Effet Coanda

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Treilhou
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# 4 janvier 2010 21:45
Bonjour à tous,
Comment les avions volent-t-ils?
Apparemment, l'effet Bernouilly y jouerait un rôle important, mais cela me semble assez étrange qu'un avion puisse voler en étant "tiré" vers le haut grâce à une dépression sur les ailes. Je veux bien croire que cet effet y participe, mais je ne pense pas que lui seul permette à l'avion de voler.
Par contre, j'ai entendu parler de l'effet Coanda. J'ai vaguement compris ce que c'était sur le site suivant : http://www.futura-sciences.com/fr/defin ... anda_2164/
Il s'agirait donc d'une dépression, mais cette fois sur l'ensemble de l'avion, pas seulement sur les ailes si j'ai bien compris.
Mais alors, comment cela se produit-il sur un avion, quelqu'il soit? Ou même un aéronef en général?
Je cherche cela par simple curiosité, sans savoir vraiment où trouver ces infos.
Merci beaucoup à ceux qui peuvent m'éclairer !
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Stefan
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# 4 janvier 2010 22:07
La dépression sur l'extrados, c'est 75% de la portance pour moi !
C'est assez complexe si l'on veut tout expliquer.
Mais bon, toujours est-il que pour la portance, sa formule c'est :
Fz = ro S V^2 Cx
ro = densité du fluide
S = surface de l'aile (en l'occurrence)
V = vitesse
Cz = coefficient de portance

Sinon tu vas trouver plein plein de trucs sur Wiki.

L'effet Coanda, concrètement, c'est ce qui fait que le filet d'eau du robinet suit la forme de la cuillère.
Voir l'illustration sur
http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Coanda

J'ai pas vraiment répondu ta question, je sais, mais c'est très complexe. Si tu veux pouvoir expliquer le phénomène vraiment bien, c'est pas pilote mais ingénieur en aérodynamique qu'il faut faire! =D

(Dernière édition le 4 janvier 2010 22:09)

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Vector
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# 4 janvier 2010 22:19
Bonjour Treilhou,
Il faudrait des centaines de pages pour expliquer correctement le phénomène de la portance et je crois qu'on a déjà traité de cela dans un autre sujet.
L'article que tu as lu est très incomplet et ne s'applique pas vraiment à une aile. En réalité, le vol d'un avion est une application de la loi de Newton (dont c'est l'anniversaire aujourd'hui, voir Google). "Toute force produit une réaction égale et opposée". L'aile dévie un grande quantité d'air vers le bas, la portance est la réaction correspondante vers le haut.
La question devient donc : Comment peut-on dévier l'air vers le bas ? Et c'est là que l'effet Coanda intervient : L'air en mouvement à tendance à suivre le profil aérodynamique, disons à coller sur l'extrados de l'aile. L'effet Bernouilli n'est pas applicable dans ce cas, car il repose sur l'égalité des temps de parcours de l'air sur le dessus et le dessous de l'aile, ce qui n'est simplement pas le cas.
Voila un réponse sommaire, mais il y a beaucoup à dire et à apprendre sur ce sujet.

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eolien
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# 5 janvier 2010 08:44
Bonjour Vector;
Nous serions nombreux à apprécier un développement sur ce sujet, et je crois me souvenir que vous êtes bien "branché" sur la portance et les mystères de Coanda.
Merci d'avance !
Eolien

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blowlamp59
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# 5 janvier 2010 09:20
Pour "en rajouter une cuiller", quelqu'un pourrait-il aussi m'expliquer pourquoi un aéronef continue de voler et rester contrôlable alors qu'il est en montée verticale?. Est-ce dû uniquement à la poussée de ses réacteurs ou la traction exercée par son son moteur à hélice ? ( comme une fusée ou un missile qui n'a que des "moignons" d'ailes). Dans quel sens s'exerce donc la portance dans ce cas là ? On nous explique bien le principe du vol dans le manuel du pilote lorsqu'on apprend à piloter ( angle d'incidence, portée, vent relatif, corde de l'aile, traînée etc..etc...) mais pas ce cas de figure bien particulier. Je suis curieux....

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aixchile
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# 5 janvier 2010 11:47
Sauf erreur de ma part, une fusée ne vole pas à proprement parler, elle est propulsée. Si on arrêtait ses propulseurs, elle tomberait. Intuitivement, je dirais que ses moignons d'ailes servent uniquement à la "caler" pour ne pas qu'elle tourne sur elle même de manière incontrôlée. Là on peut parler de portance, mais elle ne doit représenter qu'un très faible pourcentage des forces en action lors de son décollage jusqu'à sa sortie de l'atmosphère (où il n'y a plus d'air, donc plus de portance).
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Curufinwe
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# 5 janvier 2010 11:50
A mon humble avis de profane, pour les montées "à la verticale", l'avion se lance et à un moment donné, quand la portance commence à manquer, l'appareil adopte une trajectoire balistique seulement contrée pour un temps (court en général) par la traction du (ou des) moteur(s) ...
Un spécialiste peut-il confirmer ou infirmer cela?

