le Cz d'une bonne aile, est-il 4 ou 5 fois plus grand que son Cx ?

[steph_tsf]

Bonjour à tous, je ne suis pas complotiste, mais j'ai tendance à le devenir lorsque je vois sur Wikipedia, toutes les pédanteries qui sont associées à la traînée, à la portance, au coefficient de traînée, et au coefficient de portance. J'ai 59 ans, j'ai une formation d'ingénieur en électronique (1985). Il y a quelques semaines, je me suis intéressé aux EDF (Electric Ducted Fan) autrement dit les moteurs électriques à hélices carénées. On prend un moteur électrique, on y attache une bonne hélice carénée, et on mesure quatre grandeurs : le voltage continu de la batterie (volts), le courant continu tiré sur la batterie (ampères), le régime du moteur (t/m) et la poussée statique (kg).

S'agissant d'un moteur électrique que l'on fait travailler à mi-puissance afin qu'il ne risque pas la surchauffe, lorsque la batterie produit une puissance de 10 kW, la balance indique une poussée de 18 kilogrammes. Il semble donc qu'en régime de croisière, on puisse tabler sur un coefficient "expérimental" valant 1,8 liant la poussée à la puissance consommée. Expérimentalement, donc, on a qu'en régime de croisière, poussée statique (kg) = 1,8 * puissance (kW batterie).
Lorsqu'on réduit la puissance, par exemple qu'on passe de 10 kW à 5 kW, le coefficient s'améliore légèrement, atteignant presque 2,0. Lorsqu'on augmente la puissance, par exemple qu'on passe de 10 kW à 15 kW, le coefficient tend à s'écrouler car il passe de 1,8 à 1,5. Tel comportement s'explique. Lorsque la puissance augmente, le régime augmente, et telle augmentation de régime provoque une augmentation galopante des pertes causées par les courants de Foucault (pertes magnétiques), et une augmentation galopante des pertes causées par les amorces de turbulence (pertes aérodynamiques).
Si vous trouvez une page Wikipedia qui renseigne cela, aussi nettement, prière de me l'indiquer.

Mais il y a pire. Je ne pense pas à un hélicoptère.

Je pense à un avion simplifié, du genre aile volante. Donc, je cherche de bons chiffres expérimentaux qui me disent pour une aile donnée (numéro de profil NACA, angle d'attaque), quel est son Cx de façon à déterminer en fonction de la taille que je lui donne (épaisseur, envergure), quelle vitesse horizontale elle va acquérir lorsque poussée horizontalement par une force de 18 kilogrammes.

Puis, au milieu de telle aile volante, j'ajoute une protubérance en forme de goutte d'eau très allongée (très aérodynamique) qui s'étend d'avant en arrière, dans laquelle j'installe la charge utile. Cette protubérance dégrade le Cx de l'aile. La vitesse de l'aile sera donc inférieure à la valeur déterminée plus haut.

Puis, pour savoir quelle est la portance (la force ascensionnelle), je consulte le coefficient Cz, et je le dégrade du même pourcentage que le Cx l'a été.

Finalement, je détermine la masse maximale au décollage, disons 3/4 de la portance, de façon à ce que l'avion dispose en permanence d'une capacité ascensionnelle.

Alors voilà la question cruciale. La technique de vol horizontal repose-t-elle sur le fait que le Cz d'une bonne aile, d'un bon avion, est largement supérieur au Cx de ladite aile ?

Autrement dit, est-il permis d'espérer que la portance atteigne la valeur de disons 72 kilogrammes, en se contentant de "pousser" seulement 18 kilogrammes sur le plan horizontal ?

La plupart du temps, l'idiot cultivé qui écrit une page wikipedia sur la mécanique du vol, ou qui écrit un tutoriel sur la mécanique du vol, parle de tout, étale sa culture comme s'il s'agissait de confiture, mais omet de mettre en correspondance le Cx et le Cz, et cette sorte de "gain" miraculeux (dont j'aimerais comprendre la provenance) qui fait que voler, est extrêmement facile tant qu'on maintient la vitesse et l'angle d'attaque. Demandez donc à un oiseau.

