Epaisseur d'une aile en fonction de l'utilisation

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Bacab
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Epaisseur d'une aile en fonction de l'utilisation

#1

Message par Bacab »

Bonjour à tous !

Dans le cadre d'un de mes TP on doit comparer les performances de trois profils d'aile d'avion: un épais, un semi-épais et un mince. En conclusion on est sensé reconnaître le type d'avion correspondant au profil de l'aile. La correspondance aile mince/avion de chasse est facile à faire: peu de résistance de l'aile et angle de décrochage beaucoup plus élevé que les autres. Pour le profil semi-épais et pour le profil épais j'ai du mal à faire la différence en revanche. Sauriez vous me dire en quoi le profil épais correspond bien à un avion de transport lent et un profil semi-épais à un avion de ligne ?

Je vous remercie par avance pour vos réponses.

SpruceGoose
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Re: Epaisseur d'une aile en fonction de l'utilisation

#2

Message par SpruceGoose »

Mouuu...ui ! Ton analyse n'est pas fausse.

Pour faire simple :
- profil à épaisseur relative faible -> avion où la vitesse est souhaitée prépondérante
- profil à épaisseur relative importante -> étant donné la traînée importante, il n'est pas question d'exiger une vitesse importante
- profil à épaisseur relative intermédiaire -> avion avec compromis où la vitesse importe mais pas seulement (traînée pas trop élevée, avec une portance pas trop faible)

Etant donné que le carburant est principalement contenu dans les ailes et que l'on désire des temps de vol minimaux i.e proche transonique (on répartit ensuite en fuselage s'il y a de la place) on peut comprendre aisément que pour un avion de transport commercial on puisse faire le choix d'un profil à épaisseur relative ni trop faible, ni trop élevée.

Après, si on veut rentrer dans les détails, le choix d'un profil pour un constructeur d'avion est assez complexe; elle demande une analyse très fine des exigences de l'exploitant.

Ce qui est sûr est que l'on désire toujours le meilleur rendement possible du profil au régime de croisière, et comme il n'y a pas de profil idéal, l'exploitant adopte des régimes de vol de croisière différents i.e incidences différentes en fonction des spécificités propres à l'exploitation.

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Bacab
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Re: Epaisseur d'une aile en fonction de l'utilisation

#3

Message par Bacab »

Merci ! Bon ben ça m'avance pas: les bachibouzouks qui ont fait le TP ont pas fait gaffe que le profil d'aile épais qu'ils ont donné à étudier était beaucoup plus récent dans sa conception que le profil semi-épais. Du coup niveau perf le profil semi-épais il a juste une super portance et une super résistance contrairement au profil épais qui lui a une portance moindre mais drag moins. Tu parles d'exemples parlant !
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pipo2000
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Re: Epaisseur d'une aile en fonction de l'utilisation

#4

Message par pipo2000 »

Récent ou pas, un profil épais reste un profil épais. Par conséquent la proposition initiale est fausse, peut être même le choix du profil était judicieux :Jumpy: :cheer:

Vous pouviez faire varier l'incidence du profil sur le banc d'essai ? Les courbes polaires (Cz en fonction de Cx) apportent plus d'infos. L'idée de carburant paraît pas mal aussi.
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Bacab
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Re: Epaisseur d'une aile en fonction de l'utilisation

#5

Message par Bacab »

pipo2000 a écrit :Récent ou pas, un profil épais reste un profil épais. Par conséquent la proposition initiale est fausse, peut être même le choix du profil était judicieux :Jumpy: :cheer:

Vous pouviez faire varier l'incidence du profil sur le banc d'essai ? Les courbes polaires (Cz en fonction de Cx) apportent plus d'infos. L'idée de carburant paraît pas mal aussi.
Pas de bancs d'essai. A la base j'étudie l'électronique et j'ai ce TP que dans le cadre d'une initiation à l'aéronautique. Oui j'ai les courbes, je les joins à ce message:
Profil épais
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Profil semi-épais
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pipo2000
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Re: Epaisseur d'une aile en fonction de l'utilisation

#6

Message par pipo2000 »

Salut Bacab, merci pour les courbes. L'idéal serait de les superposer, ou de les mettre à la même échelle. Il faudrait que l'axe des abscisses parte de zéro pour la lisibilité (tangente à l'origine, cf point suivant)

