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Questions sur les différentes forces

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Wizix
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Questions sur les différentes forces

Message  Wizix le Dim 15 Nov 2015 - 17:05

Bonjour,

Je suis en voie d'obtenir mon brevet de planeur, mais avant j'aurais quelques questions par rapport aux forces s'appliquent sur la voilure.

Le poids est t-il toujours vertical et, donc, perpendiculaire au sol ?

La portance est-elle proportionnelle à la traînée ? Les deux étant des composés de la résultante aérodynamique, je pense que oui.

Si je vole en ligne droite, je vais perdre mon énergie cinétique, non ? Donc si je perd mon énergie cinétique, je vais, logiquement, "tomber", c'est à dire perdre mon énergie potentielle. Donc je devrais regagner de l'énergie cinétique, vrai ? J'ai comment un doute sur ça.

L'énergie cinétique se traduit par une vitesse, comment se traduit l'énergie potentielle ? Par une hauteur ?

Merci beaucoup de vos réponses !

Wizix
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Re: Questions sur les différentes forces

Message  Wizix le Dim 15 Nov 2015 - 19:48

J'en rajoute également une :

Quelle force est produite quand une surface mobile est a cabrer ? Et a piquer ? Par exemple, un volet a cabrer provoquera une augmentation d'une force, laquelle ?

Merci et bonne soirée
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Dubble
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Re: Questions sur les différentes forces

Message  Dubble le Lun 16 Nov 2015 - 1:38

Bonsoir
Quelques éléments de réponse :

En première approche tu peux négliger les forces causées par les surfaces mobiles (élévateurs ailerons et dérive) et considérer qu'ils ne créent que des moments, c'est à dire qu'ils font tourner le planeur autour de son centre de gravité.

Les volets augmentent la portance et la trainée, et diminuent la finesse, quand ils sont braqués vers le bas. L'inverse s'ils sont braqués vers le haut.

La portance crée de la trainée induite.
Cx=Cx0+k*Cz²
k est ici le coefficient d'ouverture de portance.
En conséquence de quoi ils ne sont pas proportionnels. Ils sont reliés par la finesse (Cz et Cx) qui n'est pas constante

Pour un planeur, à tout instant tu peux dire que la puissance perdue c'est la variation de l'énergie mécanique. La puissance perdue c'est la puissance des frottements c'est à dire trainée x vitesse
Et la variation d'énergie mécanique c'est la variation de hauteur par rapport à la masse d'air et la variation de vitesse
C'est une formulation spécial planeur que je te fais là, en parlant de hauteur par rapport à la masse d'air.

En air calme, si tu voles droit à altitude constante, tu perds de la vitesse et tu finis par décrocher
Si tu voles à vitesse constante tu perds constamment de la hauteur.

Quelques formules :
P=mg
Ep=mgz
Ec=mv²/2


N'hésites pas à reformuler tes questions à la lumière de tout ça
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Pierre
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Re: Questions sur les différentes forces

Message  Pierre le Lun 16 Nov 2015 - 9:04

Dubble a déjà pas mal répondu à tes questions, mais je me permet d'y ajouter un petit complément:

Wizix a écrit:
Le poids est t-il toujours vertical et, donc, perpendiculaire au sol ?
Oui, par définition.

Wizix a écrit:
La portance est-elle proportionnelle à la traînée ? Les deux étant des composés de la résultante aérodynamique, je pense que oui.
Etant donné les formules classiques:
Portance = 1/2 * rho * S * v^2 * Cz
Trainée = 1/2 * rho * S * v^2 * Cx
(rho = masse volumique de l'air, S = surface alaire et v = vitesse)
On voit que portance et trainée sont liées, mais il ne faut pas oublier que Cx et Cz ne sont pas des constantes, mais varient (entre autres) avec l'incidence. Cela étant dit, comme le faisait remarquer Dubble, il y a un lien entre Cx et Cz, donc in fine portance et trainée sont liées mais ne sont pas stricto sensu proportionnelles.

