Pression dynamique dans les forces aérodynamiques
1910
- Otto Lilienthal
- Wright brothers
- Ludwig Prandtl
Les forces aérodynamiques, telles que la portance et la traînée, s'exerçant sur un objet sont directement proportionnelles à la dynamique pression du fluide environnant. Les formules sont [latex]L = C_L cdot q cdot A[/latex] et [latex]D = C_D cdot q cdot A[/latex], où [latex]C_L[/latex] et [latex]C_D[/latex] sont les coefficients de portance et de traînée sans dimension, [latex]q[/latex] est la pression dynamique et [latex]A[/latex] est une surface de référence.
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 Reynolds number and Mach number. 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).
Une application cruciale de ce concept en aérospatiale est la notion de « Max Q », qui désigne le point, lors de l'ascension atmosphérique d'un engin spatial, où celui-ci subit la pression dynamique maximale. À mesure qu'une fusée accélère, sa vitesse (u) augmente, ce qui entraîne une hausse de la pression dynamique (q). Simultanément, à mesure qu'elle prend de l'altitude, la densité atmosphérique (ρ) diminue, ce qui provoque une baisse de q. La combinaison de ces deux effets opposés engendre une valeur maximale de pression dynamique. Il s'agit d'un moment de contrainte mécanique maximale sur le véhicule, et sa structure doit être conçue pour résister à ces charges. La réduction de la poussée des moteurs aux alentours de Max Q est une stratégie courante pour diminuer ces contraintes et garantir l'intégrité structurelle du véhicule.
UNESCO Nomenclature: 3301
Ingénierie et technologie aéronautiques
Perturbation
Fondamentaux
Usage
Utilisation généralisée
Précurseurs
- Le principe de Bernoulli
- Définition de la pression dynamique
- lois du mouvement de Newton et concepts de résistance des fluides
- 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
Idées d'innovations potentielles
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Lié à : aérodynamique, portance, traînée, pression dynamique, coefficient de portance, coefficient de traînée, profil d'aile, dynamique des fluides, ingénierie aéronautique, q max.