Airplanes are cool!

[robur]

On peut faire une approche très simpliste,  supposons un avion de 1000 kg et finesse 10 pour une vitesse donnée

il faut "brasser" de l'air afin d'obtenir une portance qui permet d'équilibrer la gravité, soit 1000 kg (on oublie provisoirement les Newton)

pour maintenir un vol horizontal stabilisé, l'hélice doit tirer 100 kg et "brasser" l'air à cette fin, le rapport entre les 2 va donc de 1 à 10.
.

Raisonnement intéressant, mais peut être pas tout à fait juste , en effet la puissance contenue dans les tourbillons marginaux ( qui représentent la totalité de la circulation ) à pour origine la puissance  du moteur et ne serait par conséquent lui être supérieure..
Un très grossier calcul de coin de table, indique que la puissance nécessaire pour vaincre les traînées est huit fois celle qu’exige la  fabrication des tourbillons marginaux ...( ou en d'autres termes de la sustentation )

Par contre, les tourbillons marginaux sont bien mieux organisés pour déstabiliser .



.

[Gilles131]

On peut faire une approche très simpliste,  supposons un avion de 1000 kg et finesse 10 pour une vitesse donnée

il faut "brasser" de l'air afin d'obtenir une portance qui permet d'équilibrer la gravité, soit 1000 kg (on oublie provisoirement les Newton)

pour maintenir un vol horizontal stabilisé, l'hélice doit tirer 100 kg et "brasser" l'air à cette fin, le rapport entre les 2 va donc de 1 à 10.

Approche en effet intéressante, mais nécessairement fausse, car elle suppose la portance créée par les tourbillons marginaux, alors qu'au contraire ils en sont la conséquence.

Prenons l'exemple de l'allongement infini: pas de tourbillons marginaux, mais portance quand même! Et trainée non nulle, seule la trainée induite est nulle.
La portance est conséquence de la déflexion, et les tourbillons marginaux conséquences de la portance.

Les tourbillons marginaux ne créent pas de la portance, mais une partie de la trainée (la trainée induite). En palier l'énergie fournie à l'avion par l'hélice équilibre la trainée, dont la trainée induite n'est qu'une partie, partie dont chaque tourbillon marginal ne représente que la moitié. Donc dans ton exemple, les tourbillons marginaux représentent une partie de 100 kg, et non pas de 1000 kg!
En gros aux alentours de 20 à 30 kg chacun, pour 100 kg liés au souffle hélicoïdal.

Robur, je serais intéressé par ton raisonnement de coin de table conduisant à la moitié de mon estimation.

[Philippe Warter]

Raisonnement intéressant, mais peut être pas tout à fait juste , en effet la puissance contenue dans les tourbillons marginaux ( qui représentent la totalité de la circulation ) à pour origine la puissance  du moteur et ne serait par conséquent lui être supérieure..
Un très grossier calcul de coin de table, indique que la puissance nécessaire pour vaincre les traînées est huit fois celle qu’exige la  fabrication des tourbillons marginaux ...( ou en d'autres termes de la sustentation )

Par contre, les tourbillons marginaux sont bien mieux organisés pour déstabiliser .



.

Du coup, on en conclut qu'un planeur ne génère pas de tourbillons marginaux.
Et là j'ai un doute énorme, ayant assisté à des ressources musclées par temps un peu humide, je suis à peu près certain que les planeurs génèrent eux aussi des tourbillons, approximativement dans les mêmes proportions qu'un avion, autrement dit proportionnellement au poids et à la vitesse.

[XrayPapa]

Les mecs simplifiez vous la vie avec ces turbulences de sillage qui vous gênent en approche: approchez sur le dos. Si une forte turbulence vous bouscule, vous vous retrouverez dans une situation plus simple (en vol normal).
https://www.youtube.com/watch?v=1ApSDpnA2k0

[Gilles131]

Raisonnement intéressant, mais peut être pas tout à fait juste , en effet la puissance contenue dans les tourbillons marginaux ( qui représentent la totalité de la circulation ) à pour origine la puissance  du moteur et ne serait par conséquent lui être supérieure..
Un très grossier calcul de coin de table, indique que la puissance nécessaire pour vaincre les traînées est huit fois celle qu’exige la  fabrication des tourbillons marginaux ...( ou en d'autres termes de la sustentation )

Par contre, les tourbillons marginaux sont bien mieux organisés pour déstabiliser .



