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Pression dynamique dans les forces aérodynamiques

1910
  • Otto Lilienthal
  • Wright brothers
  • Ludwig Prandtl
Aerodynamic testing facility with wind tunnel and model aircraft wing for aeronautical engineering.

Aerodynamic forces, such as lift and drag, on an object are directly proportional to the dynamic pression of the surrounding fluid. The formulas are [latex]L = C_L \cdot q \cdot A[/latex] and [latex]D = C_D \cdot q \cdot A[/latex], where [latex]C_L[/latex] and [latex]C_D[/latex] are the dimensionless lift and drag coefficients, [latex]q[/latex] is the dynamic pressure, and [latex]A[/latex] is a reference area.

The use of dynamic pressure to define aerodynamic forces is a cornerstone of aeronautical engineering, enabling a powerful method of analysis called dimensional analysis. By expressing lift and drag in terms of dynamic pressure ([latex]q[/latex]), a reference area ([latex]A[/latex]), and a dimensionless coefficient ([latex]C_L[/latex] or [latex]C_D[/latex]), engineers can separate the effects of fluid properties and speed from the effects of the object’s shape. The coefficients [latex]C_L[/latex] and [latex]C_D[/latex] depend primarily on the shape of the body, its orientation to the flow (angle of attack), and the Nombre de Reynolds et Nombre de Mach. This separation is incredibly useful. For example, a scale model of an aircraft can be tested in a wind tunnel, and the measured lift and drag coefficients can be used to accurately predict the forces on the full-scale aircraft under different flight conditions (different altitudes, hence different densities, and different speeds).

A critical application of this concept in aerospace is the notion of “Max Q,” which refers to the point during a spacecraft’s atmospheric ascent where it experiences the maximum dynamic pressure. As a rocket accelerates, its speed ([latex]u[/latex]) increases, causing [latex]q[/latex] to rise. Simultaneously, as it gains altitude, the atmospheric density ([latex]\rho[/latex]) decreases, causing [latex]q[/latex] to fall. The combination of these two opposing effects results in a peak value for dynamic pressure. This is a moment of maximum mechanical stress on the vehicle, and its structure must be designed to withstand these loads. Throttling down the engines around Max Q is a common strategy to reduce these stresses and ensure the vehicle’s structural integrity.

UNESCO Nomenclature: 3301
– Aeronautical engineering and technology

Taper

Système abstrait

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Bernoulli’s principle
  • Définition de la pression dynamique
  • Newton’s laws of motion and fluid resistance concepts
  • Premiers travaux expérimentaux sur les profils aérodynamiques par des pionniers comme George Cayley

Applications

  • conception des ailes et du fuselage des avions
  • mise en forme de la carrosserie d'une automobile et d'une voiture de course pour plus d'appui et d'efficacité
  • conception de pales de turbine pour la production d'électricité
  • conception de voiles pour bateaux et yachts
  • analyse des trajectoires de projectiles (balistique)
  • ingénierie éolienne pour la stabilité des bâtiments

Brevets:

NA

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