POURQUOI UN AVION VOLE ?

Par l'Université d'Etat de la Georgie


Daniel Bernouilli ou Issac Newton

Comment les aéronefs obtiennent la portance nécessaire pour voler?
Les équations de Bernoulli ou les lois de Newton et la conservation du moment?
Cela a été et continue à être un débat très vif parmi ceux qui aiment voler et sont impliqués dans ce domaine. Si la question est "Quelle est la réponse physiquement correcte?" alors la réponse est claire - les deux sont correctes. Les deux sont basées sur des principes valables de la physique.
L'équation de Bernoulli est tout simplement une déclaration de principe de la conservation de l'énergie dans les fluides.
La 3ème loi de Newton et la conservation du moment sont aussi valables pour les principes de base. Cette validité physique n'apaisera pas les discussions, et cette page ne réglera certainement pas le débat . Mais elle peut peut-être indiquer les lignes de la discussion.

Loi de Newton

Ceux qui préconisent que la portance est obtenue par les lois de Newton font appel à l'existence d'une déflexion forte vers le bas en arrière de l'aile d'un avion en vol. Le fait que le flux d'air soit entrainé vers le bas implique clairement qu'il y aura une force ascendante sur l'élément aérodynamique en tant que réaction suivant la troisième loi de Newton.
Du point de vue de la conservation du moment, le flux d'air crée une force vers le bas en arrière de l'aile, en réaction l'aile doit avoir un moment vers le haut d'égale valeur.
Les partisans de cette théorie évoquent souvent le théorème de Kutta - Joukowski sur la portance d'un corps cylindrique en rotation. La portance de corps solides qui ont des coins pointus tels les bords de fuite à été clairement démontrée. Condition de Kutta
Kuethe et Schetzer indiquent la condition de Kutta comme suit:
Un corps avec un bord de fuite pointu qui se déplace dans un fluide va créer de lui-même une circulation d'une résistance suffisante pour maintenir le point de stagnation arrière du bord de fuite.

Nasa Portance Newton

Loi de Bernouilli

Ceux qui préconisent l'approche de Bernoulli mettent en avant les mesures détaillées des pressions entourant les ailes dans des souffleries et en vol. De telles mesures de pression sont typiquement faites avec des prises de pression totale. La corrélation des pressions avec l'équation de Bernoulli correspond raisonnablement avec les observations. Mais les opposants à la modélisation du processus de portance avec l'équation de Bernoulli soulèvent le fait que le flux d'air n'est pas incompressible, et donc les changements de densité dans l'air devraient être pris en compte. C'est exact. La loi des gaz parfaits doit être respectée et les changements de densité entraînent inévitablement un autre résultat. Mais cela ne rend pas l'équation de Bernoulli invalide, elle est tout simplement plus difficile à appliquer. Mais le succès pragmatique de modélisation de la portance avec Bernoulli, en négligeant les changements de densité, donne à penser que les changements de densité sont faibles.
En effet ces changements de densité sont petits parce que les changements de pression sont faibles par rapport à la pression atmosphérique totale.
Des difficultés pragmatiques existent aussi pour ceux qui modélisent la portance avec la troisième loi de Newton. Il est difficile de mesurer la force vers le bas associée à la déflexion vers le bas car elle est noyée dans le flux d'air quittant le bord de fuite de la voilure.
Les détracteurs de l'approche de Bernoulli font souvent des calculs en utilisant le théorème de Kutta - Joukowski . Gale M.Craig (Stop Abusing Bernoulli! How Airplanes Really Fly, Regenerative Press, Anderson, Indiana, 1997).

Nasa Portance Bernouilli

Vol inversé.

Une partie de la fascination dans les meetings aériens sont les acrobaties aériennes dont le vol à l'envers c'est à dire sur le dos. Si la portance est due à différence de courbure entre le dessus de l'aile (extrados) et le dessous de l'aile (intrados) selon le principe de Bernoulli, alors comment expliquer qu'un aéronef puisse voler sur le dos (vol inversé).
Comment expliquer également que la plupart des avions de voltige ont des ailes symétriques.
Depuis les premiers avions jusqu'à nos U.L.M. modernes, les ailes faites avec une simple toile tendue fonctionnent correctement. La différence de trajet de l'air n'est donc pas la bonne explication.
En réalité l'augmentation de la vitesse du flux d'air au-dessus de l'aile provient de l'angle que fait le vent relatif avec la corde (ligne droite joignant le bord d'attaque au bord de fuite). Cet angle est appelé angle d'attaque ou incidence.


Nasa AileInverse

Angle d'attaque suivant la position de l'aile


Image Haut de page