Tu peux exploiter les courbes en traçant les points suivants (corrigez moi si je me trompe)

1) point de portance nulle à l'intersection de la polaire et de l'axe des Cx; il donne la traînée à portance nulle.
2) point de traînée minimale, déterminé avec la tangente verticale à la courbe.
3) point de finesse maxi, déterminé avec la tangente à la courbe qui passe par l'origine; c'est le point pour lequel on a le plus grand rapport Cx/Cz
4) point de portance maximale, déterminé avec la tangente horizontale à la courbe.
5) point de décrochage, visible sur ta première courbe
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Bacab
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Re: Epaisseur d'une aile en fonction de l'utilisation

#7

Message par Bacab »

pipo2000 a écrit :Salut Bacab, merci pour les courbes. L'idéal serait de les superposer, ou de les mettre à la même échelle. Il faudrait que l'axe des abscisses parte de zéro pour la lisibilité (tangente à l'origine, cf point suivant)

Tu peux exploiter les courbes en traçant les points suivants (corrigez moi si je me trompe)

1) point de portance nulle à l'intersection de la polaire et de l'axe des Cx; il donne la traînée à portance nulle.
2) point de traînée minimale, déterminé avec la tangente verticale à la courbe.
3) point de finesse maxi, déterminé avec la tangente à la courbe qui passe par l'origine; c'est le point pour lequel on a le plus grand rapport Cx/Cz
4) point de portance maximale, déterminé avec la tangente horizontale à la courbe.
5) point de décrochage, visible sur ta première courbe
Ah si seulement mais je peux pas superposer les courbes et changer l'échelle, j'ai pas le soft de simulation avec moi.
Quelques données en plus: le décrochage je l'ai pour les deux cas: 12° d'angle d'attaque. La finesse max est de 70+ dans le cas du profil semi-épais, 50 et plus dans le cas du profil épais. J'ai aussi le rapport (Cz^3/2)/Cx en fonction de l'angle d'attaque. Il varie entre 0 et 80 pour le profil semi-épais et entre 0 et 60 pour les profil épais.
Le truc c'est que je sais pas interpréter ces données pour dire: "ça c'est un avion de ligne, ça c'est un avion de transport à basse vitesse".
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S-Eagle
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Re: Epaisseur d'une aile en fonction de l'utilisation

#8

Message par S-Eagle »

Perso je comprends pas, un avion de ligne c'est un avion de transport nan ?
Le fait qu'on mette des bipèdes ou des caisses en bois dedans change pas le principe :exit:

335th_Aymi
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Re: Epaisseur d'une aile en fonction de l'utilisation

#9

Message par 335th_Aymi »

Par avion de transport a basse vitesse, je verrais un Twin-Otter ou un PC-6, qui ont bien le profil épais, bien différents d'un 737 par exemple :yes:

SpruceGoose
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Re: Epaisseur d'une aile en fonction de l'utilisation

#10

Message par SpruceGoose »

Le problème qui t'est posé est trop simpliste car une aile est optimisée par un profil qui peut varier de l'emplanture vers l'extrémité, la cambrure intervient, le dièdre, la charge alaire, la distribution du Mach sur l'intrados et extrados, idem pour la distribution du coefficient de pression, la torsion de l'aile, l’allongement, l’effilement etc...

Lire mon post #79 :

http://www.checksix-forums.com/viewtopi ... ue#p997596

Pour l'avion de ligne le profil à Cz/Cx max est à prendre.

Pour ton histoire de Cz3/2 sur Cx, s’il est élevé cela signifie que la puissance requise est faible ; donc influe sur les performances en montée et d’autonomie maximale pour un avion à hélice (pas à réaction).

Je ne vois pas ce que l’on cherche réellement concernant ton TP étant donné que rien n’est défini proprement i.e quelles paramètres cherche-t-on à optimiser sur l’avion en question qui permettent de définir un profil à choisir.

Veut-on un avion qui puisse aller le plus loin possible, qui puisse enir en l’air le plus longtemps possible, qui puisse planer le mieux possible, qui puisse avoir un Mach transonique le plus élevé possible, qui puisse avoir une marge de Mach transonique la plus élevée possible, qui puisse décoller le plus court possible, qui puisse avoir un taux de montée le plus élevé possible etc…

La solution à ton exercice ne peut pas être obtenue par la simple question "On vous donne 2 profils, sur quels avions allez-vous les placer ?".

