Portance sur la traversée de fuselage

[jp trimouille]

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[denis r-e]

Intuitivement je dirais que le fuselage "coupé" par la portion d'aile qui le traverse participe lui aussi à la portance.

Un fuselage de 10m de large (de ton exemple) sera certainement plus porteur qu'un fuselage "normal" (on est dans le domaine des petits avions).

Donc l'approximation ne me gêne pas trop.

Maintenant s'il y a un aérodynamicien qui peut étayer (voire démontrer) ...

[Manu]

Sachant que la portance est assurée à 75 % par la dépression d'extrados, j'ai toujours eu du mal à comprendre le pourquoi de la chose.

Rien n'empêche pour le calcul de la structure de ne pas prendre en compte le fuselage. Si c'est juste, tu optimises ta masse, si c'est faux, tu as une marge de sécurité supplémentaire.

Manu

[robur]

...
Je suis pourtant perplexe, car à ce tarif un fuselage de 10 m de large nanti de deux moignons d'aile de 1 m de corde et 1 m d'envergure pourrait être considéré comme gréé d'une voilure de 12 m² et 12 d'allongement....

Si le fuselage est un corps axisymétrique
A - placé à incidence nulle seuls les deux moignons d'aile( avec incidence ou profil adapté) fabriqueront de la portance
B - à incidence non nulle le fuselage participera à la portance mais au prix d'une importante trainée.

J'ai également un peu de mal à imaginer un fuselage générant une portance identique à celle de la portion d'aile qui le traverse.

Quelques petits calculs rapides donnent les résultats suivants :
Pour un avion dont la surface " masquée" par le fuselage vaut 15 % de la surface alaire conventionnelle
On obtient en ne tenant pas compte de cette surface "masquée" ,une augmentation de 8 % de la Vs, mais comme aux grands angles le fuselage devient porteur ( et fortement générateur de trainée ) l'augmentation réelle de Vs doit être en réalité pratiquement négligeable.
En croisière avec un Cz de l'ordre de 0,3 , négliger la partie traversant le fuselage conduit à une augmentation d'incidence inférieure à 0,5 °.
En termes de RDM, négliger la portance fuselage , augmente le moment à l'emplanture de 5 %

Enfin ce que j'en dis...

[andre44]

Bonjour

j'ai pilote celui la il y a bien des années le fuselage a un dessin porteur parceque avec ces petites ailes
il avait un o-200 un autre model avec un C65  nous avons testé une hélice Merville  de D112 ,une peur au décollage (en solo)   heureusement qu'il y avait 4000 pieds de piste ..

André

[jp trimouille]

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[robur]

... Ce n'est nullement négligeable pour des cas de dessin et de calcul de RDM un peu justes surtout en ULM où le poids se marchande au kilo près. C'est bien parce que l'on est bloqué à ce stade par l'obligation d'un choix plus ou moins arbitraire que j'espérais un document dûment expérimental !

Il semble que l'hypothèse d' une portance  continue à la traversée du fuselage soit admise pour les avions légers.
Deux exemples extraits de la littérature spécialisée :

1 - Conceptual design ,de Raymer : "...the load is assumed to continue to the centerline of the aircraft.
That has proven to be a good assumption...".

2 - Design of light aircraft de R, Hiscocks : " It is usual to assume that the lift is maintained across the fuselage undisturbed...".

Même le DESGRANDCHAMPS, bien connu des amateurs, adopte cette hypothèse.

[Daniel C]

Avec cet avion la question du fuselage porteur ne se pose plus. Il détient le record du mode de boucles enchaînées (208 exactement)

http://rides.webshots.com/photo/1432543613057392307FIdSlX

[Jethro]

... Ce n'est nullement négligeable pour des cas de dessin et de calcul de RDM un peu justes surtout en ULM où le poids se marchande au kilo près. C'est bien parce que l'on est bloqué à ce stade par l'obligation d'un choix plus ou moins arbitraire que j'espérais un document dûment expérimental !

Il semble que l'hypothèse d' une portance  continue à la traversée du fuselage soit admise pour les avions légers.
Deux exemples extraits de la littérature spécialisée :

1 - Conceptual design ,de Raymer : "...the load is assumed to continue to the centerline of the aircraft.
That has proven to be a good assumption...".