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eolien
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# 5 janvier 2010 16:09
Exactement ! Je suis d'accord avec Aixchile et Curufinwe.
Je rajouterais :

Pour l'avion, tant qu'il est dans la ressource, c'est de l'aérodynamique. Lorsqu'il est à la verticale, c'est un panachage d'aérodynamique et de balistique. Si la traction (hélice) ou la poussée (réacteurs) est inférieure à son propre poids, il va ralentir jusqu'à retomber. Durant cette phase, il reste contrôlable tant qu'il y a assez de vitesse pour garder de l'efficacité aux ailerons et à la profondeur.
Si le rapport poids poussée (ou traction hélice) est supérieur à 1, l'avion garde de la vitesse et grimpe, sans portance des ailes (inutile), mais contrôlable.
A Getafe (Madrid) on entend les F15 autorisés au décollage et clear verticale au niveau 300... Ils décollent et disparaissent à la verticale ... quelques courtes minutes plus tard on entend le pilote qui s'annonce verticale niveau 300 !...

Cas particulier : les monomoteurs de voltige modernes sont capables de rester en "vol" stationnaire, accrochés à leur hélice... Il peuvent évoluer un petit peu, mais sont limités en temps car le moteur ne refroidit pas.

La fusée : son rapport poids/poussée est largement supérieur à 1 sinon elle ne décollerait pas. Pour son pilotage, elle est guidée essentiellement par orientation des tuyères et parfois des petits moteurs-fusée auxilliaires.

(Dernière édition le 5 janvier 2010 16:46)


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LightWeight
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# 5 janvier 2010 17:16
Voilà, et c' est le PA qui fait lentement basculer la fusée pour l' inscrire sur une parabole qui l' amènera pratiquement en palier 7,5 mn plus tard à 25000 km/h à 110000 m d' altitude ( cas de la Navette).

Les voltigeurs modernes peuvent faire du stationnaire bien immobile grâce à leur rapport W/P et au fait que toutes les gouvernes restent bien ventilées malgré la vitesse nulle ( les ailerons courrent jusqu' au fuselage pour assurer le roulis).

Pour les chasseurs avec W/P nettement supérieur à 1, le pilote peut n' utiliser la voilure qu' à partir du début de la rotation la rotation (à la VMS), jusqu' à se mettre à la verticale (3/4 sec après) et accélérer jusqu' à franchir le mur du son éventuellemnt, malgré cette voilure qui ne lui sert plus à rien sauf à le ralentir dans son accélération...
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blowlamp59
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# 5 janvier 2010 17:17
Merci à tous,et en particulier à Eolien, pour vos explications si précises.
Je me doutais un peu de cela, mais n'étant ni pilote militaire, ni pilote de voltige cette question demandait quelques précisions de la part de spécialistes. J''imaginais qu'il y avait quand même un peu de portance quelque part dans cette mécanique de vol.Cela explique aussi pourquoi dans les combats aériens de la seconde guerre mondiale, certains pilotes en "dogfights" se sont retrouvés grimpant à la verticale côte à côte de leur adversaire, la "peur aux tripes" car ils savaient pertinemment que le premier dont l'appareil décrocherait et retomberait, était un homme mort, car l'autre un peu plus haut, passant sur le dos et plongeant à sa poursuite se retrouvait automatiquement dans ses six heures et n'avait plus qu'à "faire un carton".J'imagine que dans ce cas-là, la puissance d'un moteur devait faire la différence entre la vie et la mort.
Quant au problème de la portance, il y a un cas très intéressant qui est celui du F104 Starfighter. Ses ailes à la surface alaire très réduite,et très fines, étaient tributaires de la vitesse élevée du chasseur
(conçu à l'origine pour intercepter les bombardier soviétiques qui devaient pénétrer l'espace aérien américain à haute altitude).Ceci tendrait à confirmer la loi physique qui dit ( si mes lointains souvenirs scolaires me le permettent ) que la portance d'une aile est ( en autre) proportionnelle au carré de la vitesse. Donc plus la vitesse est grande, plus la portance est élevée. A l'inverse, si la vitesse décroit l'avion tend à chuter.C'est sans doute ce qui explique le très haut taux d'attrition des F104 allemands que l'on avait transformés en chasseurs-bombardiers, rôle qui n'était pas le leur au départ et qui devenaient de véritables "briques" au moindre "pépin" moteur.
Pour terminer, une anecdote authentique: un de mes vieux amis, mécanicien au sol, retraité de l'US Air Force, me racontait en parlant de cet avion, que lorsqu'ils devaient travailler dessus, ils devaient placer des protections sur le bord d'attaque des ailes de l'appareil tant les bords étaient coupants comme des lames de rasoir.Tout en me racontant cela, il me montrait son crâne sur lequel on pouvait voir la trace d'une ancienne cicatrice fermée avec cinq points de suture. Merci le Starfighter pour ce souvenir indélébile me disait-il en souriant.
Bonne soirée à tous