Wizix a écrit:
Si je vole en ligne droite, je vais perdre mon énergie cinétique, non ? Donc si je perd mon énergie cinétique, je vais, logiquement, "tomber", c'est à dire perdre mon énergie potentielle. Donc je devrais regagner de l'énergie cinétique, vrai ? J'ai comment un doute sur ça.
Comme le planeur subit des frottements (la trainée), il perd progressivement de l'énergie mécanique (énergie mécanique = énergie cinétique + énergie potentielle). Cela se traduit soit par une perte d'énergie cinétique (i.e. la vitesse) ou d'énergie potentielle (i.e. l'altitude, voir ci-dessous).
Si tu restes à altitude constante, ton énergie potentielle va rester constante donc tu vas perdre progressivement de la vitesse/énergie cinétique, tu vas donc augmenter progressivement l'incidence pour maintenir l'altitude constante jusqu'à ce que tu arrives à l'incidence de décrochage, auquel cas le planeur décrochera et tu perdras alors de l'altitude, donc de l'énergie potentielle.
Cette énergie potentielle sera alors en partie perdue par les frottements (très importants à l'incidence de décrochage) et en partie convertie en énergie cinétique à travers la vitesse de chute du planeur. Mais attention toutefois, cette vitesse de chute et l'énergie cinétique associée est vraiment liée au fait que le planeur "tombe". Le planeur ne pourra de nouveau voler (je veux dire par la de générer de la portance) que lorsque l'incidence aura été réduite sous l'incidence de décrochage.

Wizix a écrit:
L'énergie cinétique se traduit par une vitesse, comment se traduit l'énergie potentielle ? Par une hauteur ?
Tout à fait:
Ec=1/2*m*v^2
Ep=m*g*h (h=hauteur)
L'énergie cinétique est proportionnelle au carré de la vitesse, l'énergie potentielle est proportionnelle à la hauteur.

Wizix a écrit:
Quelle force est produite quand une surface mobile est a cabrer ? Et a piquer ? Par exemple, un volet a cabrer provoquera une augmentation d'une force, laquelle ?
Une surface mobile cabrée vers le bas augmente à la fois la portance et la trainée. Quand tu mets des ailerons à droite, l'aileron gauche se cabre vers le bas et augmente la portance de l'aile gauche, l'aileron droit se cabre vers le haut et diminue la portance de l'aile droite, et le planeur tourne alors à droite.
Cela crée également une augmentation de trainée sur l'aile gauche et une diminution de trainée sur l'aile droite qui sont à l'origine du lacet inverse (qui est corrigé avec les palonniers lors de la mise en virage).


Bonne journée,
Pierre
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Dubble
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Re: Questions sur les différentes forces

Message  Dubble le Lun 16 Nov 2015 - 19:26

J'aimerais juste ajouter un truc, la polaire de la finesse d'un G103, en vitesse indiquée (km/h), chargé à masse max, ça ressemble à ce que tu verra en instruction.
On remarque une finesse maximale à 105 km/h et elle décroit pas si vite que ça quand on s'en éloigne. Sauf quand on décroche. Quand on décroche ça casse tout. Finesse sans unité ici.


Du coup, le taux de descente du même planeur.
Pour le calculer on dit que vz=v*sin(arctan(1/f))
On retrouve dans notre modèle le taux de chute annoncé du fabricant à très très peu de choses près.
On voit 0.1m/s de différence entre 80 et 100 km/h (Vz est en m/s ici)




Ce qu'il faut retenir, c'est que voler lentement c'est bien. Voler à la finesse max en terme de taux de descente tu n'es pas trop perdant.
Par contre, si tu décroches ton taux de chute explose et tu risques de mourir, aussi. Donc quand certains instructeurs te disent de voler le plus doucement possible, je suis pas tout à fait d'accord.


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