Coupes transversales de l’aile qui décroche

Travail effectué avec Szu-Chuan Wang. Ce travail a été rendu possible grâce au soutien du Bureau de la recherche scientifique de la Force aérienne.


Décrochage de l’aile

Le décrochage est un phénomène indésirable dans lequel les ailes des aéronefs ont une résistance accrue à l’air et une portance réduite. Cela peut provoquer un crash d’avion.

Le décrochage se produit lorsqu’un avion est soumis à un angle d’attaque trop important (l’angle d’attaque est l’angle entre l’avion et la direction du vol). Cela peut se produire lors du décollage ou de l’atterrissage, lorsque la vitesse de vol est relativement faible: à faible vitesse, les forces aérodynamiques sont proportionnellement plus petites, et le seul moyen d’obtenir une portance suffisante pour supporter le poids de l’avion est de le faire voler à une vitesse minimale. plus grand angle d’attaque. Si un pilote inattentif laisse la vitesse devenir trop basse, l’avion dépassera l’angle d’attaque critique et le décrochage se produira.

En raison du décrochage, l’aile produit moins de portance et plus de traînée; l’augmentation de la traînée entraîne une diminution de la vitesse, de sorte que l’aile produit encore moins de portance En effet, l’avion tombe hors de l’air. Le sol attend en bas.

Pourquoi décrochage se produit

Pourquoi les ailes cèdent-elles? Cela est dû aux processus dans la couche limite, la couche d’air retardée près de la surface de l’aile. Pour qu’une aile soit efficace, l’air doit circuler complètement autour du bord avant (avant) de l’aile. À un angle d’attaque trop important, l’air dans la couche limite près du bord d’attaque n’y parvient pas et se sépare de la surface de l’aile.

Ci-dessous, une simulation numérique dans laquelle une aile décrochante est vue en coupe transversale. Le bord d’attaque est à gauche, le bord de fuite est à droite. Dans la simulation, la couche limite est représentée par des vortex (tornades miniatures) qui s’affichent sous forme de points noirs ou blancs, en fonction du sens de rotation. L’aile s’incline jusqu’à un angle d’attaque de 30 degrés, entraînant le décrochage:

Dans la première image, l’aile se déplace à un petit angle d’attaque (pris ici à zéro). Notez que les tourbillons de la couche limite restent proches de l’aile jusqu’à ce qu’ils soient lavés en aval. À angle d’attaque nul, il n’y a pas de portance et il y a peu de traînée.

L’aile a commencé à monter, mais les vortex de la couche limite restent proches de l’aile. L’aile produit maintenant une force de portance importante et une faible traînée.

L’angle d’attaque est devenu trop grand. Les tourbillons de la couche limite se sont séparés de la surface supérieure de l’aile et le flux entrant ne se plie plus complètement autour du bord d’attaque. L’aile est calée, provoquant une traînée importante. Cependant, une grande partie de la portance demeure, car les tourbillons séparés sont toujours au-dessus de l’aile.

Lorsque les vortex séparés sont soufflés au-delà du bord de fuite, l’ascenseur commence à tomber.

L’aile produit maintenant peu de portance et beaucoup de traînée. Cependant, il est plus facile pour l’air de circuler autour du bord d’attaque d’une aile sans soulèvement, et le flux commence à se rattacher.

Le flux a été largement rétabli et le coefficient de portance (efficacité de levage de l’aile) est temporairement rétabli. Malheureusement, cela va mettre en place un nouveau cycle de séparation; de plus, la traînée accrue réduit trop la vitesse pour produire une bonne portance, même avec un bon coefficient de portance.

Voici l’évolution des coefficients de portance, de traînée et de moment:

Comment récupérer

Pour sortir du décrochage, le pilote doit réduire l’angle d’attaque à une valeur suffisamment basse. Bien que l’avion tombe déjà vers le sol sous un angle élevé, le pilote doit pousser le manche vers l’avant pour pousser le nez encore plus bas. Cela réduit l’angle d’attaque et donc la traînée.

L’avion commence à prendre de la vitesse et à descendre encore plus vite. Mais dès que l’avion a pris suffisamment de vitesse pour que l’aile puisse supporter à nouveau le poids de l’avion, le pilote tire sur le manche pour augmenter à nouveau l’angle d’attaque (restant cette fois dans la plage autorisée) et rétablit l’ascenseur de l’aile.

De toute évidence, sortir d’un décrochage implique une certaine perte de hauteur. Les stalles sont les plus dangereuses à basse altitude. La puissance du moteur peut aider à réduire la perte de hauteur en augmentant la vitesse plus rapidement et en aidant à rétablir le flux sur l’aile.

La difficulté de sortir d’un décrochage dépend de l’avion. Certains avions difficiles à récupérer ont des secoueurs de manche: le bâton d’avertissement avertit le pilote de l’imminence d’un décrochage. Les caractéristiques de décrochage dépendent également de la manière dont un avion est chargé. le centre de gravité de l’avion doit être suffisamment éloigné.

Spins

Une version plus mauvaise d’un décrochage est une vrille dans laquelle l’avion descend en spirale. Un décrochage peut évoluer en faisant un effort latéral au mauvais moment.

La mécanique d’un spin est complexe. Selon l’avion (et la manière dont il est chargé!), Il peut être plus difficile, voire impossible, de se remettre d’une vrille. La récupération nécessite une bonne efficacité à partir des surfaces de la queue de l’avion; la récupération implique généralement l’utilisation du gouvernail pour arrêter le mouvement de rotation, en plus de l’ascenseur pour briser le décrochage. Cependant, les ailes pourraient bloquer le flux d’air vers la queue. Si le centre de gravité de l’avion est trop éloigné, la récupération sera plus difficile. Le pilote peut être désorienté par les effets vertigineux de la vrille et appliquer les mauvaises corrections.

Même si l’avion est bien conçu, chargé dans les limites autorisées et que la récupération est exécutée sans faille, la perte de hauteur en vrille peut être très importante. Etant donné que les décrochages et les rotations sont plus susceptibles pendant le décollage et l’atterrissage, la hauteur disponible peut être réduite. Selon les règles de la FAA pour les pilotes privés, une formation en décrochage est requise, mais la récupération après essorage ne l’est pas. La formation au décrochage permet au pilote de reconnaître un décrochage imminent et de prendre des mesures correctives avant qu’un décrochage réel et éventuellement une vrille ne se produisent.


Shih, C., Lourenco, L., Van Dommelen, L. & Krothapalli, A. (1992). Écoulement instable au-delà d’un tangage de la surface portante à une vitesse constante. AIAA Journal 30 1153-1161.


Source de la page: https://ww2.eng.famu.fsu.edu/~dommelen/research/airfoil/airfoil.html
Traduit par Laura Beoschat

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