En qualité de profane, je me suis senti le destinataire d'un bras d'honneur et d'un pied de nez, après avoir lu une bande dessinée "Lanturlu" traitant du phénomène de portance. J'aime bien l'humour, mais il y a des limites.
Elle est ici : http://www.savoir-sans-frontieres.com/J ... OUFFLE.pdf
Qu'en pensez-vous ? Est-ce le symptôme d'une décadence ? Est-ce que tel exposé est le reflet d'un certain esprit français, qui transforme la pédagogie en jeu d'ombres ? La honte est-elle si immense, si on écrit qu'en s'y prenant convenablement, il peut y avoir beaucoup plus de portance, que de traînée ? Est-ce internet qui rend les petits savants, complètement idiots ? Sont-ils désormais, incapables de distinguer l'essentiel, de l'accessoire ? Comment était présentée la mécanique du vol sur "C'est Pas Sorcier", à la télévision, dans les années 1980 ?

P.S.

Le novice aimerait s'amuser à calculer une série de choses. Voici le contexte. Les cellules Li-ion LGXE78 que LG Chem fournit à Renault, à PSA et à VW, dont on dit qu'elles coûtent 80 euro le kWh brut, qui stockent 265 Wh par kilogramme, qui peuvent être déchargées au régime "3.0 C", doivent être envisagées.

Voici une idée d'avion-taxi 3 places. Au décollage, on catapulte sur 80 mètres (terrain de football) à 200 km/h un avion qui renferme 200 kWh (760 kg) de batteries Li-ion LGXE78 LG Chem appelées à débiter 100 kW pendant 2 heures, produisant une poussée horizontale statique de 180 kg. Etant donné qu'il y a 380 kg à faire décoller, en plus des cellules Li-ion qui pèsent 760 kg, la masse totale au décollage s'établit à 1140 kg.
Hélas, on se dit que cela ne décollera jamais, car il faudrait un "gain" Cz/Cx infernal, égal à disons 1200 (kg de portance demandée pour gagner en altitude) divisé par 180 (kg de poussée statique horizontale) = 6,66.

On lorgne alors vers les petits avions monomoteurs, horriblement construits, mus par un moteur 4 cylindres 4 temps Rotax 100 cv (ou 136 cv en soi-disant haut de gamme) horriblement pétaradant, ce qui correspond grosso-modo à 75 kW (ou 100 kW), et donc une poussée statique de 135 kg (ou 180 kg) si on applique le coefficient "expérimental" de 1,8 dont question plus haut. Ces poussées horizontales sont uniquement requises lors du décollage. Est-il autorisé de dire qu'en régime de croisière, le moteur ne fournit que 70% de sa puissance maxi ? Si oui, on arrive à la conclusion qu'en régime de croisière, la poussée horizontale n'est que de 95 kg (ou 125 kg) grosso modo. Et la masse totale avoisinerait les 550 kg ? Donc le "gain" s'établirait quelque part entre 4,4 et 5,8 ? Et l'aérodynamique désastreuses de ces petits avions (deux sièges de front, occupants assis droits plutôt qu'allongés, train d'atterrissage non rentrant, pylônes d'aile) permettrait une vitesse de croisière de l'ordre de 180 km/h ? Telle serait la réalité du vol motorisé, dans cette catégorie apparemment imperméable au progrès ?

Or, à regarder Lilium (projet d'avion-taxi électrique), on se dit que des choses a-priori impossibles, peuvent devenir possible moyennant l'une ou l'autre astuce, et une technique constructive radicalement différente, très affûtée.

Alors, en voici une autre, d'astuce. Juste pour faire fonctionner l'intelligence, et aider à aller à l'essentiel. Mettons que la batterie Li-ion 200 kWh soit en deux parties, l'une fixe (100 kWh), et l'autre largable en vol de croisière (100 kWh). La partie largable pèse 380 kg (cellules Li-ion) + 100 kg (enceinte faisant office de drone) = 480 kg en tout. La partie larguée délivre ses derniers kWh d'énergie au régime "3.0 C" qui fournit une puissance crête de 300 kW, et dès lors une poussée statique (maintenant verticale) de 540 kg. Ainsi, le pack largué atterrit en douceur, là où il faut, par exemple près d'un autre taxiport, où il sera rechargé et réutilisé.