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Bacab
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Re: Epaisseur d'une aile en fonction de l'utilisation

#11

Message par Bacab »

SpruceGoose a écrit :Pour ton histoire de Cz3/2 sur Cx, s’il est élevé cela signifie que la puissance requise est faible ; donc influe sur les performances en montée et d’autonomie maximale pour un avion à hélice (pas à réaction).
Ha c'est un truc que j'avais mal compris de mon cours. Et la question à laquelle je dois répondre est:
"Faire une étude comparative entre les 3 profils assignés et faites une discussion sur le choix du profil en
fonction de type d’avion :
· Moins de 6% pour un profil qualifié de mince (avions de chasse);
· Entre 6% et 12% environ pour un profil semi-épais (avions de ligne);
· Plus de 12% pour un profil épais (avion de transport à basse vitesse);"

SpruceGoose
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Re: Epaisseur d'une aile en fonction de l'utilisation

#12

Message par SpruceGoose »

Dans ce cas, il faut faire comme pipo2000 l’a indiqué i.e faire un tableau en notant toutes les valeurs remarquables fonction de l’incidence.

Le problème, c’est après… je ne connais le contenu de votre cours rapide concernant la mécanique du vol.

Cz maxi : intérêt -> avoir une vitesse d’atterrissage faible, donc piste courte
Cx mini : intérêt -> faible traînée donc accélération et vitesse élevée avec moteur peu puissant
Cz/Cx maxi : intérêt -> meilleure distance en vol plané – mais au-delà voir mon post cité précédemment ; et consommation horaire mini - poussée mini de vol – autonomie maximale (réacteur) – montée pente maxi (réacteur et piston)
Cz3/Cx2 maxi : intérêt -> autonomie maximale pour avion à moteur à piston (vol à puissance mini) - montée Vz maxi et plafond de propulsion (piston)
Cz/Cx2 maxi : intérêt -> rayon d’action maximal (réacteur)

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jeanba
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Re: Epaisseur d'une aile en fonction de l'utilisation

#13

Message par jeanba »

Bacab a écrit : Ah si seulement mais je peux pas superposer les courbes et changer l'échelle, j'ai pas le soft de simulation avec moi.
Digitalise le scan avec par exemple engauge digitizer :
http://digitizer.sourceforge.net/
Tu pourras mettre tes courbes dans excel et les retrarvailler
Je l'ai fait des dizaines de fois du temps où on passait du papier au numérique.
Edit : en fait, je mesurais les points sur le papier à la règle et je les rentrai dans excel, quand ce type de logiciel + scanner est sorti, j'ai multiplié par 100 ma productivité ...
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Bacab
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Re: Epaisseur d'une aile en fonction de l'utilisation

#14

Message par Bacab »

Il n'y a rien à faire, le profil épais je ne lui trouve aucun avantage:
-finesse moins bonne que le profil semi-épais (quelque soit l'incidence);
-coefficient de portance systématiquement en dessous de celui du profil semi-épais (quelque soit l'incidence);
-coefficient de trainé supérieure (quelque soit l'incidence).

Je ne trouve pas de cas où on aurait intérêt à choisir ce profil.
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Azrayen
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Re: Epaisseur d'une aile en fonction de l'utilisation

#15

Message par Azrayen »

Et en allant un peu "out of the box" ?
Epais = gros longerons = aile plus costaude = meilleure aptitude "je poste partout, même si terrain merdique"
Epais = gros réservoirs = meilleure autonomie malgré les perfs aéros moyennes (d'autant plus si avion "basse" vitesse)

Des idées lancées en l'air, comme ça.
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Bacab
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Re: Epaisseur d'une aile en fonction de l'utilisation

#16

Message par Bacab »

Oui pas bêtes mais du coup je sort du cadre du TP. C'est ce que je ferais si je trouve rien d'autre à raconter. Merci !
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pipo2000
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Re: Epaisseur d'une aile en fonction de l'utilisation

#17

Message par pipo2000 »

Pourtant tu as déjà beaucoup à raconter :yes:

Avec une petite conclusion du style "En conséquence nous ne trouvons pas de justifications aérodynamiques simples au choix du troisième profil proposé. Notons que celui-ci présente un avantage structurel (résistance terrain sommaires, emport carburant). Une erreur dans le protocole d'essais est possible (campagne courte), de plus il conviendrait d’étudier la précision des mesures...."

