rotation des flux, qui n’est pas discutée sur le site de la NASA. Si vous avez entendu parler du théorème de Kutta-Joukowski, c’est à cela qu’il se rapporte. Lorsque lair se plie autour de laile (ou de tout objet), il y a deux points spéciaux. A lavant de laile, une partie de lair passe par le haut, et une partie par le bas, mais il y a un point entre les deux. La situation inverse se produit à larrière de laile, où lair venant du haut la surface rencontre lair qui est venu par le bas (mais pas le «même» air: voir la fausse théorie n ° 1 ci-dessous). Ces deux points sont appelés points de stagnation . Dans un objet normal, ils sont au même niveau verticalement, mais parce que larrière dune aile est tranchant , le point de stagnation arrière se formera derrière elle lorsque laile se déplacera assez rapidement. Cest plus bas que le point de stagnation avant, ce qui implique que le mouvement net de lair est vers le bas. Cest de là que vient le flux tournant, et le théorème vous permet de calculer combien de portance vous obtenez.

Mauvaise théorie n ° 1: temps de transit égal

Comme je lai dit, pour invoquer leffet Bernoulli, vous avez pour expliquer pourquoi lair sur la surface supérieure se déplace plus rapidement. Les enseignants affirment souvent que cest parce que lair de la surface supérieure doit rencontrer lair de la surface inférieure. Cest tout simplement faux, et il existe un joli simulateur pour le démontrer.

Wrong Theory # 2: Skipping stone

Cette page explique quand les gens réalisent que lair « rebondit » sur la surface inférieure de laile, mais néglige le haut surface.

Mauvaise théorie n ° 3: Venturi

Certaines personnes imaginent la surface supérieure de laile comme une moitié dune buse Venturi (une buse qui accélère lécoulement du fluide en le resserrant). Cette différence de vitesse donnerait lieu à une différence de pression (effet Bernoulli à nouveau), mais il savère que laile ne fonctionne pas du tout comme une buse.

Bernoulli et Newton

Cette dernière page résume simplement que les mauvaises théories commencent par la physique bien connue (Newton « s ou leffet Bernoulli), mais essayez ensuite de tout simplifier à lextrême pour les adapter à la situation, ils se retrouvent donc avec des explications qui font de fausses prédictions.

Commentaires

• À mon avis, le plus simple à saisir est lexplication du flow tournant. Je veux dire, vous pouvez presque le sentir;]
• -1 pour une mauvaise explication du théorème de Kutta-Joukowski et de la rotation des flux. Il faut se rappeler que la rotation du flux est leffet de la portance (qui a été créée par la différence de pression), plutôt que la cause de la portance.
• @VictorJuliet: La cause et leffet non plus. Ce sont deux propriétés de lécoulement du fluide. Cependant, à des fins dexplication, la direction dans cette réponse est correcte, principalement parce que la direction opposée nest pas possible ; vous pouvez dériver la portance du théorème de Kutta-Joukowski, mais vous pouvez ‘ t dériver le théorème de Kutta-Joukowski de la portance.
• La seule chose erronée à propos de lexplication de la Kutta -Le théorème de Joukowski est quil ne mentionne pas la raison pour laquelle le point de stagnation arrière se déplace, qui est linertie de lair.
• @VictorJuliet: Je ne ‘ voir le texte pour essayer de prouver que le point de stagnation arrière se déplace en utilisant le théorème de Kutta-Joukowski ‘ (qui indique simplement quil le fait et comment en dériver la portance). Cela ne lexplique pas. Il nexplique ni pourquoi il se déplace vers le bord de fuite (inertie du flux), ni pourquoi il se déplace sous le front (angle dattaque + sachant déjà quil est sur le bord de fuite).

COMMENT UN AVION GÉNÈRE ASCENSEUR

Il y a généralement deux domaines de pensée populaires (à lexclusion de la théorie démystifiée du temps égal) derrière pourquoi un avion vole; certains pensent quelle est causée par une application de la 3ème loi de Newton, et dautres pensent quelle est causée par une différence de pression sur le haut et le bas de laile. Fondamentalement, lexplication « newtonienne » et lexplication « haute / basse pression » ont raison dans une certaine mesure. La NASA le reconnaît (voir la deuxième référence ci-dessous) dans son article, mais leur explication finale est beaucoup plus axée sur lapplication mathématique et moins sur une explication physique.