Question 1 : Au décollage, un char électrique autonome qui accélère de 0 à 200 km/h en 80 mètres peut-il être utilisé ? Les occupants de l'avion-taxi seront-ils gravement incommodés par une telle accélération ? Quelle limite faut-il respecter ?

Question 2 : Quel profil NACA, quelle épaisseur, quelle envergure et quel angle d'attaque faut-il sélectionner pour que les 1140 kg décollent à 160 km/h, et gagnent rapidement l'altitude et la vitesse de croisière, en tirant 150 kW sur la batterie (au lieu de 100 kW en régime de croisière) ?

Question 3 : Quelle vitesse de croisière, quel profil NACA, quelle épaisseur, quelle envergure et quel angle d'attaque faut-il sélectionner pour que les 1140 kg volent à une une altitude de 2 kilomètres, seulement poussés horizontalement par les 180 kg issus des 100 kW électriques ?

Question 4 : Après largage des 480 kg, à combien s'établit la vitesse de décrochage ?

Question 5 : Cette vitesse de décrochage est-elle basse assez, pour atterrir sur 80 mètres (terrain de football) ?

Question 6 : Ce délire qui consiste à essayer de faire voler ce qui est manifestement trop lourd (760 kg de cellules Li-ion, c'est franchement dément), donne à penser qu'un meilleur délire consiste à recourir à une architecture hybride-série redondante consistant en deux moteurs thermiques Renault 3 cylindres de dernière génération, blocs en aluminium, refroidissement par eau, dépollués et munis de silencieux, d'une puissance de 75 kW chacun à 4.500 t/m, faisant tourner en prise directe deux génératrices à flux axial (EMRAX ou MAGNAX) de 75 kW chacune, débitant dans deux batteries Na-ion (TIAMAT) stockant 7,5 kWh chacune pouvant fournir une puissance de 150 kW pendant 2 minutes, alimentant quatre moteurs à flux axial (EMRAX ou MAGNAX) d'une puissance totale de 150 kW. Avant le décollage, on charge les deux batteries Na-ion TIAMAT. On dispose alors durant le décollage, d'une puissance électrique de 300 kW durant 2 minutes. En vol de croisière, on dispose d'une puissance de 150 kW tant qu'il y a du carburant dans le réservoir, procurant une poussée horizontale de 270 kg. Un "gain" de seulement 4,5 au niveau du Cz/Cx permet de faire voler 1215 kg. Compte tenu d'une densité gravimétrique en énergie de 120 Wh/kg, les deux batteries Na-ion TIAMAT pèsent "seulement" 125 kg. Etant donné qu'elles sont progressivement rechargées durant le vol, une fois rechargées, elles assurent une réserve de puissance de 150 kW pendant 4 minutes en cas de panne des deux moteurs thermiques ou en cas de panne des deux génératrices. Tels sont les chiffres grosso-modo, restant à affiner. La question est donc : quels sont les logiciels sur PC-Win7, permettant d'affiner ces délires ?

Passez une agréable journée.

[sonex710]

Bonjour Steph_tsf,

Beaucoup de questions, il faudrait une semaine pour y répondre !!!
je t'invite à consulter le site de nos amis de Inter-Action.
ils organisent des stages (de une semaine ) de conception d'avion léger, tous les étés ... sauf cette année cause Covid

http://inter.action.free.fr/

A++ !

[jplandez]

Salut,
Il me semble qu'airbus a fait construire un proto qui ressemble : moteur électriques et hélices carénées. (E-Fan il me semble).
Il faudrait leur demander, ils en savent certainement long sur le sujet.

PS : pour ce qui est de larguer un pak de batteries en vol, j'ose même pas y penser

[Pimprenelle]

Bonjour et bienvenue à toi...

Ça en fait un paquet de questions pour un seul message !!!!

Question 4 : Après largage des 480 kg, à combien s'établit la vitesse de décrochage ?

j'aurais tendance à dire que c'est la même avant et après le largage des 480 kg non ??? la vitesse de décrochage est fonction de l'incidence et indépendante de la masse de l'appareil...

[steph_tsf]

Je t'invite à consulter le site de nos amis de Inter-Action. http://inter.action.free.fr/

Je viens de consulter leur site. Il est formidablement enthousiasmant. Quel dommage que le covid-19 ait entraîné la suppression du stage initialement prévu du 5 au 10 juillet 2020, et son report au début du mois de juillet 2021. J'espère de tout cœur qu'ils persisteront dans leur remarquable action.