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Du coup, on en conclut qu'un planeur ne génère pas de tourbillons marginaux.
Et là j'ai un doute énorme, ayant assisté à des ressources musclées par temps un peu humide, je suis à peu près certain que les planeurs génèrent eux aussi des tourbillons, approximativement dans les mêmes proportions qu'un avion, autrement dit proportionnellement au poids et à la vitesse.

On te parle de vol motorisé en palier pour estimer l'importance des tourbillons marginaux. En vol stabilisé, un planeur ne vole qu'en descente, avec bien évidemment des tourbillons marginaux. Sans souffle hélicoïdal, puisque c'est la composante du poids selon la vitesse qui tire l'avion.

[robur]

Approche en effet intéressante, mais nécessairement fausse, car elle suppose la portance créée par les tourbillons marginaux, alors qu'au contraire ils en sont la conséquence.

La portance , est selon Kutta-Joukovski =  V. σ  Г
V vitesse à l'infini amont,  σ la masse volumique de l'air et Г  la circulation , chaque "tranche" de voilure libère un petit élément de cette circulation ( filament de vorticité d Г ).
"Loin en aval ", l’ensemble de ces petits élément se regroupent dans les tourbillons marginaux qui contiennent chacun d‘eux  Г/2 puisque selon Hemholtz un vortex n’a pas de fin .

L’énergie nécessaire pour créer la portance se retrouve ( en grande partie) dans la nappe tourbillonnaire et par suite "loin en aval" dans les deux tourbillons marginaux. dont l’intensité est  indépendante de l’allongement…

...Prenons l'exemple de l'allongement infini: pas de tourbillons marginaux, mais portance quand même! Et trainée non nulle, seule la trainée induite est nulle.

Certes, mais un allongement infini ça n’existe pas.
Pour un allongement fini " grand" , les filaments tourbillonnaires  de chaque demi aile finiront bien par s’enrouler toujours loin en aval, en un vortex unique contenant la moitié de la circulation.

La portance est conséquence de la déflexion, et les tourbillons marginaux conséquences de la portance.

La déflexion est la conséquence de la circulation et les tourbillons marginaux sont la conséquence de l’impossibilité de disparition spontanée d’un  vortex ( Hemholtz).

[Julien78510]

Les mecs simplifiez vous la vie avec ces turbulences de sillage qui vous gênent en approche: approchez sur le dos. Si une forte turbulence vous bouscule, vous vous retrouverez dans une situation plus simple (en vol normal).
     https://www.youtube.com/watch?v=1ApSDpnA2k0

Par contre, pas très pratique pour sortir de l'avion

[Bee Gee]

L'expérimentation planeur fausse le jugement du bon ami Gilles

Un planeur fait au moins dans les 15 m d'envergure, un remorqueur la moitié moins, derrière les environs 50 m de câble en remorquage, le planeur ne peut jamais être entièrement dans un seul des 2 tourbillons marginaux du remorqueur, de plus l'amortissement en roulis d'un planeur est certainement assez important, de ces faits il ne partira pas en roulis aussi nettement comme le ferait un avion de dimension similaire, un peu comme on le voit dans la vidéo DR400 versus le biplan Antonov.

Bien entendu un planeur génère lui même ses propres tourbillons libres et marginaux, mais à masse égale ils sont bien plus faible que ceux d'un avion, car intervient l'allongement, si on met des grandes plumes aux planeurs c'est pour réduire la trainée induite générée par la portance. A finesse max la trainée induite = la trainée de forme, Cxi = Cx0, et Cxi = Cz^2/pi lambda ou lambda est l'allongement

L'allongement augmente la finesse et c'est une évidence, par réduction de trainée induite, une grande plume allonge bien plus qu'une courte.

Dans un autre domaine, certes moins passionnant que le vol à voile, la même tendance va sur les avions de ligne, long courrier en particulier, l'augmentation de l'allongement augmente la performance au niveau de la réduction de la consommation selon la bonne vielle équation de Breguet d'avant guerre, pour aller loin efficacement il faut la plus grande finesse possible, la masse de structure la plus faible possible, la masse maxi la plus forte possible, et des moteurs dont la conso spécifique soit la plus faible possible. Le tout est très intimement lié surtout à l'évolution des matériaux et de très subtiles compromis.

