On distingue en général trois types d'écoulements classés selon le comportement des molécules de gaz :
1type:L'écoulement laminaire :
les particules d'air suivent toutes des trajectoires rectilignes parallèles entre elles. On peut imaginer que l'air est constitué de lames superposées, glissant parfaitement les unes sur les autres.
type 2L'écoulement turbulent :
les particules d'air suivent des trajectoires quasiment parallèles entre elles, mais qui ne sont plus rectilignes, tout en se déplaçant globalement dans la même direction avec une vitesse d'ensemble.
type 3L'écoulement tourbillonnaire :
l'ensemble de l'écoulement est très désordonné et, bien que globalement tout l'écoulement d'air se déplace dans la même direction, certaines particules peuvent remonter le courant et former ainsi des tourbillons.
pour assuré un vol optimal vaut mieu voler avec un écoulement labinaire tandi que l'ecoulement laminaire provoque des turbulence et l'ecoulement tourbillonaire peut etre plus grave
- 1)forces exercées par les ailes
A) pour l'oiseau
Comme vous prouver le constaté le profil n'est pas le même avec celui d'un avion
Les flux d'air sur l'intrados, et l'extrados sont les méme que l'avion
Mais contrairement à l'avion il se forme des tourbillons à cause du vide qu'il y a sur l'intrados. L’oiseau ouvre une sorte de poche sous-alaire qui "emprisonne" l'air
cela à pour conséquence de posé l'oiseau vers l'avant et le haut
b) pour l'avion
C'est le profil d'une aile qui génère la portance, les ailes ont une forme particulière: le profil(Qui ressemble un peu à l'oiseau). La partie supérieure de l'aile appelé extrados est plus courbe que celle du dessous ou intrados; anssi en vol horizontal (normal), les particules d'air doit arriver en même temps d'un bout à l'autre de l'aile,par consequent les filets d'air sur l'extrados s'accélèrent et s'ecartent, ces particules y sont donc moins nombreuses, ce qui provoque une diminution de la pression. Contrairement à l'intrados, les filets d'air ralentissent et se compriment, les particules d'air s'y accumulent, faisant augmenter la pression. Comme la dépression sur l'extrados est plus forte que la surpression sur l'intrados (1/3 de surpression pour 2/3 de dépression), l'avion n'est pas porté en l'air mais bien "aspiré" vers le haut. Ces différences de pression peuvent cependant être modifiées à l'aide de volets, ailerons, et ext ...
La formule de la est portance :
P = 1/2 . S . µ. Cz . v
µ étant la masse volumique de l'air;
S, la surface d'attaque de l'aile;
v ou v², la vitesse basse ou haute;
Cz, le coefficient de portance déterminé pour chaque aile par l'angle d'attaque ou d'incidence, angle produit par le devant de l'aile (bord d'attaque) incliné dans l'air.
la propriété de la surface de l'aile modifie les forces aérodynamiques. En effet, si l'aile à Une surface lisse ,cette surface aura plus tendance à "glisser" dans l'air, cela réduit ainsi la traînée due
aux frottements avec l'air. Alors qu'une surface rugueuse, ne favorise pas l'écoulement autour de l'aile, car les particules de l'air se trouvent "piégées" dans les parties irrégulières de la surface
- l'angle du bord d'attaque de l'aile, qui est l'angle entre la corde et l'extrados:
(d)
shema d'une coupe transversale de l'aile d'un avon
Cet angle a une grande incidence sur le profil de l'aile. En effet;
Si l'aile est une barre verticale (1), l'air vient buter sur le devant, provocant ainsi de très fortes perturbations derrière l'aile. Si l'aile est une sphère, l'air est trop dévié autour de l'aile ce qui crée des turbulences à l'arrière de l'aile (2). Enfin, si l'aile a un profil effilé, l'écoulement de l'air est laminaire (3). C'est pour cela que toutes les ailes d'avions ont cette forme.
Les différentes phases du vol:
1) pour l' oiseau
celon les oisseaux, il existe deux type de vol :
A) le vol battu
La majorité des oiseaux pratique le vol battu, ainsi que les insectes et les mammifères. comme son non l'indique, ce type de vol se sert des battements d'aile des oiseau Lors du vol, le corps de l’animal prend une forme fuselée qui améliore l’aérodynamisme et limite ainsi les dépenses d’énergie de l’oiseau.
Lorsque les ailes descendent, l’oiseau utilise toute la surface disponible pour s’appuyer sur l’air, les plumes de l’aile se serrent pour laisser passer le moins d’air possible.
Quand les ailes remontent, elles se replient le long du corps de façon à ce que la surface de l’aile n’offre pas de résistance à l’air. Pour minimiser les frottements avec l’air les plumes situées au bout de l’aile s’écartent et laissent ainsi passer l’air
b) le vol plané
Le vol plané est utilisé lorsque l’oiseau est fatigué : il déploie alors ses ailes et utilise les courants d’air ascendants pour rester en l’air. Ce type de vol est plus volontiers pratiqué par des oiseaux ayant une grande envergure comme l’albatros ou la majorité des rapaces (aigle, faucon, etc.).