P.S : tu parlais de Cz^(3/2)/Cx ; est-ce que tu peux préciser la façon d'arriver à ce résultat ? (a priori c'est le rapport entre deux énergies ? )
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Bacab
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Re: Epaisseur d'une aile en fonction de l'utilisation

#18

Message par Bacab »

Oui oui j'ai beaucoup à raconter mais si j'en avais eu plus cela n'aurait été que mieux :)

Pour le rapport Cz^3/2/Cx il est donné dans mon cours avec cette explication (j'ai enlevé de la prose):
La puissance requise pour propulser l'avion est proportionnelle au produit de la trainée par la vitesse.
Supposons un avion en vol horizontale. La portance est constante et égale au poids. La trainée est inversement proportionnelle au rapport Cz/Cx.
Dans la formule 1/2*p(rho)*V²*S*Cz seule la vitesse n'est pas constante. V est donc inversement proportionnelle à Cz^1/2.
D'où la puissance inversement proportionnelle à (Cz/Cx)Cz^1/2=Cz^3/2/Cx.

En tout cas merci à tous pour vos réponses.

SpruceGoose
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Re: Epaisseur d'une aile en fonction de l'utilisation

#19

Message par SpruceGoose »

Bacab a écrit : Pour le rapport Cz^3/2/Cx il est donné dans mon cours avec cette explication (j'ai enlevé de la prose):
La puissance requise pour propulser l'avion est proportionnelle au produit de la trainée par la vitesse.
Supposons un avion en vol horizontale. La portance est constante et égale au poids. La trainée est inversement proportionnelle au rapport Cz/Cx.
Dans la formule 1/2*p(rho)*V²*S*Cz seule la vitesse n'est pas constante. V est donc inversement proportionnelle à Cz^1/2.
D'où la puissance inversement proportionnelle à (Cz/Cx)Cz^1/2=Cz^3/2/Cx.
Puissance nécessaire Wn est égale au produit Trainée par Vitesse (en fait Traction par Vitesse avec Traction = Traînée en palier stabilisé) .
Portance et Traînée sont égaux à 1 /2 ro S Vcarré Cz et Cx respectivement.

Dans Wn remplacer Traînée par son expression et V par son expression tirée de Portance et on voit que cette Wn est exprimée en fonction de Cx2 / Cz3 (qui doit donc être mini si on veut Wn mini - signifiant que pour un avion à moteur piston, l'autonomie sera maximale (voler le plus longtemps possible)).

Lorsque que l'on exprime Vitesse V de l'expression de l'équation de sustentation Poids mg = Portance = 1/2 ro S V2 Cz on voit que la seule variable est Cz (ici 1 sur racine de Cz), signifiant que plus Cz est élevé, plus V la vitesse de vol palier pourra être faible - cas de ton avion de transport lent.

Avion en palier stabilisé :
Traction (Poussée) = Traînée
Poids mg = Portance
Donc le rapport Traction sur Poids mg = Traînée sur Portance = 1 sur finesse ou bien (Cx/Cz)
D’où Traînée = Poids mg / finesse
Signifiant que Traînée est mini si finesse est maxi - cas de ton avion rapide. Ou encore que la poussée mini de vol est obtenue à incidence de finesse maxi ce qui correspond au régime d'autonomie maxi pour un avion à réaction.

Il faut donc comparer toutes les valeurs remarquables des polaires pour une incidence identique (environ) de croisière et effectuer son choix.

* * *

ceramix
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Re: Epaisseur d'une aile en fonction de l'utilisation

#20

Message par ceramix »

tiens, je voyais ça en fonction de la motorisation (donc vitesse):
(chasseur : super fin, c'est un cas à part)
liner réaction : efficacité vers mach 0.8 en haute altitude, donc supercritique, fin avec flèche.
turboprop : possibilité de profil laminaire, aile droite à fort allongement (permet de voler plus haut,moins de trainée induite), là le profil plus épais est meilleur en poids/rigidité.

