Compatibilité facteur de charge élevé et vitesse supersonique

[berkoutskaia]

Excellent exemple. Si tu met les gaz l'avion monte. Donc il 'tourne'. Dans le plan vertical, certe, mais il tourne.

Oui, mais non Si l'avion monte, ça n'est pas directement du à la poussée du réacteur. C'est parceque la poussée va engendrer une augmentation de la vitesse, et donc de la portance supplémentaire (à incidence constante). Si, en palier, tu augmentes le régime moteur, tu dois réduire ton incidence (et donc diminuer la portance) pour rester en palier.

berkoutskaia,

ben justement.

Quand un avion tourne il n'y a pas de soleil pour lui donner une accélération radiale.
Et la terre n'a pas de portance aérodynamique

Ben justement

Quand un avion tourne c'est la portance qui EST cet effort radial (ou centripète pour être plus précis). Dans mon analogie, l'attraction gravitationnelle est l'équivalent de la portance !

Maintenant imagine qu'il n'y ait pas de soleil et que le vide soit remplis d'air.
Pour que la terre tourne autour du non-soleil bien qu'elle n'ait pas d'aile, il faudrait lui mettre un réacteur avec un vecteur poussée légèrement orienté vers le centre de rotation, donc avec un angle entre le vecteur poussée et le vecteur vitesse.

Et la terre tournerait autour du non-soleil bien que la terre n'ait pas de portance aérodynamique.

Non.

Je sais pas si tu as fait un peu de mécanique du point, mais si c'est le cas, tu dois te rendre compte qu'un point sur lequel ne s'exerce qu'une seule force (celle de ce réacteur imaginaire) ne peut PAS avoir une trajectoire circulaire sauf dans un seul et unique cas bien particulier: celui où cette force est normale au vecteur vitesse inital !

Dans le cas d'un avion en virage soutenu, c'est pareil , sauf que les forces sont décomposées et que ça complique un peu le schmilblick :
-La seule force normale à la vitesse est en très grande partie composée de la portance, et dans une moindre mesure de la composante en sin(alpha) de la poussée. Cette dernière est franchement négligeable
-La composante en cos(alpha) de la poussée sert uniquement à contrer la résistance aérodynamique pour maintenir la vitesse.

(Promis je fais des schémas ce WE, sinon on s'en sortira jamais).

Une dernière remarque (qui je l'espère montrera bien que le moteur joue un rôle direct quasi-négligeable sur le taux de virage instantané): un planeur, ça tourne On peut même tirer des ressources à 4G ou faire des virages bien brutaux dans le plan horizontal. Et pourtant, y'a pas de moteur ^^

La seule différence avec un avion motorisé, c'est que le planeur va fortement dégrader son énergie, et il n'a aucun moyen de la regagner. (Merci Famas_TAW pour m'avoir fait penser à cet exemple )

[berkoutskaia]

J'en rajoute une petite couche avant le diner, pour bien montrer que la composante "poussée" dans la force centripète est négligeable.

Prenons un F-16C Block30, en vol peinard à Mach 0.9 au FL300. Pour se dérouiller un peu, il nous tire un virage à 4G , soit environ 20° d'incidence. Le tout PCPC bien entendu.

Calculons vite fait la force normale au vecteur vitesse:
-on a bien entendu la portance, donnée par pdyn*Sref*CL. Dans ces conditions, le CL est environ de 1,4, la pdyn vaut à peu près 15x10³ N/m². La Sref est grosso merdo de 18m². Donc notre Portance au FL300, à M0.9 et alpha 20° vaut environ 380kN
-Occupons nous maintenant du moteur. Un F110-GE-100 pleine PC au FL300 et à M0.9 délivre environ 13000lbs., soit 65kN. La composante de la poussée sur la force centripète est donc de sin(20°)*65kN=22kN.

Conclusion: la composante de la poussée c'est peanuts (largement moins de 10%).

Et cerise sur le gâteau, pour Famas_TAW: Si ce même F-16 tire ce même virage mais avec les gaz sur IDLE, le taux de virage instantané sera le même (à peanuts près)

P.S.: Merci au Manuel des HFFM

[c-seven]

et dans une moindre mesure de la composante en sin(alpha) de la poussée. Cette dernière est franchement négligeable ]

Ca y est, je crois que j'ai identifié le point où il y a un blème

Tu dis que la composante sinus alpha est négligeable mais comme le faisait remarquer Tmor, ces avions sur-puissants prennent en routine des AOA de 30°.

Comment est-ce que sin30 d'un vecteur poussé aussi considérables (relativement au poids déjà) serait négligeable?

Ces avions ont un rappord poid/poussée supérieur à 1, c'est à dire que que la puissance des moteurs est potentiellement aussi importante que la totalité de la portance pour faire voler l'avion.

En plus pour tourner un avion applique un delta de portance grace à l'incidence. Ben là c'est pareil, le moteur applique un delta de poussée orienté dans l'intérieur du virage: le sinus alpha.