Les oiseaux et les planeurs n’ont pas de moteur, ils utilisent tous les deux les courants ascendants thermiques et dans certains cas le vent pour prendre de l’altitude
- Courants de l’air. Lorsque les rayons du soleil frappent le sol ou la mer, l’air situé juste au-dessus se réchauffe. L’air chaud étant moins dense que l’air froid, il s’élève un courant d’air chaud jusqu’à une certaine altitude. L’accumulation de cet air chaud forme un ballon qui se détache progressivement du courant chaud et qui s’élève dans l’air. Ce dernier forme alors un cercle qui est traversé d’air froid en son milieu. L’aile incurvée de l’oiseau lui permet de contenir de l’air chaud sous son aile. Ainsi, en tournoyant autour du cercle, l’oiseau peut prendre de l’altitude.
Lorsque le vent souffle contre une falaise, l’air rebondit et jaillit verticalement, ce qui permet à l’oiseau de prendre de l’altitude sans fournir d’effort.
De même, lorsque le vent souffle sur la mer après avoir franchi une falaise, il tente de combler l’espace causé par la brusque dénivellation et revient vers la falaise. Puis, comme précédemment, il remonte verticalement permettant à l’oiseau de prendre de l’altitude.
2)pour l'avion
les phases principales
a) Le décollage.
Pour décoller, un avion doit prendre de la vitesse de façon à pouvoir opposer suffisamment de portance à la force d’attraction terrestre (le Poids). Cette portance doit être ensuite maintenue en vol, sinon, l’appareil, soumis aux lois de l’apesanteur, retomberait rapidement. Lors du décollage, en prenant de la vitesse lève son nez de manière à prendre une position favorisant la prise d’altitude. Ce mouvement accentue l’angle d’attaque des ailes, dont la portance suffit alors à soutenir le poids de l’avion.
b) Le vol.
Lors du vol, l’avion doit garder constamment les moteurs allumés pour ne pas générer une perte d’altitude contrairement aux planeur qui eux, utilisent les courants d’air pour se déplacer. Lors de perturbations, l’avion oriente les ailes de manière à toujours équilibrer les 4 forces.
c) L’atterrissage.
Pour atterrir, l’avion doit perdre de la vitesse et sortir le train d’atterrissage (s’il est repliable), se cabrer et poser les roues arrière avant les roues avant pour amortir le choc. L’atterrissage s’effectue face au vent afin de faciliter la manœuvre. Une fois à terre, les volets doivent être complètement sortis et la puissance des réacteurs peut être inversée pour servir de freinage.
les phases particulieres
le vol horizontal(1),laforce de propultion doit etreégal au poids .Anssi le pilote tire plus ou moins sur le manche,tout en actionnant la manette des gaz
En descente(2), une partie du poids est compensée par la portance et l'autre renforcée par la propultion.Afin de conserver la même vitesse, le pilote pousse le manche en avant en diminuant le régime du moteur.
le pilote doit accroîte la propultion:il tire le manche et auguemente le régime du moteur (3)
pendant le virage (4),le pilote commande la gouverne de direction par l'intermédiaire du palonnier.Il incline le manche à l'interieur du virage et appuie sur la pedale intérieur au virage .En plus, il doit auguementerle régime du moteur
comparaison du comportement
- Le comportement pour le décollage :Certains oiseaux doivent prendre de la vitesse pour pouvoir décoller ; les avions font de même. L’avion et l’oiseau se cabre, de manière à mieux « perforer » l’air. Ce sont les 2 manières essentielles du décollage. L’oiseau bat des ailes, tandis que l’avion se sert de la portance au niveau de ses ailes.
- Le comportement pour l’atterrissage :Il en est de même pour l’atterrissage : l’avion perd de l’altitude en diminuant sa vitesse, se cabre, puis touche terre, et l’oiseau fait de même, mais se sert du vol battu pour achever sa manœuvre d’atterrissage.
- Le comportement aérien :En vol, l’oiseau se sert des courant d’air pour se déplacer, reprendre de l’altitude, et les planeurs font de même. Les avions, comme les gros porteurs, doivent garder, comme vu précédemment, leurs moteurs en marches pour ne pas perdre d’altitude.
Planer:
Dans un premier temps, un planeur arrive à se maintenir en sustentation en générant une force compensant exactement son poids : c’est la portance.Dans tous les cas, on aboutit au fait que le planeur reste en l’air puisqu’il existe une dépression au-dessus des ailes (à l’extrados), et une surpression en dessous (à l’intrados).
En second lieu, une fois le principe de sustentation (propre à tous les avions) appréhendé, on peut s’interroger sur ce qui fait avancer le planeur. En effet, génération de portance signifie vent relatif, mais vent relatif signifie mouvement de l’appareil. Et c’est ici qu’intervient la spécificité des planeurs, « engins volants non motorisés ». En fait, l’astuce est de pencher le nez de celui-ci vers l’avant. Dans cette position, le système {planeur} est pseudo isolé est il conserve donc sa vitesse initiale donnée par un avion remorqueur… En l’interprétant par un bilan énergétique, la portance et la traînée consomment l’énergie dont elles ont besoin dans l’énergie potentielle de pesanteur, ce qui induit la perte d’altitude
Cependant, on vous expliquera la mécanique « du vol plané » plus detallé en s’intéressant plus précisément aux transferts d’énergies car c'est la plus grande difference avec l'avion :
c’est-à-dire en réalisant un bilan énergétique du système {planeur} en l’air.
