en aérodynamique, la traînée aérodynamique est la force de traînée du fluide qui agit sur tout corps solide en mouvement dans la direction du flux libre du fluide. Du point de vue du corps (approche en champ proche), la traînée résulte des forces dues aux distributions de pression sur la surface du corps, symbolisées D p r {\displaystyle D_{pr}} , et des forces dues au frottement de la peau, résultant de la viscosité, notées D f {\displaystyle D_{f}} ., Alternativement, calculée à partir de la perspective du champ de flux (approche en champ lointain), la force de traînée résulte de trois phénomènes naturels: les ondes de choc, la feuille de vortex et la viscosité.

OverviewEdit

la distribution de pression agissant sur la surface d’un corps exerce des forces normales sur le corps. Ces forces peuvent être additionnées et la composante de cette force qui agit en aval représente la force de traînée, D p r {\displaystyle D_ {pr}}, en raison de la répartition de la pression agissant sur le corps., La nature de ces forces normales combine des effets d’ondes de choc, des effets de génération de système de vortex et des mécanismes visqueux de sillage.

La viscosité du liquide a un effet majeur sur la traînée. En l’absence de viscosité, les forces de pression agissant pour retarder le véhicule sont annulées par une force de pression plus à l’arrière qui agit pour pousser le véhicule vers l’avant; on parle de récupération de pression et le résultat est que la traînée est nulle. C’est-à-dire que le travail du corps sur le flux d’air est réversible et récupéré car il n’y a pas d’effets de friction pour convertir l’énergie du flux en chaleur., La récupération de pression agit même en cas d’écoulement visqueux. La viscosité, cependant, entraîne une traînée sous pression et c’est la composante dominante de la traînée dans le cas des véhicules avec des régions d’écoulement séparées, dans lesquelles la récupération de pression est assez inefficace.

la force de frottement, qui est une force tangentielle sur la surface de l’aéronef, dépend essentiellement de la configuration de la couche limite et de la viscosité. La traînée nette de frottement, D f {\displaystyle D_ {f}}, est calculée comme la projection en aval des forces visqueuses évaluées sur la surface du corps.,

la somme de la traînée de frottement et de la traînée de pression (forme) est appelée traînée visqueuse. Ce composant de traînée est dû à la viscosité. Dans une perspective thermodynamique, les effets visqueux représentent des phénomènes irréversibles et, par conséquent, ils créent de l’entropie. La traînée visqueuse calculée D v {\displaystyle D_ {v}} utilise les changements d’entropie pour prédire avec précision la force de traînée.

lorsque l’avion produit une portance, un autre composant de traînée en résulte., La traînée induite, symbolisée D i {\displaystyle D_ {i}}, est due à une modification de la distribution de pression due au système de vortex de fuite qui accompagne la production de portance. Une perspective alternative sur la portance et la traînée est acquise en considérant le changement d’élan du flux d’air. L’aile intercepte le flux d’air et force le flux à se déplacer vers le bas. Il en résulte une force égale et opposée agissant vers le haut sur l’aile qui est la force de portance., Le changement d’élan du flux d’air vers le bas entraîne une réduction de l’élan vers l’arrière du flux qui est le résultat d’une force agissant vers l’avant sur le flux d’air et appliquée par l’aile au flux d’air; une force égale mais opposée agit sur l’aile vers l’arrière qui est la traînée induite. La traînée induite a tendance à être l’élément le plus important pour les avions lors du décollage ou de l’atterrissage. Un autre composant de traînée, à savoir la traînée d’onde, D w {\displaystyle D_ {w}}, résulte des ondes de choc dans les vitesses de vol transsoniques et supersoniques., Les ondes de choc induisent des changements dans la couche limite et la répartition de la pression sur la surface du corps.

histoireModifier

l’idée qu’un corps en mouvement traversant l’air ou un autre fluide rencontre une résistance était connue depuis L’époque D’Aristote. L’article de Louis Charles Breguet de 1922 a commencé des efforts pour réduire la traînée en rationalisant. Breguet a ensuite mis ses idées en pratique en concevant plusieurs avions records dans les années 1920 et 1930. la théorie de la couche limite de Ludwig Prandtl dans les années 1920 a donné l’impulsion pour minimiser le frottement de la peau., Un autre appel majeur à la rationalisation a été lancé par Sir Melvill Jones qui a fourni les concepts théoriques pour démontrer avec force l’importance de la rationalisation dans la conception des avions. En 1929, son article « The Streamline Airplane » présenté à la Royal Aeronautical Society a été séminal. Il a proposé un avion idéal qui aurait une traînée minimale, ce qui a conduit aux concepts d’un monoplan « propre » et d’un train d’atterrissage rétractable. L’aspect du papier de Jones qui a le plus choqué les concepteurs de l’époque était son intrigue de la puissance du cheval requise par rapport à la vitesse, pour un plan réel et idéal., En regardant un point de données pour un avion donné et en l’extrapolant horizontalement à la courbe idéale, le gain de vitesse pour la même puissance peut être vu. Lorsque Jones a terminé sa présentation, un membre du public a décrit les résultats comme étant du même niveau d’importance que le cycle de Carnot en thermodynamique.