2 - Design of light aircraft de R, Hiscocks : " It is usual to assume that the lift is maintained across the fuselage undisturbed...".

Même le DESGRANDCHAMPS, bien connu des amateurs, adopte cette hypothèse.

En effet, c'est une hypothèse communément admise. La surface d'une aile est définie par sa vue en plan (La technique du vol, de A. Hémond, Mécanique du vol, de A.C. Kermode, La mécanique du vol de l'avion léger, de S. Bonnet & J. Verrière, que j'ai sous les yeux.

Mais une hypothèse n'est pas un fait avéré : les deux textes cités disent "...the load is assumed..." et "It is usual to assume..."
D'après mon Harrap's, le verbe anglais ASSUME se traduit par Présumer, supposer, admettre. Rien de certain ni de démontré la-dedans.

Je pense que cette habitude remonte à l'époque des ailes "parasol" en une seule pièce, perchées au-dessus du fuselage sur des haubans, des aéronef du début de l'aviation.
D'autre part, le bouquin Mécanique Expérimentale des Fluides, tome II, de R. Comolet, montre que l'on a commencé par étudier l'aile de longueur infinie, puis l'aile de longueur finie (ce qui a conduit entre autre Pradlt-Munk a démontrer que la répartition idéale de la portance sur un aile doit être elliptique, d'où l'aile du Spitfire...).

Et pour que ça vole et que ça se pilote, on a greffé sur cette aile un fuselage... dessus, dessous, pendu dessous, et même assymétriquement ou à côté... tout a été essayé ! Et je pense que c'est par commodité que l'on a conservé la définition initiale (ce qu'on peut être conservateurs dans l'aéronautique !).

Maintenant, on peut effectivement se poser la question de la "portance fuselage...". Pour ma part, je n'ai rien trouvé de concret là-dessus. Je sais que R. Junka était un inconditionnel de la "portance trache", d'où les formes de ses avions Tempête, Sirocco...

Voila, ce petit mot, c'était pour l'historique que je connais ou que je subodore. Je dois quitter, je posterai une suite plus technique ultérieurement.

A bientôt.

[robur]

En effet, c'est une hypothèse communément admise. La surface d'une aile est définie par sa vue en plan (La technique du vol, de A. Hémond, Mécanique du vol, de A.C. Kermode, La mécanique du vol de l'avion léger, de S. Bonnet & J. Verrière, que j'ai sous les yeux.

Mais une hypothèse n'est pas un fait avéré : les deux textes cités disent "...the load is assumed..." et "It is usual to assume..."
D'après mon Harrap's, le verbe anglais ASSUME se traduit par Présumer, supposer, admettre. Rien de certain ni de démontré la-dedans.

Voici ce que dit le naca-report n° 380 ( 1932 ):

" The results show that the contribution of the fuselage toward the total lift is small.

On the airplane ranging from slightly less than 3 % at the lower angle of attack to about 4 % at higher angles which approximately compensates for the portion of wing area replaced by the fuselage ",

D'autre part, le bouquin Mécanique Expérimentale des Fluides, tome II, de R. Comolet, montre que l'on a commencé par étudier l'aile de longueur infinie, puis l'aile de longueur finie (ce qui a conduit entre autre Pradlt-Munk a démontrer que la répartition idéale de la portance sur un aile doit être elliptique, d'où l'aile du Spitfire...).

Sur une aile rectangulaire sans vrillage la répartition de portance en envergure est elliptique. L'intérêt
de l'aile elliptique est d'obtenir des angles induits constants et de faire par conséquent, fonctionner toute l'aile à la meme incidence .

Comolet traite évidement en premier l'aile d'allongement infini qui est le cas général qui permet d'introduire le concept de circulation et la condition de Kutta.

Maintenant, on peut effectivement se poser la question de la "portance fuselage...". Pour ma part, je n'ai rien trouvé de concret là-dessus. Je sais que R. Junka était un inconditionnel de la "portance trache", d'où les formes de ses avions Tempête, Sirocco...

Il faut bien que les avions de voltige ,conservent une trajectoire à peu prés rectiligne lors du passage tranche, mais il s'agit là de la portance latérale du fuselage,

[jp trimouille]

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[Jethro]

En effet, c'est une hypothèse communément admise. La surface d'une aile est définie par sa vue en plan (La technique du vol, de A. Hémond, Mécanique du vol, de A.C. Kermode, La mécanique du vol de l'avion léger, de S. Bonnet & J. Verrière, que j'ai sous les yeux.