La troisième loi de Newton

Du côté de la 3e loi de Newton, la force aérodynamique nette est causée par une redirection du vent relatif vers le bas (connu comme « downwash »). Si vous regardez le diagramme vectoriel décrivant les forces de laile sur lair, il est montré que cette redirection est causée par une force sur le vent par laile qui pointe vers le bas et plus ou moins perpendiculaire à la corde de corde de laile (la ligne directement entre le bord dattaque et le bord de fuite). En raison de la 3ème loi de Newton, il en résulte une force du vent sur laile dans la direction opposée (vers le haut et plus ou moins perpendiculaire à la corde de corde); cette force aérodynamique nette vers le haut explique la portance et la traînée induite (traînée causée par les processus de levage du profil aérodynamique, à ne pas confondre avec la traînée parasite qui est la traînée causée par les surfaces de lavion; un parachute traînant derrière lavion contribuerait à la traînée parasite, et tous les profils aérodynamiques produisent une certaine traînée induite lorsquils génèrent

Sur le bas de laile, cette redirection de lair peut être expliquée simplement. Le vent relatif frappe le fond et est chassé du profil aérodynamique par la force normale du profil aérodynamique.

Sur le dessus de laile, lair est redirigé par un phénomène connu sous le nom deffet Coanda, résultant en un flux laminaire (le vent relatif suit laile et est dirigé vers le bas par elle).Je décrirai pourquoi le vent suit ce flux laminaire plus en détail lorsque jexpliquerai le deuxième phénomène majeur de génération de portance qui a à voir avec les pressions (car vous aurez besoin des informations de cette section pour comprendre leffet Coanda)

Haute / Basse Pression

Il y a une pression dair plus élevée sur le bas de laile par rapport à Patm (pression atmosphérique ). En effet, les courants dair sont concentrés lorsque leurs trajets sont bloqués et redirigés par le profil aérodynamique. Une concentration dair plus élevée entraîne une pression plus élevée.

De même, sur le dessus du profil aérodynamique, les courants dair sont empêchés datteindre directement la surface supérieure de laile, créant un vide là où il y a une concentration plus faible de particules dair et donc pression inférieure. Parce que les fluides sécoulent naturellement de haute à basse pression, lair à Patm bien au-dessus de laile est «aspiré» vers le bas et épouse la surface de laile. Cependant, même avec cet écoulement laminaire (comme nous lavons vu ci-dessus), il existe toujours une zone de basse pression sur le dessus de laile; lair du flux laminaire nest toujours pas suffisant pour restaurer cette région à Patm. Cela peut être trouvé en regardant une carte de pression dun profil aérodynamique – vous verrez quil y a une région de basse pression sur le dessus de laile même si le flux laminaire existe. Cette section aurait dû également répondre à la raison pour laquelle le flux laminaire existe (voir la dernière partie de la troisième partie de la loi du newton ci-dessus).

Enfin, parce que vous avez une pression plus élevée (force par unité de zone) sur le bas de laile que sur le dessus de laile, les forces sur la voilure sont déséquilibrées et pointent vers le haut, dans une direction similaire à la force aérodynamique nette causée par la troisième loi de Newton (détaillée ci-dessus). Cela contribue à la force aérodynamique nette.

En raison de la pression plus faible sur le haut de laile par rapport au bas, le flux dair sur le haut de laile se déplace plus rapidement que sur le bas, selon Bernoulli  » équation s (essentiellement dans un courant dair, une diminution de la pression entraîne une augmentation de la vitesse et vice versa) – Voir le diagramme de flux en haut de cet article. Cest peut-être la raison pour laquelle la théorie du «temps égal» (que le flux dair sur le dessus de laile a plus de distance à parcourir et doit donc se déplacer plus vite) est si largement acceptée. Le flux dair sur le dessus se déplace plus rapidement, mais pas parce que cest « une plus longue distance.

Cela tient également compte des » tourbillons de bout daile « – ces tourbillons dair qui peuvent être vus (sous certaines conditions) traînant derrière les ailes dun avion. Cela est dû au fait que lair à haute pression du bas de laile tourbillonne sur les extrémités de laile pour essayer de neutraliser la zone de basse pression sur le dessus (parce que les fluides ont tendance à voyager de haute à basse pression). Ils augmentez légèrement la pression sur le dessus de laile (et par conséquent diminuez la pression sur le bas) quelque peu, ce qui réduit la différence de pression, mais comme lavion se déplace, tout lair voyageant de bas en haut natteint pas sa destination lorsque le profil aérodynamique se déplace à lécart, laissant cet air tourbillonner dans un vortex circulaire. Ce flux dair à haute pression réduit la portance (car il diminue la différence de pression). Cest pourquoi des ailettes ont été inventées (Les extensions verticales dailes à lextrémité des ailes) – – pour bloquer une partie de ce f faible et augmenter la portance (et donc le rendement énergétique). « Leffet de sol », ou le phénomène qui augmente la portance lorsquun avion est près du sol, est dû au fait que le sol gêne lair essayant de tourbillonner et de neutraliser la basse pression sur le dessus de laile.

