AÉRODYNAMIQUE

Centre de poussée et Foyer d'une aile



Centre de poussée

Le centre de poussée CP ou center of pressure (en anglais) est le point d'application de la résultante des forces de pression. En général, la détermination du CP est une procédure très compliquée car lorsqu'une aile se déplace à travers un flux d'air, la vitesse du flux d'air varie autour de la surface de l'aile. Cette variation de vitesse produit une variation de pression sur la surface de l'aile. Déterminer le CP nécessite l'utilisation de calculs et une connaissance de la répartition de la pression autour du corps. Nous pouvons caractériser la variation de pression autour de la surface comme une fonction p (x) qui indique que la pression dépend de la distance d d'une ligne de référence habituellement considérée comme le bord d'attaque de l'aile.
La distance du CP par rapport au bord d'attaque est déterminée comme suit:
                   d = ( ∫ p(x) . dx . x ) / ( ∫ p(x) . dx)
où p(x) est la pression régnant sur une surface dS = dx . 1 située à une distance x du bord d’attaque et égale à la différence entre les pressions intrados et extrados : p(x) = pi(x) – pe(x).
Le symbole représente l’intégrale (= somme) de la fonction p(x) ou p(x).x sur la totalité de la longueur de la corde (x variant de 0 à 1 ).
Source :Aérodynamique et Mécanique du vol de Jean-Pierre Duvivier.
Le CP est donc le point d’application de la résultante aérodynamique due aux effets de pression et de dépression générées par l’intrados et l’extrados de l’aile. Cette résultante  Lettre Ra peut-être décomposée en deux forces perpendiculaires. Une force perpendicualire au secteur du vent relatif (ou trajectoire) : la portance  Lettre Rz. Une force parallèle au secteur du vent relatif (ou trajectoire) : la traînée  Lettre Rz.   Voir La portance .

Centre de poussée pour un profil dissymétrique

La position du centre de poussée est définie par sa distance (d) par rapport au bord d’attaque de l’aile. La distance est exprimée en fraction de corde. La longueur totale de la corde est égale à 1. Mais cette distance peut être également exprimée en pourcentage. Sa position définie par rapport au bord d’attaque de l’aile se situe entre 25% et 50% de la partie avant du profil pour les angles d'incidence courants.
Le centre de poussée est généralement placé sur la corde de profil. Sa position varie selon les éléments suivants :
- Le type du profil ;
- L'allongement : quel que soit l'incidence, si l'allongement augmente, le centre de poussée se rapproche du bord d'attaque.
- L'angle d'incidence (d'attaque) et le coefficient de moment :
   - Si Cm > 0 le CP avance lorsque l'angle d'incidence augmente.
   - Si Cm = 0 le CP reste constant.
   - Si Cm < 0 le CP recule vers le bord de fuite lorsque l'angle d'incidence diminue.

CentrePousseeAvant

Pour un profil dissymétrique à courbure positive, le centre de poussée avance vers le bord d’attaque quand l'angle d'incidence de l’aile augmente. Aux fortes incidences le CP se retrouve en position extrême avant pour reculer brusquement lorsque l’incidence dépasse l’incidence de décrochage.

CentrePouseeAvant

A l’inverse, le centre de poussée recule vers le bord de fuite quand l'angle d'incidence diminue. Aux incidences voisines de l’incidence de portance nulle le CP se trouve en arrière de l’aile.

CentrePousseeArriere

Ci-dessous différentes distances (d) de la position du CP en fonction de l'incidence α (°) pour le profil NACA 2412 .
Source :Aérodynamique et Mécanique du vol de Jean-Pierre Duvivier.

α (°) -1 0 2 4 6 8 10
d 0,628 0,465 0,370 0,337 0,319 0,307 0,299


Influence des volets hypersustentateurs

La sortie des volets hypersustentateurs augmente la portance et déplace le CP vers l'arrière entraînant un moment de tangage.

Volet de Courbure Portance

Centre de poussée pour un profil symétrique

Pour un profil symétrique, les pressions sur l’extrados et l’intrados sont telles que la position du centre de poussée est fixe quelque soit l’incidence. Le CP est situé à environ 25% de la longueur de la corde de profil.

Foyer ou Centre aérodynamique d'une aile

Nous avons vu ci-dessus que le CP varie avec l'indence, mais il a été trouvé à la fois expérimentalement et analytiquement que, si la force aérodynamique est appliquée à une distance de 25% du bord d'attaque sur la corde de la plupart des profils aérodynamiques en écoulement subsonique incompressible (vitesse inférieure à Mach 0,4) l'amplitude du moment aérodynamique reste presque constante avec l'angle d'attaque. Ce point où le moment aérodynamique de l'avion reste constant (pas nul), est appelé Foyer ou centre aérodynamique ou aerodynamic center (en anglais). En utilisant le centre aérodynamique comme l'endroit où la force aérodynamique est appliquée élimine le problème du déplacement du centre de pression avec l'angle d'attaque dans l'analyse aérodynamique. La valeur de 25% est habituellement mentionnée dans les différents ouvrages, on retiendra donc cette valeur de 0,25 (1/4 de la corde) dans cette page.
Donc le Foyer est le point (fixe) d'application de la résultante des variations de portance dues aux variations d'incidence. Il se situe en arrière du CG.

Foyer CA

Pour les profils supersoniques, le Foyer se trouve aux alentours de 50% de la corde de profil.
Pour les profils symétriques, le moment aérodynamique autour du Foyer est nul pour tous les angles d'attaque.
Il existe un foyer voilure, un foyer empennage horizontal, un foyer fuselage et un foyer avion global.

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