AÉRODYNAMIQUE

LA PORTANCE



- Facteurs influents

-Influence des dispositifs hypersustentateurs

- Influence de la densité de l'air

- Influence de la rugosité

Introduction

La portance aérodynamique est la composante de la force subie par un corps en mouvement dans un fluide qui s'exerce perpendiculairement à la direction du mouvement. Définition Wikipédia.

Aileschema RzRx

La portance est l'une des composantes de la force aérodynamique  Lettre Ra. Cette force est perpendiculaire au secteur du vent relatif.


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Facteurs influents

Les forces aérodynamiques de portance et de traînée dépendent de plusieurs facteurs dont les plus importants sont les suivants:
- La vitesse du vent relatif (V)
- La masse volumique de l'air ( ρ )
- La forme du profil
- L'incidence ( α )
- La surface alaire (S)
- Les conditions de surface (rugosité)
- La compressibilité
La portance sera donnée par l'équation:

Rz = 1/2 ρ V2 x S x Cz

Comme toutes les forces aérodynamiques, la portance dépendra:
- de la pression dynamique 1/2 ρ V2
- de le surface alaire S
- et d’un coefficient de traînée induite Cz
Ci-dessous la courbe du coefficient de portance Cz en fonction de l'incidence α
A noter que cette courbe est celle d'un profil dissymétrique car à incidence nulle , la portance est encore positive. La portance deviendra nulle pour une incidence négative.

Courbe portance

On constate sur le dessin ci-dessus que le coefficient de portance Cz augmente avec l'incidence α et que sa valeur maximum sera le Czmax.
Au-delà de cette incidence critique l'aile décroche. Voir Influence de l'angle d'incidence
Note : L'incidence de décrochage varie selon le profil de l'aile.


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Influence des dispositifs hypersustentateurs

Le but des dispositifs hypersustentateurs est de diminuer la vitesse de sustentation en augmentant le Czmax par déploiement de surfaces mobiles entraînant une augmentation de courbure, et pouvant être associé à un recul de ces surfaces pour augmenter la surface alaire.
Attention : Sur les schémas ci-dessous les différentes courbes sont données à titre indicatif et ne représentent aucune valeur réelle.

Dispositifs de bord d'attaque

Leur but est de diminuer les distances de décollage et d'atterrissage, donc de diminuer la vitesse de sustentation en augmentant le Cz max par l'augmentation de l'angle d'attaque auquel va se produire le décrochage. Cette augmentation est obtenue grâce au déploiement de surfaces mobiles qui s'écarte vers l'avant et vers le bas.
Ces becs cumulent donc plusieurs effets:
- augmentation de courbure,
- augmentation de la surface alaire,
- retardement du décollement des filets d'air sur l'extrados de l'aile.
Voir Différents dispositifs de bord d'attaque

Courbe des CZ = ƒ (incidence)

Augmentation du Cz max par augmentation d'incidence.

Influence des Becs sur CZ

Dispositifs de bord de fuite

Appelés volets ou Flaps (en anglais), ils se situent au bord de fuite de l'aile entre les ailerons et le fuselage. En augmentant la courbure de l'aile il augmente la portance mais aussi la traînée. Certains volets comme le volet Fowler combine un déplacement vers l'arrière pour augmenter la surface alaire avec un braquage vers le bas pour augmenter la courbure associée à une fente pour traiter la couche limite sur l'extrados du volet.
Voir Différents dispositifs de bord de fuite

Portance braquage Volets

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Influence de la densité de l'air

La densité de l'air affecte les performances de l'avion. La densité dépend de la pression, de la température et de l'humidité donc de l'altitude. Tous changements d'altitude aura une influence sur la densité de l'air. Ainsi la portance et la traînée varieront proportionnellement avec la densité de l'air.


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Influence de la rugosité

Si les pilotes connaissent les effets aérodynamiques néfastes du givre, de la neige ou du brouillard givrant adhérant à la surface de l’aile, ils sous-estiment en général (sauf les pilotes de planeurs très attentifs à la propreté des ailes) les larges accumulations de débris d’insectes, de la peinture écaillée ou une distribution de rivets grossiers sur la surface de l’aile.
Pour une rugosité de l’extrados s’étendant sur toute l’envergure de l’aile vers le bord de fuite sur des longueurs variables, les effets caractéristiques sont:
- une réduction du coefficient de portance maximum Cz max
- donc une augmentation de la vitesse de décrochage
- une réduction de l’incidence à laquelle se produit le décrochage
- une augmentation rapide de la traînée après décrochage

Portance rugosite

Comme on peut s’y attendre, la zone du bord d’attaque de l’aile est la plus sensible à la rugosité de surface, mais les effets deviennent de plus en plus défavorables lorsque l’épaisseur de la rugosité augmente et qu’elle s’étend de plus en plus vers le bord de fuite. Ils peuvent engendrer une réduction importante de la portance à une incidence donnée et un accroissement de la traînée parasite de l’aile.
Les effets des différentes formes de rugosité de surface de l’aile sur le Cz max d’une aile varient en fonction de la position des dispositifs hypersustentateurs.
Le braquage des volets de bord de fuite tend à accroître les effets de la rugosité de manière significative.
Par contre les systèmes hypersustentateurs de bord d'attaque s'étendant sur toute l'envergure tendent à supprimer les effets défavorables des rugosités de faible amplitude, mais n'ont qu'une faible influence lorsque les rugosités deviennent importantes.
Ce qui complique encore davantage la situation c’est que le décrochage précoce dû aux effets de la rugosité de surface se produit à une incidence inférieure à la normale.
En résumé, un avion affecté par une rugosité de surface de l'aile décrochera prématurément et même, dans certain cas, avant atteint l'incidence de déclenchement de l'avertisseur de décrochage.

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