Le point c'est pas de dire qu'un avion de chasse tourne QUE sur ses moteur évidemment. Et un planeur peut tourner évidemment.

Le point c'est de dire qu'un avion de chasse tourne avec la portance ET sur la puissance de ses moteurs.

Je sais pas si tu as fait un peu de mécanique du point, mais si c'est le cas, tu dois te rendre compte qu'un point sur lequel ne s'exerce qu'une seule force (celle de ce réacteur imaginaire) ne peut PAS avoir une trajectoire circulaire sauf dans un seul et unique cas bien particulier: celui où cette force est normale au vecteur vitesse inital !

J'étais dans l'hypothèse ou le vide serait plein d'air et donc la composante parallèle au vecteur vitesse est équilibrée par la trainée. Reste la composante normale au vecteur vitesse.
(dans le vide réel il faudrait que la force soit complètement normale au vecteur vitesse effectivement)

Edit: j'avais pas vu ton dernier post, je vais y réfléchir ... et pi je vais bouffer aussi

[berkoutskaia]

Ces avions ont un rappord poid/poussée supérieur à 1, c'est à dire que que la puissance des moteurs est potentiellement aussi importante que la totalité de la portance pour faire voler l'avion.

En palier, la portance est égale au poids, oui.

[TMor]

A la limite, que berkoutskaia dise que l'effet des moteurs est négligeable, je veux bien...

Mais voilà, j'avais préparé un dessin pour illustrer ça, et comme il est trop bôôôô , le voici :

Bon sang, qu'il est bôô !
Pris à un instant t :
Donc, en rose, la portance, en vert foncé, la trainée, jaune, le poids, le bleu clair/fluo représentant la trajectoire (courbée puisque l'avion est en virage). Le centre de ce virage est le point bleu clair/fluo, et j'ai bien indiqué l'AoA de l'avion (30°).
Le point bleu foncé est donc le centre de gravité, sur lequel j'ai appliqué toutes les forces entrant en jeu (ce n'est pas forcément fidèle en tout, mais pour la poussée, je suis sûr de mon coup).

Et DONC, l'avion étant incliné par son AoA, le vecteur poussée (orange) se décompose en 2 composantes (rouges), l'une jouant dans le même sens que la portance, et l'autre jouant contre la trainée...

Heu... La taille des flèches est le fruit du hasard et ne représente en rien ma vision des choses, sauf pour la poussée et la portance, dans le sens où je sais qu'il y a plus de portance que de poids... Bref, peu importe !

[berkoutskaia]

Merci TMor, ça m'évite de faire un schéma :D Le tien (en plus d'être bôôôô avec un M2k et des couleurs discos) est cohérent en ce qui concerne l'orientation des différents vecteurs. Leurs normes relatives sont effectivement un peu "le fruit du hasard" :D. Si on en revient à mon F-16 de tout à l'heure, on a les normes suivantes:
-Portance: environ 380kN
-Poids: environ 130-140kN
-Poussée: environ 65kN
-Traînée:environ 112kN

Donc dans le cas d'une ressource, si on fait le bilan portance-poids, on a quand même une composante centripète de la poussée inférieure à 10% de la portance, donc peanuts. C'est juste un peu de bonus

[c-seven]

berkoutskaia, j'ai peur que tu soit en train de comparer la portance totale avec un delta de poussée.

En fait ce qui fait tourner l'avion c'est un delta de portance (80% de la potance servant à compenser le poids).

Donc il faut comparer un delta de portance avec un delta de poussée pour pouvoir dire si celui-ci est négligeable ou pas.

.... et ça m'étonnerait que ce soit le cas.

[berkoutskaia]

berkoutskaia, j'ai peur que tu soit en train de comparer la portance totale avec un delta de poussée.

Je crois pas, non...

En fait ce qui fait tourner l'avion c'est un delta de portance (80% de la potance servant à compenser le poids).

La part de portance servant à compenser le poids va varier en fonction du facteur de charge. Plus tu fait un virage à facteur de charge élevé, plus la part de la portance servant à compenser le poids va être faible. Pour être tout à fait exact, on a le rapport de 80% dont tu parles dans le cas d'un virage à 1,25g. Pas vraiment un virage de brute donc. Pour un virage à 6g, le rapport (portance verticale)/(portance totale) est de... 17% .

Ce qui fait tourner l'avion ça n'est pas vraiment un delta de portance, c'est la composante horizontale de la portance (dans le cas d'un virage dans le plan horizontal). Et dans ce cas, c'est simple: si n est le facteur de charge de ton virage, et P le poids de ton avion, alors:
-Portance totale = n*P
-Portance verticale = P
-Portance horizontale = P*racine(n²-1)

Dans le cas d'un virage dans le plan vertical maintenant (donc d'une ressource), comme sur le schéma de TMor, c'est encore plus simple. On va suposer pour pas trop se prendre la tête que l'avion est exactement dans la position du schéma, c'est à dire que le vecteur vitesse est horizontal. On a alors:
- Portance totale = n*P
Et donc le "delta de portance" (ça me plait pas comme appellation, mais bon ) vaut (n-1)*P.