Mais une hypothèse n'est pas un fait avéré : les deux textes cités disent "...the load is assumed..." et "It is usual to assume..."
D'après mon Harrap's, le verbe anglais ASSUME se traduit par Présumer, supposer, admettre. Rien de certain ni de démontré la-dedans.

Voici ce que dit le naca-report n° 380 ( 1932 ):

" The results show that the contribution of the fuselage toward the total lift is small.

On the airplane ranging from slightly less than 3 % at the lower angle of attack to about 4 % at higher angles which approximately compensates for the portion of wing area replaced by the fuselage ",

D'autre part, le bouquin Mécanique Expérimentale des Fluides, tome II, de R. Comolet, montre que l'on a commencé par étudier l'aile de longueur infinie, puis l'aile de longueur finie (ce qui a conduit entre autre Pradlt-Munk a démontrer que la répartition idéale de la portance sur un aile doit être elliptique, d'où l'aile du Spitfire...).

Sur une aile rectangulaire sans vrillage la répartition de portance en envergure est elliptique. L'intérêt
de l'aile elliptique est d'obtenir des angles induits constants et de faire par conséquent, fonctionner toute l'aile à la meme incidence .

Comolet traite évidement en premier l'aile d'allongement infini qui est le cas général qui permet d'introduire le concept de circulation et la condition de Kutta.

Maintenant, on peut effectivement se poser la question de la "portance fuselage...". Pour ma part, je n'ai rien trouvé de concret là-dessus. Je sais que R. Junka était un inconditionnel de la "portance trache", d'où les formes de ses avions Tempête, Sirocco...

Il faut bien que les avions de voltige ,conservent une trajectoire à peu prés rectiligne lors du passage tranche, mais il s'agit là de la portance latérale du fuselage,

Re-bonour à tous,

Tout d'abord, mea culpa, j'ai mal orthographié le nom du créateur des avions Tempête et Sirocco : Il fallait lire "...JURCA..." et non pas "...JUNKA..." Absolument désolé de cette erreur. De plus, une erreur de frappe m'a fait écrire "portance trache" au lieu de "portance tranche" ! J'espère que tout le monde aura corrigé cette petite bévue.

Pour répondre à Robur, que nenni, sur une aile rectangulaire plane (sans vrillage) de longueur finie, soit une aile réelle d'aéronef, la répartition de la portance n'est pas elliptique.
Il s'en faut de beaucoup, et c'est en particulier là une des causes de la trainée induite C_xi.
Pour remédier à cette trainée induite sur une telle aile (certes plus facile à réaliser), on peut la vriller, c'est à dire donner une incidence négative progressive par rapport à son plan vers les extrémités de la voilure. On peut également lui donner une forme plate elliptique (aile du Spitfire) non vrillée (bien plus difficile à réaliser, surtout industriellement). On s'approche de cette forme idéale (en terme de C_xi) en adoptant un plan trapézoïdal (ailes des Mustang, Me109, FW190, et bien d'autres... et même sur mon ULM (P 300).
On a également réalisé des ailes plus ou moins "gothiques", à double ou triple trapèze, ce qui se rapproche plus encore de la forme idéale (Dornier). Un exemple bien connu d'une aile plane à double trapèze est celle des Jodel, en principe non vrillée (les extrémités relevées sont destinées à améliorer la stabilité latérale d'une aile autrement sans dièdre).

Pour en revenir à la portance propre du fuselage, et compte tenu du fait que ledit fuselage est généralement effilé à partir du poste de pilotage, vers la queue, il est évident que vu en plan, il ne peut y avoir de portance d'extrados, et ce d'autant moins que la partie arrière est le plus souvent de section cylindrique ou semi-cylindrique. On est loin des conditions requises pour obtenir de la portance de ce point de vue. Par contre, compte tenu de l'incidence du fuselage, il y a trainée, donc portance due à la pression sous le fuselage, bien souvent plat (Jodel). Mais comme un aéronef en vol de croisière doit avoir le fuselage horizontal, je ne crois pas que cela puisse compter beaucoup...