Derniers commentaires

Encore un phénomène aérodynamique que je vais se rapportent à cette explication est un « décrochage ». Lorsquun profil aérodynamique cale, il perd une grande quantité de portance et ne peut plus contrecarrer la gravité, ce qui fait chuter lavion au sol. En tant que pilote, jai pratiqué le décrochage à plusieurs reprises et il y a deux choses remarquables qui se produisent menant à un décrochage. La première est que lavion perd considérablement sa vitesse lorsque vous commencez à augmenter langle dattaque. Dans ce cas, ce qui se passe, cest que la force totale exercée sur laile est inclinée vers larrière, de sorte quil sagit principalement de la traînée induite plutôt que de la portance (jusquà un certain point, laugmentation de langle dattaque augmente la portance car elle augmente la force totale sur le profil aérodynamique. langle obtient une portance extrême commence à diminuer et la traînée continue daugmenter). Enfin, lorsque lavion cale, vous ressentez une secousse soudaine de lavion vers le bas, comme si une corde le maintenant venait de couper.Dans ce cas, laile a atteint son angle dattaque critique et le flux laminaire sur le dessus de laile (comme détaillé ci-dessus) sest séparé (car la pression plus faible sur le dessus de laile ne peut plus tirer le vent vers le bas pour se conformer à sa surface en tant que force nécessaire pour modifier le vecteur de vitesse du vent de ce grand angle ne peut pas être exercée par cette différence de pression. Une fois que lavion a calé, vous devez rattacher le flux laminaire au flux dair pour « récupérer » du décrochage – dans un avion, vous faites cela en penchant vers le bas avec le joug.

À lavenir, jaimerais développer cet article avec des explications plus mathématiques sur la façon de calculer la portance dun profil aérodynamique donné ainsi que dexplorer dautres des éléments connexes comme le coefficient de portance, le nombre de Reynolds, la façon de calculer langle dattaque critique et des sujets connexes. Ce domaine est généralement dominé par des données empiriques et il est difficile mais amusant de percer une partie avec des mathématiques compliquées (ne pas mentionner la voie du futur , dautant plus que les ordinateurs peuvent désormais traiter ces modèles mathématiques pour nous et sont beaucoup plus rapides à le faire que les expériences ne peuvent lêtre).

Sources utiles:

1. allstar.fiu.edu/aero/airflylvl3.htm

2. grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/bernnew.html

3. grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/wrong1.html

4. grc.nasa.gov/www/k-12/ avion / faux2.html

5. grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/wrong3.html

6. www.youtube.com/watch?v=YyeX6ArxCYI

Commentaires

• +1 pour le gif animé, très cool.
• Cette youtube.com/watch?v=zp1KzGQdouI montre que le mouvement / élévation est possible sans Bernoulli.

La réponse la plus simple que je connaisse est quelle est toujours exacte est que pour tout objet qui se déplace dans les airs, certains la force doit pousser lair devant lui hors du chemin (la gravité, les moteurs, lélan, etc. nest pas mat euh). Si plus dair est poussé vers le bas puis vers le haut (par exemple, par les ailes), la différence est appelée portance.

Commentaires

• Je dois admettre que ‘ est une explication de haut niveau assez claire.
• Ceci décrit quand il y a un ascenseur. Cela ne dit rien sur les raisons pour lesquelles les ailes , en particulier, la génèrent.
• Étendez la logique et vous verrez quil ny a rien de spécial dans les ailes. Nimporte quelle forme peut générer de la portance si les circonstances sont bonnes, les formes des ailes sont tout simplement meilleures pour pousser plus dair vers le bas puis vers le haut que, par exemple, une brique.
• @Koyovis – la vitesse du son à travers un support na rien à voir avec lascenseur généré en poussant le support hors du chemin. Exactement la même physique sapplique à une voilure à travers leau, comme celles utilisées dans les courses de lAmericas Cup. lien
• @Koyovis Je ne comprends pas votre question. La vitesse na rien à voir avec ça. Une force (f = ma) est nécessaire pour déplacer le milieu hors du chemin, cette force provient de la puissance motrice du véhicule (moteurs, gravité, etc.). Le matériau déplacé vers lavant pousse vers larrière (glisser) et le matériau poussé vers le bas pousse vers le haut (soulèvement).

Les ailes génèrent une portance poussant lair vers le bas. En tant quenfant, javais lhabitude de sortir ma main de la fenêtre ouverte de la voiture et de lincliner – il y a une force ascendante. Une assiette plate fait cela.