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Vector
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# 5 janvier 2010 18:20
Bonjour à tous,
Pour clarifier les notions d'effet Coanda et de théorème de Bernouilli sans entrer dans des considération mathématiques de très haut niveau qui dépassent même les plus fins aérodynamiciens, j'ai trouvé un site pour les amateurs de parapente qui résume très bien les idées reçues. Parapente
N'oubliez pas cependant qu'il s'agit d'une querelle qui anime l'aviation depuis ses débuts et qu'il s'agit d'une simplification un peu outrancière.
Pour revenir à la portance, mon image favorite est celle du Harrier et de tous les prototypes qui l'ont précédé. Quand vous voyez un Harrier décoller (à la verticale), ses ailes ne servent à rien d'autre qu'à accrocher des charges et à porte les balancines. Il décolle à la force du poignet grâce à l'orientation de ses tuyères dont la poussée est verticale. Après la transition, ses ailes commencent à produire une portance et la poussée est redirigée vers l'arrière pour assurer la propulsion. L'origine de la portance n'est plus la même, mais elle doit toujours équilibrer le poids de l'avion dont la masse reste la même, à la consommation près.
Je vous reviendrai plus tard sur la question du vol vertical. Bonne lecture.

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eolien
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# 5 janvier 2010 18:25
blowlamp59 a écrit :Ceci tendrait à confirmer la loi physique qui dit ( si mes lointains souvenirs scolaires me le permettent ) que la portance d'une aile est ( en autre) proportionnelle au carré de la vitesse. Donc plus la vitesse est grande, plus la portance est élevée.
Ce qui correspond à :
Stefair a écrit :La dépression sur l'extrados, c'est 75% de la portance pour moi !
C'est assez complexe si l'on veut tout expliquer.
Mais bon, toujours est-il que pour la portance, sa formule c'est :
Fz = ro S V^2 Cx
ro = densité du fluide
S = surface de l'aile (en l'occurrence)
V = vitesse
Cz = coefficient de portance
On n'attend plus que Vector pour revenir dès que décongelé sur l'effet Coanda... :wink

(Dernière édition le 5 janvier 2010 18:28)


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Vector
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# 5 janvier 2010 19:49
Parlons un peu du vol vertical.
Un chasseur moderne décollant et montant à la verticale à pleine puissance (ou piquant à la verticale) change la donne par rapport au même appareil en vol plus ou moins horizontal. La différence essentielle est qu'il n'a pas besoin de portance, donc il vole à angle d'attaque nul, ce qui supprime une bonne partie de la traînée (la traînée dite induite, qui est le prix à payer pour la portance). De toute manière, dans le premier cas (montée verticale), la densité de l'air diminue rapidement avec l'altitude, donc il s'affranchit rapidement de la traînée globale.
Le cas d'une fusée est très différent, puisqu'elle ne fait pas appel à l'aérodynamique, sinon pour la stabilisation et le guidage, et là encore, on peut supprimer complètement les surfaces aérodynamiques en les remplaçant par des déviateurs de jet ou des fusées de contrôle (comme sur le X-15).

Le dernier aspect est la différence de portance entre le F-104 et le DC-3. Pour un poids du même ordre, la surface alaire du premier est à peu près égale à celle de l'empennage du second. C'est évidemment à cause de notre ami Bernouilli et de sa loi qui fait varier la partance avec le carré de la vitesse. Ceci dit le F-104 était un pur intercepteur incapable de faire des manoeuvres serrées et encore moins à haute altitude. D'ailleurs il a été équipé à titre expérimental de fusées de pilotage, comme le X-15. Autrement dit, même un fer à repasser peut manoeuvrer dans ces conditions. La légende veut que ses bords d'attaques soient coupants comme des lames de rasoir, mais c'est très exagéré et sans grand intérêt à Mach 2.

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Vector
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# 5 janvier 2010 19:51
Et pour conclure, on est même pas congelés à Montréal et on a de la belle neige. C'est chouette, sauf en ville, pour stationner.

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blowlamp59
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# 5 janvier 2010 21:43
Oui, sans doute que la comparaison avec une lame de rasoir était un peu exagérée, mais je me souviens très bien de notre discussion et lorsque je l'ai questionné sur ce point, afin de déterminer si c'était une réalité ou une légende, il m'a regardé avec un sourire énigmatique , a posé la main sur le haut du crâne et en soulevant sa mèche de cheveux m'a montré sa cicatrice en me disant :" Look ! That''s what you get when you aren't careful and you hit the leading edge of a Starfighter ( C'est ce qui t'arrive quand tu ne fais pas attention et que tu heurtes le bord d'attaque d'un Starfighter ) "Et je peux vous assurer que la cicatrice était bien réelle ! Je le connaissais bien et je ne vois pas pourquoi il aurait inventé toute cette histoire. Et c'est ainsi qu'il m'avait détaillé toutes les précautions que le personnel au sol devait prendre lorsqu'il devait travailler sur la "bête"
Cela étant, quel bel avion !

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