En effet, on a déjà vu qu’une certaine puissance, était indispensable pour pouvoir voler. Et c’est ici qu’intervient la notion du travail d’une force. Lorsqu’une force s’exerçant sur un système travaille de façon motrice, celui-ci gagne de l’énergie ; et lorsque qu’elle travaille d’une manière résistante, celui-ci en perd. Ce phénomène s’applique parfaitement au planeur : la traînée travaille dans le sens opposé au mouvement du planeur, on dit qu’elle « consomme » en quelque sorte de l’énergie.
Le planeur, quelque soit sa phase de vol, possède une réserve d’énergie mécanique notée Em somme de deux d’énergies différentes :
- Energie cinétique de formule Ec=1/2mV²
- Energie potentielle de pesanteur telle que Ep=mgz
Avec m la masse du planeur. V sa vitesse.
z l’altitude du planeur.
g l’intensité de la pesanteur.
Ainsi une diminution de l’énergie cinétique équivaut à une diminution de la vitesse du planeur; et une perte d’énergie potentielle équivaut à une perte d’altitude.
Si le système était conservatif, les échanges entre ces deux énergies seraient infinies et le planeur pourrait gagner de la vitesse en perdant de l’altitude et inversement. Mais ceci est valable dans le cas où seul le poids travaille. Or les frottements entre l’air et l’appareil sont loin d’être négligeables, la traînée travaille, le système n’est alors plus conservatif, et son énergie mécanique totale diminue inexorablement sans aide extérieure.
=> Dès lors deux cas se présentent à nous :
- Si on décide de fixer l’énergie potentielle, on ne perd plus d’altitude. Mais la traînée entre autre va puiser son énergie là ou elle le peut c’est-à-dire dans l’énergie cinétique. Le planeur perd donc de la vitesse ! Cela n’est donc pas une bonne solution pour voler.
- Mais si on décide de laisser l’énergie potentielle comme source d’énergie ou la traînée pourrait venir puiser ce dont elle a besoin, on arriverait à conserver une énergie cinétique constante. Ceci équivaut à voler en ligne droite, à vitesse constante tout en perdant de l’altitude, et rien ne peut plus s’opposer au planeur jusqu’au sol.
Finalement, on aboutit au fait que pour voler un planeur doit nécessairement descendre.
Mais attention, un tel appareil peut aussi monter de ses propres ailes. C’est le cas de la voltige. En effet, c’est en réalité le couple altitude/vitesse qui constitue le réservoir énergétique du planeur (comme le sont les cuves à kérosène d’un airbus...). Si un planeur incline son nez vers le haut, il génère plus de portance, prend de l’altitude et donc gagne de l’énergie potentiel au déficit de l’énergie cinétique. Il lui suffit donc de redescendre pour reprendre de la vitesse.
Lors de ces échanges d’énergies, la traînée consomme toujours autant, seulement elle change sa source. Le mécanisme décrit plus haut peut donc être inversée. Cependant, c’est le seul valable pour un vol dit stabilisé.
Tout ceci nous amène à parler de la notion de finesse. La finesse d’un planeur représente sa capacité à planer. En effet, cette caractéristique correspond au rapport de la distance par l’altitude ou de la vitesse par le taux de chute, c'est à dire l'angle de piqué que doit adopter le planeur pour avoir une trajectoire rectiligne à vitesse constante. Par exemple, un planeur de finesse 40 pourra parcourir, à partir d’une altitude de 1000 mètres, une distance de 40 kilomètres avant de toucher le sol. En fait, la finesse dépend de l’aérodynamique de l’appareil : elle consiste à générer une portance optimale pour une traînée la plus réduite possible.
La finesse d’un planeur.
Ainsi, pour conclure cette partie, le vol d’un planeur est une longue glissade silencieuse, une descente lente et régulière. Cependant un planeur peut rester en l’air beaucoup plus longtemps. Pour cela, il suffit de recharger le réservoir d’énergie potentielle à l’aide de forces atmosphériques, et c’est ici que commence véritablement ce qu’on appelle le « vol à voile ». Mais comment réussit-il à utiliser l’énergie de l’environnement pour reprendre de l’altitude ?
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Et enfin, dernier point important, le vol à voile commence véritablement lorsqu’un planeur peut voler sur de longues distances. Or il descend toujours à taux fixe. Pour reprendre de l’altitude, un tel appareil peut utiliser des ascendances (thermiques ou orographiques) en utilisant le principe que l’air monte plus vite que lui ne chute, sur ces zones précises.
def :Vol à voile : vol sans moteur en usant d’ascendances pour parcourir de grandes distances ou pour des vols de longue durée.