Les ailes davion pourraient donc être des plaques plates, mais malheureusement les plaques plates créent beaucoup de traînée dès quelles créent de la portance puisque le flux à lextrémité supérieure se détache immédiatement (spirale bouclée sur la photo ci-dessus). Cet effet pourrait être réduit en utilisant une plaque bombée au lieu dune plaque plate, réduisant le vortex sur la surface supérieure:

Mais le problème demeure que dès que la plaque bombée est inclinée davantage, elle crée beaucoup de traînée, de la même manière que la plaque plate droite . Une forme de goutte deau est plus efficace de glisser quune plaque plate, en gardant le flux attaché. Et quest-ce quune section transversale daile autre quune plaque bombée avec une section transversale en goutte deau?

Cela devient un peu déroutant et tout cela quand nous regardons laccélération de lair à la pression supérieure et inférieure, etc., surtout si nous voulons expliquer la création de portance à partir de cela. En fin de compte, la portance est créée en accélérant lair vers le bas, et la continuité de la masse implique que lair du côté supérieur doit accélérer. Cest un effet plutôt quune cause.

Commentaires

• La plaque plate est la plus efficace à son angle dattaque de conception. Rendre le profil plus épais augmente la traînée, mais élargit la plage dangle dattaque dans laquelle il fonctionne bien.
• @PeterK ä mpf Vous avez, je lai changé.

Voici un lien vers le livre Web de John S. Denker sur les profils aérodynamiques. Ceci est probablement lexplication définitive du fonctionnement des ailes. John Denker a un tas de sites Web qui valent le détour.

http://www.av8n.com/how/htm/airfoils.html

Conclusion: pour un avion de 150 000 lb à bord lair, il doit donner 150 000 lbft délan à lair à travers lequel il passe. Vous pouvez parler des différences de pression dair (etc.) mais ce nest que le début de lexplication. Si vous pensez que le temps de transit égal ou la courbure des ailes est ce qui fait fonctionner les ailes, cest une lecture incontournable.

Commentaires

• Était littéralement dans le au milieu de la lecture de ce lien lorsque vous lavez publié. Cest une bonne lecture, je suis daccord :).

Un moyen simple de le comprendre est que laile agit comme une pale dans un ventilateur. Se déplacer dans lair à langle correct provoque la formation dun vide sur le dessus. La pointe avant doit être ronde pour permettre à lair de se déplacer en douceur et de se dilater pour créer le vide.

Les fonds plats et autres formes maximisent simplement cet effet mais ne sont pas nécessaires. Cest pourquoi il est possible de voler à lenvers tant que laile frappe lair à angle droit. (Pas à angle droit.)

Commentaires

• pression inférieure, oui, mais suggérant quune  » vacuum  » formulaires est tout à fait faux.
• @Federico Eh bien pas un vrai vide. Je suppose que je devrais dire un vide relatif.
• La pointe avant na ‘ pas besoin dêtre ronde pour générer de la portance. Le lien de BillOer ‘ explique pourquoi. Sil en était ainsi, les avions en papier, les cerfs-volants et certains types de planeurs ne ‘ voleraient pas.
• @DanHulme Je nai pas ‘ Je ne dis pas non plus que cest un ingrédient de portance mais plutôt quil faut éviter un flux dair irrégulier.

Mise à jour : voir nos propres expériences sur Flow tournant au bas de ce post

Je suis un journaliste scientifique indépendant, jai fait beaucoup de recherches sur les mythes et les fausses explications autour de lascenseur et cette explication est le résultat:

Le Problème. Comme on le sait, le principe de la génération de portance en général et leffet Magnus est mal compris et expliqué faux dans de nombreuses sources. Le haut débit la vitesse autour dun renflement de la voilure (ou dune sphère / cylindre en rotation dans le cas de leffet Magnus) et la basse pression associée (effet Bernoulli) nest pas la cause de lascenseur comme souvent indiqué, mais aide simplement à la génération dascenseur car il sagit dune accélération de lair. Cependant, il reste un facteur important dans le mécanisme de portance car il fait partie de la force de portance (Force = Masse x Accélération ). Cette accélération supplémentaire due à une vitesse découlement accrue peut être ajoutée à laccélération normale qui est impliquée avec la force qui fait tourner un écoulement.

La vraie cause . Il est également généralement admis que la cause de lascenseur est la lair qui est tourné vers le bas par langle ou la forme du profil aérodynamique et cette force provoque une force dans la direction opposée, comme lexplique, entre autres, la NASA. Pourtant, le mécanisme nest toujours pas clair pour de nombreuses personnes. Jessaie de donner un peu plus de perspicacité avec des expériences et des exemples auto-développés très faciles qui sont faciles à comprendre. (voir également cette démonstration vidéo ). Nous savons que pour faire tourner un flux, une force est nécessaire, donc plus la déflexion est grande, plus la force est grande. Un virage est en fait une accélération. Pendant le virage, il doit y avoir une force égale dans la direction opposée (troisième loi de Newton). Il sagit de la portance réelle sur le profil aérodynamique. Il est clair quun certain rayon de rotation découlement (action) aboutit à un rayon égal de la force opposée (réaction). Il est important de comprendre que la réaction du profil aérodynamique sur le flux dair accéléré est causée par linteraction de la surface du profil aérodynamique avec la couche limite.