Ascenseur-induite dragEdit

la traînée induite par la portance (également appelée traînée induite) est une traînée résultant de la création d’une portance sur un corps de levage tridimensionnel, tel que l’aile ou le fuselage d’un avion. La traînée induite se compose principalement de deux composantes: la traînée due à la création de tourbillons de fuite (traînée vortex); et la présence d’une traînée visqueuse supplémentaire (traînée visqueuse induite par la portance) qui n’est pas présente lorsque la portance est nulle., Les tourbillons de fuite dans le champ d’écoulement, présents dans le sillage d’un corps de levage, dérivent du mélange turbulent d’air d’en haut et d’en bas du corps qui s’écoule dans des directions légèrement différentes à la suite de la création de la portance.

avec d’autres paramètres restant les mêmes, à mesure que la portance générée par un corps augmente, la traînée induite par la portance augmente. Cela signifie que lorsque l’angle d’attaque de l’aile augmente (jusqu’à un maximum appelé angle de décrochage), le coefficient de portance augmente également, tout comme la traînée induite par la portance., Au début du décrochage, la portance est brusquement diminuée, tout comme la traînée induite par la portance, mais la traînée de pression visqueuse, une composante de la traînée parasite, augmente en raison de la formation d’un écoulement turbulent non attaché dans le sillage derrière le corps.

traînée Parasitairedit

la traînée parasitaire est une traînée causée par le déplacement d’un objet solide à travers un fluide. La traînée parasite est composée de plusieurs composants, y compris la traînée de pression visqueuse (traînée de forme) et la traînée due à la rugosité de surface (traînée de frottement de la peau)., De plus, la présence de plusieurs corps à proximité relative peut entraîner une traînée dite d’interférence, qui est parfois décrite comme une composante de la traînée parasite.

dans l’aviation, la traînée induite a tendance à être plus grande à basse vitesse car un angle d’attaque élevé est nécessaire pour maintenir la portance, ce qui crée plus de traînée. Cependant, à mesure que la vitesse augmente l’angle d’attaque peut être réduite et la traînée induite diminue. Cependant, la traînée parasite augmente car le fluide s’écoule plus rapidement autour d’objets en saillie, ce qui augmente la friction ou la traînée., À des vitesses encore plus élevées (transsonique), la traînée des ondes entre dans l’image. Chacune de ces formes de traînée change proportionnellement aux autres en fonction de la vitesse. La courbe de traînée globale combinée montre donc un minimum à une certaine vitesse-un avion volant à cette vitesse sera à son efficacité optimale ou proche. Les pilotes utiliseront cette vitesse pour maximiser l’endurance (consommation minimale de carburant) ou maximiser l’autonomie en vol en cas de panne moteur.

courbe de Puissance dans aviationEdit

l’interaction de la traînée parasite et induite par rapport à la vitesse peut être tracée sous forme de courbe caractéristique, illustrée ici. Dans l’aviation, cette courbe est souvent appelée courbe de puissance et est importante pour les pilotes car elle montre qu’en dessous d’une certaine vitesse, le maintien de la vitesse de manière contre-intuitive nécessite plus de poussée à mesure que la vitesse diminue, plutôt que moins. Les conséquences d’être « derrière la courbe » en vol sont importantes et sont enseignées dans le cadre de la formation des pilotes., Aux vitesses aériennes subsoniques où la forme en » U  » de cette courbe est significative, la traînée des ondes n’est pas encore devenue un facteur, et elle n’est donc pas représentée dans la courbe.

traînée D’onde dans le flux transsonique et supersoniquedit

la traînée D’onde (également appelée traînée de compressibilité) est une traînée créée lorsqu’un corps se un fluide compressible et à des vitesses proches de la vitesse du son dans ce fluide., En aérodynamique, la traînée des vagues se compose de plusieurs composants en fonction du régime de vitesse du vol.

en vol transsonique (nombre de Mach supérieur à environ 0,8 et inférieur à environ 1,4), la traînée des ondes est le résultat de la formation d’ondes de choc dans le fluide, formées lorsque des zones locales d’écoulement supersonique (nombre de Mach supérieur à 1,0) sont créées. En pratique, l’écoulement supersonique se produit sur les corps voyageant bien en dessous de la vitesse du son, car la vitesse locale de l’air augmente à mesure qu’elle accélère au-dessus du corps à des vitesses supérieures à Mach 1.0., Cependant, le flux supersonique complet sur le véhicule ne se développera que bien après Mach 1.0. Les aéronefs volant à une vitesse transsonique subissent souvent une traînée d’onde dans le cours normal de l’exploitation. En vol transsonique, la traînée d’onde est communément appelée traînée de compressibilité transsonique. La traînée de compressibilité transsonique augmente considérablement à mesure que la vitesse de vol augmente vers Mach 1.0, dominant d’autres formes de traînée à ces vitesses.

en vol supersonique (nombre de Mach supérieur à 1.,0), la traînée des ondes est le résultat d’ondes de choc présentes dans le fluide et attachées au corps, typiquement des ondes de choc obliques formées au niveau des bords d’attaque et de fuite du corps. Dans les flux hautement supersoniques, ou dans les corps avec des angles de rotation suffisamment grands, des ondes de choc non attachées, ou des ondes d’arc se formeront à la place. De plus, des zones locales d’écoulement transsonique derrière l’onde de choc initiale peuvent se produire à des vitesses supersoniques plus faibles et peuvent entraîner le développement d’ondes de choc supplémentaires, plus petites, présentes sur les surfaces d’autres corps de levage, similaires à celles trouvées dans les flux transsoniques., Dans les régimes d’écoulement supersonique, la traînée d’onde est généralement séparée en deux composantes, la traînée d’onde supersonique dépendante de la portance et la traînée d’onde supersonique dépendante du volume.

la solution de forme fermée pour la traînée d’onde minimale d’un corps de révolution de longueur fixe a été trouvée par Sears et Haack, et est connue sous le nom de Distribution de Sears-Haack. De même, pour un volume fixe, la forme de traînée minimale des vagues est L’Ogive Von Karman.

le biplan Busemann n’est pas, en principe, soumis à la traînée des vagues lorsqu’il est utilisé à sa vitesse de conception, mais est incapable de générer de la portance dans cette condition.