Enfin, pour ce qui est de la Re De Me (RDM) du ou des longeron(s), je ne me hasarderais pas à raisonner sur la totalité de l'envergure : Un longeron se calcule comme une poutre encastrée à une extrémité et à charge répartie.
La charge répartie est la somme de toutes les charges (ailes, empennages, fuselage, train...) et s'applique, pour moitié, sur chaque demi-aile, dont la section critique se trouve au niveau de l'encastrement (fixation sur le(s) couple(s) de fuselage, et non pas au milieu de celui-ci... C'est toujours à ce niveau que ça casse, (voir les soucis des ailes de Cap10 par le passé ! Et pourtant, que voilà un bien bel et bon avion, très soigneusement fabriqué par des artisans soucieux et pointilleux, qui a formé des pléiades de voltigeurs...)

Bien entendu, c'est ce que je pense... la solidité du longeron étant le gage de la survie, en ce qui me concerne, pas de risques inutiles...

[robur]

Pour répondre à Robur, que nenni, sur une aile rectangulaire plane (sans vrillage) de longueur finie, soit une aile réelle d'aéronef, la répartition de la portance n'est pas elliptique.
Il s'en faut de beaucoup, et c'est en particulier là une des causes de la trainée induite C_xi.

Sur une aile rectangulaire non vrillée la répartition de la portance est pratiquement elliptique.
La nappe tourbillonnaire emporte une quantité constante de circulation tout au long de l'envergure,,,
voir Schrenk ou Multhopp' s methods ( Naca mémorandum N° 948par exemple)

Pour remédier à cette trainée induite sur une telle aile (certes plusfacile à réaliser), on peut la vriller, c'est à dire donner une incidence négative progressive par rapport à son plan vers lesextrémités de la voilure. On peut également lui donner une forme plate elliptique (aile du Spitfire) non vrillée (bien plus difficile àréaliser, surtout industriellement). On s'approche de cette forme idéale (en terme de C_xi) en adoptant un plan trapézoïdal (ailes des Mustang, Me109, FW190, et bien d'autres... et même sur mon ULM (P 300).

Quant à la trainée induite , elle existe dés que l'allongement n'est pas infini , la forme en plan de l'aile n'agit que sur le coef, d'Oswald, voici ce que dit la littérature sur le sujet :

1-Hoener l’un des pères du ME 109 écrit dans soncélèbre bouquin "fluid dynamic drag ", que la forme en plan de l’aile a moins d’influence sur la traînée induite que la géométrie des bords marginaux ( à allongement identique évidemment ).
Et ,il n’est pas le seul:

2- Daniel P. RAYMER dans "Aircraft design : A conceptual approach", écrit « in fact, a taper ratio of 0.45 , for un upswept wing produces a lift distribution

very close to the elliptical ideal

.This results in a drag to lift less than 1% higher than the ideal , elliptical wing “

3-Abbott et Von Doenhoff dans "Théorie of wingsections " écrivent :
Pour une aile rectangulaire avec rounded tips
d’allongement 6 ,le coefficient d’Oswald =0.97

Rappel : Le coefficient d’Oswald corrige la répartition non elliptique de la portance et vaut 1 pour une aile elliptique
Cxi ( coeff. de traînée induite ) =CL² / 3.14 .AR. e
Avec e = coefficient d’Oswald , AR =aspect ratio ou en Français allongement…



La forme en plan elliptique des ailes du spitfire , aurait selon certains, pour origine des considérations de volume disponible pour loger l’armement ( décroissance de la corde moins rapide que sur une aile trapézoïdale  ) plus que d’efficacité aérodynamique.


Je crois (comme Trimouille) assez volontiers cette thèse, si la forme elliptique présentait un réel avantage d’ordre aérodynamique, son utilisation aurait été sans doute nettement plus fréquente malgré les difficultés d'industrialisation.
Par ailleurs, la forme elliptique n’est pas sans défaut, nombre de Reynolds des extrémités,fort amortissement en roulis…( d'où la suppression des surfaces situées au delà des ailerons sur certaines versions du Spitfire).

Pour en revenir à la portance propre du fuselage, et compte tenu du fait que ledit fuselage est généralement effilé à partir du poste de pilotage, vers la queue, il est évident que vu en plan, il ne peut y avoir de portance d'extrados, et ce d'autant moins que la partie arrière est le plus souvent de section cylindrique ou semi-cylindrique. On est loin des conditions requises pour obtenir de la portance de ce point de vue. Par contre, compte tenu de l'incidence du fuselage, il y a trainée, donc portance due à la pression sous le fuselage, bien souvent plat (Jodel). Mais comme un aéronef en vol de croisière doit avoir le fuselage horizontal, je ne crois pas que cela puisse compter beaucoup...