L'amélioration des profils, à mach limite identique a permis de réduire l'angle de flèche, des 45° du 707 on est autour de 30° sur les dernières génération, on pourrait faire mieux avec une aile droite si on accepte de sacrifier un peu sur le mach de croisière,.... qu'on a du reste déjà sacrifié…., on accepte de voler à seulement mach 0.85 alors que les meilleurs jet d'affaire les surclassent à M .92.

Tout cela pour dire que du planeur au Boeing 777, ... pour ne pas citer cette affreuse chose qu'est l'A380..., les principes de la mécavol restent très exactement les mêmes, et que ce qui est le plus dangereux et de très loin, ce sont les tourbillons marginaux pour ceux qui suivent, de nombreuses études ont été faites il n'y a même pas à revenir sur ce sujet !

a+

[robur]

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[robur]

Robur, je serais intéressé par ton raisonnement de coin de table conduisant à la moitié de mon estimation.

J’ai calculé la puissance requise pour dévier un l’écoulement assimilé à un cylindre de révolution de diamètre égal à l’envergure , cette déviation fournissant la portance nécessaire.
Mais, je dois avouer que je n’aime pas beaucoup ce modèle  trouvé dans la littérature...

[Gilles131]

Approche en effet intéressante, mais nécessairement fausse, car elle suppose la portance créée par les tourbillons marginaux, alors qu'au contraire ils en sont la conséquence.

La portance , est selon Kutta-Joukovski =  V. σ  Г
V vitesse à l'infini amont,  σ la masse volumique de l'air et Г  la circulation , chaque "tranche" de voilure libère un petit élément de cette circulation ( filament de vorticité d Г ).
"Loin en aval ", l’ensemble de ces petits élément se regroupent dans les tourbillons marginaux qui contiennent chacun d‘eux  Г/2 puisque selon Hemholtz un vortex n’a pas de fin .

L’énergie nécessaire pour créer la portance se retrouve ( en grande partie) dans la nappe tourbillonnaire et par suite "loin en aval" dans les deux tourbillons marginaux. dont l’intensité est  indépendante de l’allongement…

C'est un modèle mathématique, c'est-à-dire un être abstrait dont le mérite est de permettre le calcul, dans la limite des hypothèses théoriques.
Un modèle n'est qu'un modèle. La réalité physique globale, c'est quand même bien que l'aile pousse l'air vers le bas et qu'en réaction l'air pousse l'aile vers le haut. Et qu'il en résulte des tourbillons marginaux responsables d'une partie de la trainée: la trainée induite ("induite" par la portance, justement, et donc directement fonction de la portance, et de l'allongement).

...Prenons l'exemple de l'allongement infini: pas de tourbillons marginaux, mais portance quand même! Et trainée non nulle, seule la trainée induite est nulle.

Certes, mais un allongement infini ça n’existe pas.

Mais si: en soufflerie, entre parois verticales. Sinon, comment mesurerait-on des polaires de profil?

La portance est conséquence de la déflexion, et les tourbillons marginaux conséquences de la portance.

La déflexion est la conséquence de la circulation et les tourbillons marginaux sont la conséquence de l’impossibilité de disparition spontanée d’un  vortex ( Hemholtz).

Et pourtant, ils s'amortissent et disparaissent: limite des modèles mathématiques...

Un planeur fait au moins dans les 15 m d'envergure, un remorqueur la moitié moins, derrière les environs 50 m de câble en remorquage, le planeur ne peut jamais être entièrement  dans un seul des 2 tourbillons marginaux du remorqueur, de plus l'amortissement en roulis d'un planeur est certainement assez important, de ces faits il ne partira pas en roulis aussi nettement comme le ferait un avion de dimension similaire, un peu comme on le voit dans la vidéo DR400 versus le biplan Antonov.

A l'époque où l'on apprenait le remorqué avec un éducatif consistant à faire le tour du "carré" permis par le câble derrière le remorqueur, on montrait beaucoup de choses, en particulier l'évidence du passage dans le souffle de l'hélice (malgré l'envergure et l'amortissement de roulis du planeur, que tu mentionnes à juste titre). On atteignait aisément la demi-envergure du remorqueur (quelques mètres à peine d'écart latéral) donc on passait clairement dans ses tourbillons marginaux. Sans rien sentir.
Je n'en déduis bien évidemment pas qu'il sont inexistants, mais bien qu'il est faux de dire que le souffle de l'hélice est insignifiant à côté.