Donc il faut comparer un delta de portance avec un delta de poussée pour pouvoir dire si celui-ci est négligeable ou pas.

.... et ça m'étonnerait que ce soit le cas.

Pour reprendre les chiffres de notre F-16:
P=130kN
n= 3 (comme quoi je me suis pas trop vautré sur mes calculs à la louche de tout à l'heure, j'étais parti sur un virage à 4G )

Donc le "delta de portance" vaut 260kN. A comparer à la composante centripète de la poussée: 65*sin(20°)=22kN.

Donc la force centripète totale est composée de 92,2% de portance et de 7,8% de composante centripète de la poussée. Personnellement, ça me suffit pour dire que la participation de la poussée est négligeable.

[c-seven]

La composante horizontale de la portance s'oppose au vecteur vitesse et c'est de la trainée pure et simple.

Des aérofreins pour vaincre l'inertie de l'avion et c'est pareil (avec plein de G également).

Mais je dit pas: ton calcul se tiens mais il y a quelque chose qui le fait pas.

Prend la fameuse vidéo du Rafale qui fait presque "splash".

Manifestement l'avion est bien assis sur son dérapage à fort AOA et c'est quand les chevaux arrivent (enfin...) que l'avion repart comme une balle dans le bon sens.

Et c'est pas 7.8% !

J'aime bien comprendre les choses intuitivement avant que les calculs confirment.

[Famas_TAW]

Mais,

Lorsque l'avion dérape, les forces ne sont plus placé pareil non? Puisque, par exemple (et si l'on se fie au dessin de toute bôté de Tmor), la trainée ne se trouverait plus sur la tangeante de la trajectoire mais vers l'interieur...(enfin, si je pense pas trop mal)

PS : j'aime bien les gateaux! :D

[berkoutskaia]

La composante horizontale de la portance s'oppose au vecteur vitesse et c'est de la trainée pure et simple.

NON. Par définition:
"La résultante des forces aérodynamiques s'exerçant sur un corps en mouvement dans l'air se décompose dans le repère du mouvement de la façon suivante:
-La composante parallèle à la vitesse est appelée la trainée
-La composante normale à la vitesse est appelée la portance"

(Ce qui répond à la question de Famas)

Donc là tu mélanges un peu tout .

Quand je parle de composante horizontale de la portance, c'est dans le cas d'un virage dans le plan horizontal:


Tiré de Aircraft Design: A Conceptual Approach, Daniel P. Raymer, AIAA educational series, 1989

Manifestement l'avion est bien assis sur son dérapage à fort AOA et c'est quand les chevaux arrivent (enfin...) que l'avion repart comme une balle dans le bon sens.

A propos de la vidéo: déjà, je ne suis pas capable d'estimer comme ça sur une vidéo comme celle-ci l'incidence de l'avion et la poussée délivrée par ses moteurs... C'est pas parce que l'on voit le sillage des gaz du moteurs dans l'eau à un moment que les moteurs ne poussent pas avant !!!

La seule chose que j'arrive encore à voir pas trop mal sur une vidéo, c'est la trajectoire de l'avion. Et si tu regardes bien, tu verras que l'avion fait bien un virage dans le plan vertical jusqu'au point le plus bas de sa trajectoire, mais que une fois que ce virage a amené son avion à une assiette d'environ 30°, l'avion cesse de tourner et part en ligne droite (ce que tu appelle "repartir comme une balle dans le bon sens).



Pour détailler un petit peu la manœuvre sur cette vidéo:
-Au début on a un avion en trajectoire rectiligne, en piqué.
-L'avion débute sa ressource: il prend de l'incidence, donc la portance augmente et l'avion tourne dans le plan vertical
-Arrivé à une assiette suffisante, le pilote cesse de tirer sur le manche, la portance diminue. L'avion ne tourne plus et reprend une trajectoire rectiligne.

[pipo2000]

Salut Berkout, Dès qu'on parle de portance, c'ets toujours la même chose.. des grands débats :o). Dans ta definition tu définis la protance par rapport à une vitesse, mais c'ets la vitesse dans le repère aérodynamqiue ou le repère avion? Par ce ça change pas mal les raisonnements.

[Famas_TAW]

Weeeee! et c'est reparti!

[TOPOLO]

Berkout a dit "dans le repère du mouvement" donc iil a répondu

Mais attention, par convention on utilise pas exactement le trièdre de Frénêt (Z normal à la vitesse et appartenant au plan contenat le cercle osculateur à la trajectoire), Maisun uatre repère où:
- X est bien le support du vecteur vitesse,
- Z et le vecteur normal à X et paralèlelle au Z avion, (il est donc possible de la définir pour toute valeur d'incidence non égale à +/-90 deg)
- Y = Z^X....