Qu’est-ce que la force de levage – Définition

En général, la portance est une force ascendante exercée sur une aile ou un profil aérodynamique. Il y a plusieurs façons d’expliquer comment une surface portante génère une portance. Force de levage

Équation de Bernoulli

Équation de Bernoulli; PrincipeL’équation de Bernoulli peut être considérée comme une déclaration du principe de conservation de l’énergie approprié aux fluides en écoulement. C’est l’une des équations les plus importantes / utiles en mécanique des fluides . Il met en relation pression et vitesse dans un écoulement incompressible non invisible . L’équation de Bernoulli a quelques restrictions quant à son applicabilité, elles se résument comme suit:

  • système à débit constant,
  • la densité est constante (ce qui signifie également que le fluide est incompressible),
  • aucun travail n’est fait sur ou par le fluide,
  • aucune chaleur n’est transférée vers ou à partir du fluide,
  • aucun changement ne se produit dans l’énergie interne,
  • l’équation relie les états en deux points le long d’une même ligne de courant (pas de conditions sur deux lignes de courant différentes)

Dans ces conditions, l’équation d’énergie générale est simplifiée pour:

Théorème de Bernoulli - équation
Cette équation est l’équation la plus célèbre de la dynamique des fluides . L’équation de Bernoulli décrit le comportement qualitatif du fluide en écoulement qui est habituellement désigné par le terme effet de Bernoulli . Cet effet provoque une baisse de la pression du fluide dans les régions où la vitesse d’écoulement est augmentée. Cet abaissement de la pression dans l’étranglement d’un chemin d’écoulement peut sembler contre-intuitif, mais moins quand on considère la pression comme une densité d’énergie. Dans le flux à grande vitesse à travers la constriction, l’énergie cinétique doit augmenter aux dépens de l’énergie de pression. Les dimensions des termes de l’équation sont l’énergie cinétique par unité de volume.

 

Lift Force – Principe de Bernoulli

Lift Force - Newtons Law
La troisième loi de Newton stipule que la portance est causée par une déviation d’écoulement.

En général, la portance est une force à action ascendante exercée sur une aile ou une aile d’ avion . Il existe plusieurs façons d’expliquer comment un profil aérodynamique génère une portance . Certaines théories sont plus compliquées ou plus rigoureuses mathématiquement que d’autres. Certaines théories se sont révélées incorrectes. Il y a des théories basées sur le principe de Bernoulli et il y a des théories basées directement sur la troisième loi de Newton .

L’explication basée sur la troisième loi de Newton indique que la portance est causée par une déviation d’écoulement du flux d’air derrière le profil aérodynamique. Le profil aérodynamique génère une portance en exerçant une force vers le bas sur l’air lorsqu’il s’écoule. Selon le troisième principe de Newton, l’air doit exercer une force ascendante sur le profil aérodynamique . Ceci est une explication très simple.

Force de levage - Principe de Bernoulli
Selon le principe de Bernoulli, l’air se déplaçant plus rapidement exerce moins de pression, et donc l’air doit exercer une force ascendante sur le profil aérodynamique (en raison d’une différence de pression).

Le principe de Bernoulli combiné à l’ équation de continuité peut également être utilisé pour déterminer la force de portance sur un profil aérodynamique, si le comportement de l’écoulement de fluide au voisinage du film est connu. Dans cette explication, la forme d’un profil aérodynamique est cruciale. La forme d’un profil aérodynamique fait que l’air circule plus vite en haut qu’en bas. Selon le principe de Bernoulli , l’air se déplaçant plus rapidement exerce moins de pression , et donc l’air doit exercer une force ascendante sur le profil aérodynamique (en raison d’une différence de pression).

Le principe de Bernoulli exige que le profil aérodynamique soit de forme asymétrique . Sa surface doit être plus grande en haut qu’en bas. Lorsque l’air circule sur le profil aérodynamique, il est davantage déplacé par la surface supérieure que par le bas. Selon le principe de continuité , ce déplacement doit conduire à une augmentation de la vitesse d’écoulement (entraînant une diminution de la pression). La vitesse d’écoulement est augmentée en partie par la surface inférieure du profil aérodynamique, mais considérablement inférieure à l’écoulement sur la surface supérieure. La force de portance d’un profil aérodynamique, caractérisée par le coefficient de portance , peut être modifiée pendant le vol par des changements de forme d’un profil aérodynamique. Le coefficient de portance peut ainsi même être doublé avec des appareils relativement simples (volets et lattes ) s’ils sont utilisés sur l’ensemble de l’aile.L’utilisation du principe de Bernoulli peut ne pas être correcte. Le principe de Bernoulli suppose une incompressibilité de l’air, mais en réalité, l’air est facilement compressible. Mais il y a plus de limitations d’explications basées sur le principe de Bernoulli. Il existe deux principales explications populaires de l’ascenseur:

  • Explication basée sur la déviation vers le bas de l’écoulement – troisième loi de Newton
  • Explication basée sur les changements de vitesse et de pression d’écoulement – Principe de continuité et principe de Bernoulli

Les deux explications identifient correctement certains aspects des forces de portance mais laissent inexpliquées d’autres aspects importants du phénomène. Une explication plus complète implique à la fois des changements de vitesse d’écoulement et une déflexion vers le bas et nécessite d’examiner le flux plus en détail.

Voir plus: Doug McLean, Comprendre l’aérodynamique: argumenter à partir de la physique réelle. John Wiley & Sons Ltd. 2013. ISBN: 978-1119967514

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