Centre de Pression. La clé pour créer action = réaction sur le profil aérodynamique est la viscosité de lair car sans que lair ne colle moins ou plus au profil aérodynamique, linteraction nécessaire ne se produirait pas. les forces agissent partout sur la voilure mais le centre de pression (CP) se produit là où la déflexion moyenne est la plus grande, il y a donc aussi la plus grande action = point de réaction. Cest le point où la force de portance agit sur le profil aérodynamique. Nous pouvons vérifier cela facilement avec les volets déployés.Les volets provoquent une plus grande déflexion de lair au bord de fuite, ainsi le centre de pression se déplace davantage vers le bord de fuite que sans volets.

Le réel Force de portance. Lorsque lair est dévié vers le bas, lair exerce une force dans la direction opposée, ce qui signifie quil sajoute à la pression sur le dessous de laile avec pour résultat un vecteur plus grand vers le haut. Mais sur le côté supérieur de laile, nous avons maintenant un vecteur plus petit lorsque la pression est abaissée car il y a une déduction de la pression causée par la force dans le sens ascendant. Le résultat est une force nette vers le haut. Cette baisse de pression verticale est la force de portance réelle.

En résumé: Nous avons une pression tangentielle relativement faible réduction (agissant dans le sens de lécoulement) qui est la partie Bernoulli et est la partie accélératrice de la force de levage. Et nous avons une énorme réduction de pression verticale qui est la partie newtonienne de la force de portance qui fait en fait remonter le profil aérodynamique et qui détermine où se trouve le centre de pression sur le profil et où agit la force de portance résultante. La plupart de la pression que nous voyons sur une figure isobare dun profil aérodynamique est verticale et peu est tangentielle. Cela correspond aux mesures antérieures par les aérodynamiciens selon lesquelles la réduction de pression dans le sens de lécoulement (Bernoulli) ne correspond pas à la portance réelle générée. Pour comprendre la relation entre la réduction de pression dans le sens découlement et la réduction de pression dans le sens vertical, il faut se rendre compte que la déviation dun écoulement pour créer de la portance saccompagne toujours dun gradient de pression , donc si le débit saccélère au-dessus de la voilure et diminue en pression (principe de Bernoulli) puis est tourné vers le bas pour créer une force ascendante, le débit est décéléré et la pression augmente. Cette augmentation de pression sur le côté supérieur du profil aérodynamique est négligeable par rapport à la diminution de pression sur le côté supérieur causée par lair qui est accéléré vers le bas, doù le profil aérodynamique monte et nous avons de la portance.

Encore un exemple. Imaginez une aile plate volant à angle dattaque nul avec au bord de fuite un volet pointé vers le bas. Imaginez seulement le flux dair sur la face supérieure de cette aile. Il ny a pas daccélération et dabaissement de la pression associée du débit car le débit ne franchit aucun obstacle. Il rencontre simplement un gradient de pression défavorable lorsquil se déplace sur le volet vers le bas car il y a une diminution de la vitesse découlement donc un augmenter la pression découlement (Bernoulli). Mais comme le débit est dévié vers le bas, une force en sens inverse agit en même temps et donc sur la partie supérieure côté il y a une pression beaucoup, beaucoup plus importante diminution (car la force dans le sens ascendant agit contre la pression ambiante provenant de ci-dessus). Cette diminution de pression causée par laction « verticale » est la force de levage réelle .

Mettre à jour : Expériences personnelles sur Flow Tournage. Le 26 septembre 2018, pendant le flux personnel des expériences de test de virage avec des dispositifs daile volante en carton auto-développés, jai fortement trouvé des preuves dune théorie que javais longtemps soupçonnée. Cela implique limportance de la distance de rotation de lécoulement par rapport à la pente du virage. Expliqué brièvement: La distance de braquage semble plus importante que langle de braquage. Lors du lancement de laile et lors de lestimation de lemplacement du centre de pression, le côté avec le plus long virage la toujours emporté du côté avec le virage le plus raide, quelle que soit lorientation de laile.

Les résultats du test:

–Courbe courte et raide pointant vers le bas à lavant, longue courbe moins raide à larrière pointant vers le haut. > Résultat: élan positif, le nez monte. Cest leffet de la courbe à larrière comme une courbe prédominante vers le bas à lavant le ferait générer un moment à piquer car ce serait un angle dattaque négatif.