Hiscocks par exemple ( concepteur du Beaver ) admet un Cz égal à celui qui existe à l'emplanture sur toute la surface de l'aile qui traverse le fuselage , dans son exemple l'avion a un fuselage de section carrée et des ailes hautes,

[Bernard de Go Mars]

<style></style>
Hello, vous autres.

Félicitation pour la qualité de votre conversation.

Pour ce qui est de la Portance du fuselage au droit de l'aile (et même en amont et en aval de l'aile) l'une des sources de renseignements possible est la fuséologie.

En effet, dans les calculs de la stabilité de leurs engins, les fuséistes prennent en compte la tranche de fuselage existant au droit de l'empennage de leurs engins.

La différence est que ces empennages sont toujours de très faible allongement. Ce qui fait que dans la pratique, le fuselage apparaît comme encourageant la portance des demi-ailes de ces empennages...

On considère néanmoins qu'en incidence, la présence du fuselage augmente le flux sur les demi-ailes d'empennage et donc la portance de celle-ci ((c'est l'influence fuselage --> ailerons )

De même il est admis que la présence des ailerons suscite une portance du fuselage (c'est l'influence ailerons --> fuselage).
Dans les calculs, ces deux influences sont souvent confondues en une seule.

Historiquement, il me semble qu'avant que se généralisent les calculs que je viens de mentionner, on augmentait la surface de l'empennage d'une certaine fraction de l'aire du fuselage au droit de ces ailerons (cette fraction pouvant aller jusqu'à l'unité).

Je m'intéresse beaucoup à la portance du fuselage des fusées, qui est un phénomène mineur et, sans doute pour cette raison, mal pris en compte (notons que dans les cas usuels, ce fuselage est un cylindre de section circulaire).


Pour de tels fuselages cylindriques de fusées, j'ai dégagé un Cnalpha de 0,05 par diamètre de longueur du fuselage (Cnalpha des fuséiste, càd ramené à la section du fuselage).

Ce Cnalpha semble devoir s'appliquer au milieu du cylindre du fuselage (ou un peu en avant).

Dans le cas où le fuselage cylindrique n'est plus de section circulaire (cas des missile de croisière) le problème de leur portance se complique énormément (il semble quand même qu'aux petits angles un fuselage plat dessous produise une portance plus forte.

Et dans votre cas (où la section du fuselage est très évolutive), il faut s'en remettre, avec prudence, aux suggestions de la Théorie des Corps Élancés, avec la complication, à mon sens, que l'amont du fuselage est souvent fortement soufflé par l'hélice...

Voilà ce qui me vient à l'idée à la lecture de votre conversation, mais ce qui m'intéresse justement c'est la rencontre de nos deux domaines sur certains sujets particuliers où les échanges peuvent être profitables.

Une façon de raisonner sur la question de la portance du fuselage est de considérer que ses flancs forment des plaques d'extrémités pour chaque demi-aile (et donc que ces flanc produisent un effet miroir ce qui revient à mettre chaque demi-aile en continuité avec l'autre) (pas de perte de portance, donc, occasionnée par la présence du fuselage).
Ensuite, il faut rajouter la portance de tout le fuselage. Il est raisonnable de penser qu'elle équivaut, en ordre de grandeur, à celle de la tranche théorique d'aile le traversant ("raisonnable", bien qu'à l'allure de croisière le fuselage peut être considéré comme étant à l'incidence zéro donc ne développant pas de portance ni surtout de traînée induite).

Amicalement,
Bernard de Go Mars !

[christopherjonson]

(((La forme en plan elliptique des ailes du spitfire , aurait selon certains, pour origine des considérations de volume disponible pour loger l’armement ( décroissance de la corde moins rapide que sur une aile trapézoïdale ) plus que d’efficacité aérodynamique.)))

Robur--- Lors de la bataille d angleterre les anglais ont dus couper le bout des ailes des spitfire puisque le rayon de braquage etais beaucoup trop long face au fw 190..... Je ne sais pas si la modification a ete faite sur tous les chasseurs mais je suis sur qu elle a ete faite sur certain....