Je l'admets, c'est pifométrique . :hum:
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dimebug
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Re: Epaisseur d'une aile en fonction de l'utilisation

#21

Message par dimebug »

fait aussi un comparo decrochage a basse vitesse a charge alaire égale, puis bascules sur des cas types ULM, Tourisme, petits transport... Pour ce qui est Liner ou Chassou, les ailes ont un degres de complexité peu compatible avec un "petit" TP.
L'intérêt de prendre les ULM c'est que tu as des machines bien cadré point de vue paramètres, mais avec de grandes différences de caractéristiques de vol et profils d'ailes. Tu as des machines qui volent de 50 a 120km/h, d'autres de 80 a 270 Km/h (soit 80 km/h de plus qu'un cessna 152...) . Toutes font le même poids en général. Ce qui change c'est la charge alaire, la puissance moteur (plafonée a 75kW), le profil d'aile et les perfos aerodynamqiue du fuso.

Ce qui va definir le choix d'un profil d'aile c'est le cahier des charges de l'appareil, type de terrain d'emploi, rayon d'action souhaité, emports... Un profil épais est typiquement destiné aux appareils volant ou approchant a faible vitesse tout en gardant une aile "la plus simple possible, donc pas chere". Un profil fin privilégiera la vitesse mais si couplé a des artifices (volets...mais plus chere) peut offrir un comportement a basse vitesse raisonnable.

Pour l'angle de decrochage chassou beaucoup plus elevé que les autre c'est partiellement vrai et c'est tirer des conclusions un peu vite, il y a surtout beaucoup d'artifices pour y arriver, ce n'est pas "lié qu'au profil de l'aile".
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Re: Epaisseur d'une aile en fonction de l'utilisation

#22

Message par Col. Chibani »

En ce qui me concerne (notez que je n'y connais rien en aérodynamique), l'aile épaisse me fait irrésistiblement penser aux chasseurs anglais : Hurricane, Typhoon, Tempest.
Dans ce cas, le besoin était de loger les trains principaux, le carburant et l'armement (bien que la vitesse restait un facteur important).
D'ailleurs, selon le Grand Cirque, l'aile du Tempest était moins épaisse que celle du Typhoon, car les ingénieurs anglais avaient mis au point des pneus plus fins.

On s'eloigne de ton sujet, mais tu pourrais meubler ton intro avec ça.

Sinon, il y a aussi le profil supercritique, qui, sur ce Crusader de la NASA, a une aile épaisse à l'emplanture, mais fine aux extrémités (loi des aires ?), mais je ne sais pas si y a un rapport.

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En repensant à Dryden, il faudrait également voir du côté des fuselages porteurs / "blended wing body" (forcément épais), et des "lifting bodies".

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Bacab
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Re: Epaisseur d'une aile en fonction de l'utilisation

#23

Message par Bacab »

Niveau information je n'ai que les Cx et Cz (et valeurs dérivées) qui me sont données pour faire l'analyse. Et je fais pas d'études d'aéro non plus, c'est dans le cadre de l’introduction aux instruments de vol électronique que j'ai le TP.

SpruceGoose
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Re: Epaisseur d'une aile en fonction de l'utilisation

#24

Message par SpruceGoose »

Bacab a écrit :Niveau information je n'ai que les Cx et Cz (et valeurs dérivées) qui me sont données pour faire l'analyse. Et je fais pas d'études d'aéro non plus, c'est dans le cadre de l’introduction aux instruments de vol électronique que j'ai le TP.
Mais quel est donc le rapport pertinent entre l'aérodynamique des profils d'ailes et la conception des EFIS ?

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pipo2000
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Re: Epaisseur d'une aile en fonction de l'utilisation

#25

Message par pipo2000 »

Merci, on a donc dans le cas d'un vol en palier

- Wn = 1/2*rho*S*Cx*V^3 (bilan puissance)
- V^2 = 2mg/(rho*S*Cz) (équilibre force verticales)

=> Wn = alpha * Cx/Cz^(3/2) (avec alpha un gros pataquès)

@ SpruceGoose
Tu insistes sur le fait que que le bilan de puissance n'est valable que pour un avion à hélice. Pourquoi ?
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