–Longue courbe moins raide pointant vers le haut à lavant, courte courbe raide à larrière pointant vers le bas . > Résultat: élan positif, le nez remonte. Cest leffet de la longue courbe moins raide à lavant car cest un angle dattaque positif.

Les résultats de mes découvertes correspondent au fait que le flux tournant au bord dattaque dun profil aérodynamique est réellement le plus grand alors quil ne crée pas le plus grand élan.Le virage vers le bord de fuite après le point de cambrure maximum est cependant plus long, il gagne, donc il crée lélan CP. Il semble cependant logique que dans une bataille entre deux courbes de même longueur, la courbe avec langle le plus raide lemporte.

Un de mes appareils auto-développés pour faire des expériences avec la portance, la rotation de flux et centre de pression: Le démonstrateur FWSCLm (Flying Wing Stability & mouvement CL) . Le stylo à lavant peut être déplacé vers lintérieur et lextérieur afin de régler le centre de gravité. Les volets à larrière sont utilisés pour augmenter ou diminuer la courbure du profil de laile afin de régler le centre de portance. side-view

Commentaires

• Vous entendez vraiment parler des votes négatifs sans commentaires, mais si vous vous en tenez, il y a beaucoup à apprendre à ce sujet placer. Votre aile ressemble en effet à des poussoirs lents et hauts trouvés chez Airfoil Tools sur le net. Jai également découvert que les ailes minces sous les ailes cambrées font des planeurs de balsa délicieusement lents (vitesse de marche). Vous constaterez peut-être que des ailes plus minces sont meilleures pour la pénétration du vent (moins de traînée). Les comparaisons des ailes daigle et dalbatros peuvent donner de bonnes informations sur la conception des ailes.
• Merci pour vos commentaires sur laile. Le profil de portance élevée de laile épaisse a été conçu pour des tests particuliers sur le virage pour voir un effet renforcé en vol court. Comme vous lavez dit, plus mince est meilleur pour moins de traînée. Jai aussi une version à plaque plate courbe de cette aile à courbe flexible. Ici vous le voyez en action. La vidéo montre en fait la correction automatique de la hauteur: vimeo.com/…
• Recommander également étudier les voiles, en particulier la voile de foc.  » Laccélération  » de lair sur le dessus de laile est absurde. Lair nest pas non plus un  » fluide « , cest un gaz compressible. Le virage en flux est en effet lié à la basse pression sur le dessus de laile. Le grand Coanda sest rendu compte que le flux dair dévié crée une dépression locale que laile (vers le haut) et le flux dair (vers le bas) essaient de remplir.
• Cependant, nous ne pouvons pas oublier  » visqueux  » effet du déplacement de lair (ou de leau) aspirant lair ambiant dans le courant. Un simple aspirateur évier crée un vide puissant. La force de portance est également créée par le courant dair frappant une surface inclinée (bas de laile). Il y a plus dune source dascenseur. Je continue dessayer de comprendre lequel est le plus EFFICACE. Cest peut-être la portance au-dessus de la voilure, car couvrir le bas de laile semble faire aller mes planeurs plus vite et plus loin.
• Et enfin des effets de bélier dair (pression plus élevée) sous laile présente dans ailes sous cambrées (notez  » coiffées  » bouts dailes de U2) et parachutes. Je pense que cest très lent et inefficace, mais cela peut entraîner des vitesses de vol très lentes!

Comment une petite balle génère-t-elle une force centripète lorsquelle se déplace sur une surface courbe? La raison est la gravité. Lorsque la petite balle a une vitesse le long de la flèche rouge, la petite balle a tendance à partir le long de la direction normale de la surface, de sorte que la force de la petite balle sur la surface incurvée sera réduite, donc la force centripète de la petite une balle se déplaçant le long de la surface sera obtenue.

Nous changeons les petites balles à la surface en air. Lorsque lair ne bouge pas, supposons que la force de lair sur la surface incurvée est F, et lorsque lair a une vitesse le long de la direction de la flèche rouge, la force de lair sur la surface courbe est f, car lair a une tendance à partir le long de la direction normale de la surface courbe, donc F> f. Lair a donc une force centripète se déplaçant le long dune surface courbe, ce qui fait bouger lair le long dune surface courbe.

La force exercée par lair sur la surface courbe est la pression de lair. Une diminution de la pression de lair est une diminution de la force exercée par lair sur une surface courbe.

La surface courbe ici est similaire à laile.