Une expérience intéressante est aussi le placement en position basse pour retour au sol, vécu d'innombrables fois en formation et une fois en vrai (non-largage effectif). On traverse de haut en bas le souffle de l'hélice pour se placer dessous, et on ressent fort bien, sans la moindre ambiguïté, le moment où l'on y rentre, sa traversée et le moment où l'on en sort par le dessous!

Tout cela pour dire que du planeur au Boeing 777, ...  pour ne pas citer cette affreuse chose qu'est l'A380..., les principes de la mécavol restent très exactement les mêmes, et que ce qui est le plus dangereux et de très loin, ce sont les tourbillons marginaux pour ceux qui suivent, de nombreuses études ont été faites il n'y a même pas à revenir sur ce sujet !

Encore une fois personne ne remet cela en cause. Mais pour être complet, tu dois admettre que ces tourbillons marginaux sont proportionnels à la masse de l'appareil, et que si leur traversée est de toute évidence extrêmement dangereuse derrière un appareil 10 ou 100 fois plus lourd, elle reste anecdotique derrière un appareil de même masse.
J'ai fait des milliers et des milliers de tours de spirale en planeur derrière (parfois très près derrière) d'autres planeurs: je n'ai jamais rien perçu, ni souffle hélicoïdal (!) alors que 50m derrière le remorqueur il te bouscule violemment, ni tourbillons marginaux, tout simplement car derrière une machine légère à grand allongement ils n'ont, en réalité, quasiment pas d'effet sur une machine équivalente.

Et c'est bien ce que dit la mécanique du vol, c'est bien ce que disent toutes les études... Avoir pleinement conscience d'un danger n'exclut pas le sens des nuances - bien au contraire.

[robur]

Un planeur fait au moins dans les 15 m d'envergure, un remorqueur la moitié moins, derrière les environs 50 m de câble en remorquage, le planeur ne peut jamais être entièrement  dans un seul des 2 tourbillons marginaux du remorqueur, de plus l'amortissement en roulis d'un planeur est

Simple hypothèse ( peut etre légèrement capilotractée)  :

En se plaçant dans dans l’axe de l’un des tourbillons marginaux du remorqueur ,  le planeur devrait partir en roulis , mais dans ce cas,la tension du câble impose un dérapage qui pourrait par bonheur fournir un moment de roulis pratiquement égal et opposé à celui du au tourbillon marginal !

Signé Robur ancien pilote remorqueur

[Bee Gee]

Au prochain remorqué mets toi d'accord avec le remorqueur afin qu'il passe en descente tout réduit,... si tes AF permettent de ne pas le dépasser !... et voit ce que ça donne dans son sillage. Ainsi on aura une réponse définitive !

[robur]

C'est un modèle mathématique, c'est-à-dire un être abstrait dont le mérite est de permettre le calcul, dans la limite des hypothèses théoriques.
Un modèle n'est qu'un modèle. La réalité physique globale, c'est quand même bien que l'aile pousse l'air vers le bas et qu'en réaction l'air pousse l'aile vers le haut. Et qu'il en résulte des tourbillons marginaux responsables d'une partie de la trainée: la trainée induite ("induite" par la portance, justement, et donc directement fonction de la portance, et de l'allongement).

C’est  là que se situe la souvent controversée origine de la portance . ..L’affaire a été débattue n fois +1 ici- même; comment en effet , expliquer qu’un profil mince en arc de cercle  placé incidence nulle puisse générer de la portance ,ou qu’en allongement infinie, une aile soit portante malgré des déviations amont et aval symétriques ??

...Mais si: en soufflerie, entre parois verticales. Sinon, comment mesurerait-on des polaires de profil?

Les polaires ne sont-elles pas généralement données en allongement fini ( 6 par exemple , avec les corrections de parois nécessaires  )  ?

...Et pourtant, ils s'amortissent et disparaissent: limite des modèles mathématiques...

Sans doute, mais leur durée de survie rend très acceptable le modèle mathématique qui ne s’encombre pas des effets de la viscosité .

[Delépine]

comment en effet...............qu’en allongement infini, une aile soit portante malgré des déviations amont et aval symétriques ??

parce qu'en allongement tendant vers infini, une aile de surface quelle qu'elle soit présente une corde tendant vers zéro, c'est-à-dire une portance tendant vers zéro par mètre d'envergure.