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2010 
Aile Hydrofoil et voiles
| traînée et portance | éléments de pale ou d'aile | les pertes en bout d'aile ou de pale... |
L'objectif ici est de rappeler les notions de base nécéssaires à la construction d'une aile d' un hydrofoil ou d'une hélice.(l'hélice peut etre considérée comme une aile tournante).
Nous ne ferons, pour l'instant, aucune différence entre une aile et un foil car à part la cavitation le principe est le meme.
Comprendre ce qu'il se passe sur aile et la faire voler, cela a prit à l'humanité quelques siecles...et cela risque de nous en prendre encore du temps pour le faire avec aussi peu d'énergie et de moyens que sait le faire la nature.
On peut mesurer la qualité d'une aile d'apres son utilité premiere, celle de transporter un objet d'un point à un autre. Déplacer une enclume sur 10 metres avec un petard de 10 megatonnes c'est impressionant mais un peu cher.
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L'objectif, c'est de faire voler l'objet le plus lourd possible avec le moins d'énergie possible. La notion de vitesse de transport est importante car prendre dix jours pour faire 10 metres, meme une huitre peut le faire.
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Une aile de qualité, sera donc celle qui nous permet de porter la charge désirée, à la vitesse choisie, en lui appliquant le minimum de force. Pour estimer la qualité de notre aile, nous comparons donc la force qu'elle produit(la portance) et la force qu'elle consomme(la trainée), à la vitesse de fonctionnement souhaitée.
- La portance c'est la gentille force perpendiculaire au courant de fluide qui porte l'aile qui génére la poussée de l'hélice. La portance c'est bien!
- la traînée c'est la méchante force tire l'aile dans le sens du courant de fluide, qui empêche l'aile d'avancer, l'hélice de tourner.La trainée c'est pas bien! Cest la traînée qu'il faut compenser en apportant de l'énergie sur l'arbre d'hélice pour la faire tourner.
les essais en soufflerie (numerique ou experimentale) nous donnent le Cx(coefficient de trainée) et le Cz(coefficient de portance) des profils.
- La formule de la portance: Portance(2D)(en Newtons)=
Cz X surface aile(m²) X Masse volumique fluide(Kg/m3) X ( vitesse fluide²(m/sec)/2).
- pour la traînée c'est pareil mais avec le Cx:Traînée(2D)(en Newtons)=
Cx X surface aile(m²) X Masse volumique fluide(Kg/m3) X ( vitesse fluide²(m/sec)/2)
Constatez que la traînée et la portance augmentent avec le carré de la vitesse.
La trainée et la portance d'une hélice dans le logiciel HELICIEL
Les éléments de pale ou d'aile:
Pour analyser et comprendre ce qu'il se passe sur une aile ou une pale d'hélice, il est pratique de la découper en tranches.
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En partant de la base vers la bout de la pale ou de l'aile, la forme des sections, se sont les profils. Les profils décrivent les formes en coupe de notre pale. Un élément encadré par 2 profils, c'est ce que nous appelerons un élément de pale ou d'aile .
Splashscreen du logiciel HELICIEL représentant les élément et leurs profils 
Grâce aux performances des profils qui encadrent un élément, nous savons calculer la trainée et la portance d'un élément. La méthode des éléments de pales permet le calcul des hélices. Ce calcul necéssite quelques précautions...
La longueur de la pale ou aile: La troisième dimension, celle des fuites:
Il est important d' ajouter, que les traînées et portances données par ces formules, sont des valeurs théoriques, ne prenant pas en compte certaines pertes. Ces traînées et portances théoriques, mesurées en soufflerie ou calculées par méthodes numeriques, sont nommées performances 2D (2 dimensions) ou encore "performance d'aile d'envergure infinie". 2D, car elle ne prennent pas en compte les phénomènes de la troisième dimension: La longueur de la pale ou aile. La portance c'est le résultat de la différence de pression entre le dessus et le dessous de l'aile. Plus cela pousse dessous et tire dessus, plus cela porte! Mais plus la différence de pression est importante, plus les fuites sont importantes, car plus le fluide à envie de passer de l'autre coté par le chemin le plus court qu'il trouvera! Le chemin le plus court c'est le bout de l'aile ou de la pale.
y a pas photo...
Moralité: Plus il y a de portance pres du bout de l'aile, plus il y a de fuites. Plus la pale ou l'aile est courte plus il y a de fuites. Une pale idéale qui n'aurait pas de fuite aurait un rendement égal au performances 2D de ses profils.
La notion d'allongement nous aide à évaluer la tendence au fuites de notre aile.
pour une aile rectangulaire l' allongement = envergure(longueur de laile)/ corde(largeur de l'aile):
Une formule valable pour toutes les formes d'aile utilise la surface et l'envergure:
Allongement(toutes formes d'ailes)= envergure aile/(surface aile)²
Un fort allongement c'est une portance repartie sur une grande surface donc une différence de pression entre l'intrados et l'extrados ne donnant pas trop au fluide l'envie de passer de l'autre coté.C'est tres bien
Si la portance est répartie pour qu'elle soit le plus loin possible du bout de l'aile cela fera plus de chemin pour passer de l'autre coté et cela limitera les fuites.C'est tres bien. La forme d'aile qui théoriquement répartie la portance le plus loin du bout, c'est l'ellipse.Certains avions ont donc tout bonnement adopté des ailes elliptiques.
le spitfire et ses ailes elliptiques concentrant la portance
le plus loin possible du bout de l'aile pour eviter les fuites.
Dans la pratique, une forme trapezoidale est suffisante pour bénéficier d'un effet proche de l'optimum.
Un autre dispositif permet de diminuer les fuites de bout de pales en plaçant une barriere: Les winglets.C'est tres bien.
Conjuger l'allongement, une bonne répartition de la portance et des winglets c'est tres tres tres bien.
Le projet Solar Impulse vise à faire décoller et voler de façon autonome,
de jour comme de nuit, un avion propulsé exclusivement à l' énergie solaire,
jusqu'à effectuer un tour du monde sans carburant ni pollution Et c'est tres tres tres bien!
Vous connaissez maintenant les principes de base qui vous permettrons d'orienter vos choix lorsque vous choisirez les différents parametres de géometrie votre aile foil ou hélice dans HELICIEL :
Dans l' onglet dimensions pale ou aile une série de curseurs permet de modeler la forme de votre pale ou aile dans toutes ses dimensions.
Nous allons maintenant aborder un phénoméne specifique aux hydrofoils et aux hélices marines:
Si vous désirez en savoir plus sur les méthodes de calcul d'aile et d'hélice ...
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