Commentaires

• Je ne suis ‘ pas daccord avec cette réponse. La mention de la gravité ne fait que rendre les choses difficiles, car les gens peuvent penser que la gravité est impliquée dans la création de la portance. Une meilleure image aurait le ballon voyageant sur une ligne droite, et entrer en collision avec la surface courbe. Cela évite le besoin de gravité et améliore lanalogie avec un profil aérodynamique. De plus, sil ny a pas de courbure, la pression diminue également, ce qui ne ressort ‘ pas de votre explication.
• @ROIMaison Notez que pour lair je ‘ m parle de la tendance normale du mouvement, ce qui conduit à une diminution de la pression.
• @ ROIMaison aviation.stackexchange.com/a/70283/42162

La portance est une force générée à travers une aile à cause de la Différence de pression . Donc, fondamentalement, si vous êtes capable datteindre différentes pressions au-dessus et au-dessous dune aile, vous aurez de la portance. Maintenant, à partir de la loi de base de Newton, cette force serait dirigée de la région de haute pression vers la région de basse pression ( Parce que la région de haute pression va pousser la surface en exerçant plus de force sur elle par rapport à la région de basse pression qui pousserait la surface avec une force relativement moindre).

Maintenant, limportant est de créer cette différence de pression. Ceci est réalisé en exploitant une propriété intéressante du fluide: un fluide à écoulement rapide a une pression inférieure par rapport à un fluide à déplacement lent. Cette propriété peut être prouvée par divers moyens mathématiques et est magnifiquement incorporée dans le Principe de Bernoulli « . Par conséquent, Principe de Bernoulli » est une mathématique expression dune propriété inhérente à un fluide.

Maintenant, pour obtenir de la portance, la différence de pression requise peut être créée en ayant un écoulement autour du profil aérodynamique de telle sorte que les vitesses du fluide au-dessous et au-dessus du profil aérodynamique sont différents. Ceci est réalisé en changeant la forme de laile (carrossage) de manière à ce quelle devienne asymétrique. Lasymétrie entraîne des vitesses différentes sur la partie supérieure et inférieure du profil aérodynamique pour la raison suivante:

Lorsquun fluide atteint le bord dattaque du profil aérodynamique, une partie du fluide est déplacée vers le haut, tandis quune partie il est déplacé vers le bas. En raison de lasymétrie du profil aérodynamique, le fluide qui sest déplacé vers le haut a moins de section transversale à traverser que le fluide qui est passé sous le profil aérodynamique. Cette différence de surface disponible pour le fluide pour le mouvement crée la différence des vitesses du fluide dans différentes régions. Cette propriété du fluide de se déplacer plus rapidement dans les zones de moindre section transversale et de se déplacer lentement dans les zones de plus grande section transversale peut être dérivée sous forme mathématique par application de la conservation de la masse, et est appelée Principe de continuité .

Par conséquent, les changements de vitesse du fluide créent un gradient de pression qui à son tour provoque une force sur laile, appelée portance. Or, cette portance peut être dans nimporte quelle direction (ce qui pourrait être découvert en intégrant de très petites forces sur de très petites zones de la surface de laile). La composante de cette force perpendiculaire à la direction de la vitesse de lavion est appelée lift force, où, comme lautre composant parallèle au la vitesse de lavion est alors incluse dans la force de traînée .

EDIT

Pour une représentation très précise des équations régissant le comportement des fluides, on peut soutenir que le principe de Bernoulli est incorrect. case Léquation de Navier Stoke « est valide, mais à des fins de compréhension, tout invariant dans le temps (stable), en flux compressible, inviscide peut être considéré comme obéissant à léquation de Bernoulli.

De plus, pour un fluide réel, il nobéirait pas la plupart du temps à léquation de Bernoulli, mais au comportement général de la réduction de pression avec laugmentation de la vitesse découlement est toujours observée, bien que la chute de pression exacte ne puisse pas être calculée par léquation de Bernoulli. Dans de tels cas, léquation de Navier Stoke est utilisée pour calculer correctement la perte de charge créée en raison de laugmentation de la vitesse du flux.

EDIT 2

Pour les ailes symétriques, laile ne générera aucune portance si le flux voit laile symétriquement, ce qui signifie intrinsèquement quune aile symétrique avec un angle dattaque de 0 ne le ferait pas. produire nimporte quel ascenseur. Pour obtenir la portance dune aile symétrique, elle est placée à un certain angle par rapport au flux, de sorte que le flux le voit de manière asymétrique et, par conséquent, lexplication ci-dessus peut être utilisée pour expliquer la vie générée dans ce cas.

EDIT 3

Explication pour les avions volant à lenvers: pour un avion normal à voler , un angle dattaque positif est nécessaire.Donnez à ce plan un roulement daxe de vitesse de 180 degrés, vous obtenez un plan avec un angle dattaque -ve, et donc une portance négative.Mais un avion ne peut pas soutenir le vol avec une portance négative, donc ce que les avions volants à lenvers doivent faire est daugmenter langle dattaque -ve à positif, en tirant le nez vers le haut (ce serait pousser le nez vers le ciel à lenvers. plan descendant). Cela fait changer langle dattaque et devient + ve. Langle dattaque + ve signifie que laile va maintenant vivre une vie telle quun avion à lenvers a une portance vers le haut (cela équivaut à un plan normal avec un angle dattaque-cinq et donc une portance négative).

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• Cela nexplique pas ‘ pourquoi une aile sans cambrure ou une aile avec une section transversale symétrique de haut en bas, ou avec une surface inférieure plus longue que la surface supérieure, peut générer de la portance.
• @DanHulme +1 ou comment les avions avec carrossage peuvent voler à lenvers.
• @Jan Hudec, vous devez comprendre la différence entre le principe de Bernoulli ‘ et léquation. Le théorème stipule:  » En dynamique des fluides, le principe de Bernoulli ‘ stipule que pour un écoulement non visqueux dun fluide non conducteur, une augmentation de la la vitesse du fluide se produit simultanément avec une diminution de la pression ou une diminution de lénergie potentielle du fluide ‘.  » où comme léquation, dautre part, a essayé dobtenir des résultats quantitatifs du principe de bernoulli ‘, mais ne parvient pas à lobtenir en raison du fait quil prédit des résultats erronés
• CETTE RÉPONSE EST FAUX . Léquation de Bernoulli ‘ tient à une précision suffisante autour de laile. Mais léquation de Bernoulli ‘ a besoin de vitesse pour dériver la pression et lexplication de la raison pour laquelle il y a une vitesse plus élevée au-dessus de laile est incorrecte. La zone au-dessus et au-dessous de laile nest pas délimitée, donc lair a beaucoup de liberté pour choisir la distribution de la vitesse de ‘. Cela ne correspond pas non plus à la réalité, car la zone augmente au-dessus de laile de lavant vers larrière et diminue sous laile de la même manière, mais les distributions de vitesse ne suivent ‘ pas un profil similaire.
• La réponse est incorrecte uniquement si vous ignorez les effets de la couche limite

Un plan vole par plusieurs mécanismes. Le premier est leffet Bernoulli causé par le carrossage de laile qui génère un différentiel de pression poussant laile vers le haut lorsquelle se déplace vers lavant dans lair. Notez que les oiseaux ont des ailes cambrées. Cependant, il est possible davoir un avion avec des ailes complètement plates et sans carrossage du tout, cest donc une erreur de penser que cest la seule source de portance (comme lont fait certaines des réponses ci-dessus).

Langle au pied des ailes est également important. Si vous mettez votre main à un angle par rapport à la vitre de la voiture, vous la sentirez forcée vers le haut. Ce même effet est obtenu dans un avion en inclinant légèrement les ailes vers le haut par rapport au plan du fuselage.

Enfin, vous devez être conscient que la raison pour laquelle un avion reste en altitude na rien à voir avec la portance, mais avec la surface quil présente au sol. La force principale retenant un plan est la résistance de lair qui est fonction de cette surface. La force de cette résistance de lair est bien supérieure à la force générée par les deux effets précédents. Par exemple, lun des principaux critères de conception dun avion est de savoir sil a un fuselage carré ou un fuselage rond / ovale. Un fuselage carré présentera plus de surface au sol, offrant ainsi une plus grande efficacité à rester en altitude. Pour cette raison, presque tous les premiers avions avaient des fuselages carrés. Cependant, un fuselage rond sera plus efficace pour avancer quun fuselage carré, donc dans un avion construit pour la vitesse, le rond est meilleur. Un avion avec un fuselage rond va plus vite, mais est moins économe en carburant quun avion avec un fuselage carré.

Le même argument est vrai pour la surface de laile. Plus laile est grande, plus la résistance à lair est élevée. Pour cette raison, les planeurs ont des ailes relativement grandes par rapport aux avions motorisés. Linconvénient dune grande aile est le même que celui dun fuselage carré: lavion va plus lentement.

Donc, pour récapituler, il y a trois facteurs qui maintiennent un avion en lair: la résistance verticale de lair due à une orientation vers le bas surface, langle des ailes au pied de laile et leffet Bernoulli associé au carrossage des ailes.

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• Paragraphe 3 me fait mal à la tête … non pas que le reste soit beaucoup mieux. Dans l’esprit d’indiquer des choses spécifiques qui peuvent être adressées, essayez ceci: pour un carré et un cercle de même surface, le cercle aura un diamètre plus grand que le carré ‘ s côté, donc un fuselage circulaire de même volume interne présentera plus, pas moins, de surface projetée au sol, pour tout le (peu à zéro) bien que cela fera à votre avion.