Concernant le vol électrique, ont-il décortiqué et chiffré Lilium ? Est-ce qu'ils ont calculé les performances kWh/kg, euros/kWh, kW/kg et euros/kW nécessaires au niveau des deux batteries (celle de puissance pour le décollage / atterrissage, et celle d'énergie pour le vol), qui rendraient Lilium techniquement et commercialement viable ? Les 36 moteurs de Lilium, leurs 36 hélices en prise directe, et leurs 36 carénages sont-ils en cours d'homologation ?

Concernant le vol hybride, ont-ils chiffré la possibilité qui consiste à décoller quasi-verticalement et silencieusement (moteur thermique à mi-régime) au moyen d'une batterie de puissance Na-ion TIAMAT 10 kWh qui pèse 85 kg qui fournit 200 kW à un ensemble de moteurs électriques durant 2 minutes le temps de soulever 300 kg et d'atteindre une vitesse horizontale de sécurité valant 200 km/h, puis de lancer le moteur thermique à plein régime (moteur Yamaha FZ09 3 cylindres 4 temps, avec sa transmission (réduction), dépollution et silencieux délivrant 100 kW à 10.000 t/m devenant 5.000 t/m après réduction, alimentant une génératrice à flux axial (EMRAX ou MAGNAX) qui produit 100 kW dont 20 kW rechargent la batterie 10 kWh, et 80 kW perpétuent la propulsion électrique de façon à graduellement augmenter la vitesse horizontale de 200 km/h à 240 km/h en maintenant une portance de 320 kg (gain Cz/Cx égal à 4.0) permettant de monter en altitude et d'atteindre la vitesse de croisière de 240 km/h en vol horizontal. La batterie de puissance ayant été rechargée au bout de 30 minutes, elle peut à nouveau fournir les 200 kW qui permettent une séquence d'atterrissage quasi-vertical, silencieux, moteur thermique au ralenti, telle séquence durant 2 minutes. Par sécurité, dès le moment que l'avion vole à plus de 200 km/h, il peut à tout moment initier un atterrissage en vol plané sans solliciter la batterie, laquelle peut éventuellement être larguée si besoin est (85 kg), idem du carburant (85 kg aussi). Il s'agit là d'un démonstrateur télécommandé, incapable d'emporter plus de 50 kg de charge utile, tout comme Lillium actuellement. Remarquons qu'en doublant la puissance tant électrique que thermique, en soulevant donc rapidement 600 kg au lieu de 300 kg, il naît probablement la possibilité de concevoir un démonstrateur technologique capable d'emporter 100 kg de charge utile. A partir de là, chaque année qui passera, engendrera des diminutions de poids : structure plus légère (duralumin, fibre de carbone), batterie Na-ion 20 kWh plus légère (120 Wh/kg devenant 160 Wh/kg puis 200 Wh/kg), moteur thermique 200 kW plus léger (4 cylindres 4 temps 1.6 litre turbo 4.000 t/m sans réduction), génératrice 200 kW plus légère (éventuellement à réluctance variable). Des avions-taxi automatiques pour 3 occupants (ou 2 occupants plus bagages cabine) pourront exister, établissant des liaisons de n'importe quelle commune à n'importe quelle commune (il y a 36.681 communes en France) au moyen de trajets directs durant entre une heure (250 km) et trois heures (750 km), payés 60 euros (forfait de prise en charge) plus 15 euros les 100 km. Donc, une totalité de 120 euros pour 500 kilomètres parcourus à deux personnes avec bagages cabine, ou trois personnes sans bagages cabine. Pas de péage d'autoroute. Pas de temps d'attente (boarding). Réservation obligatoire une semaine à l'avance. Possibilité de voyager à demi-tarif sur des vols programmés par l'exploitant, lequel répartit sa flotte d'une façon la plus rentable possible. Ainsi, l'exploitant limite sa perte lorsqu'il choisit de décoincer un appareil garé, improductif dans une région connue pour être peu active.

Passez une agréable journée.

[steph_tsf]

Question 4 : Après largage des 480 kg, à combien s'établit la vitesse de décrochage ? j'aurais tendance à dire que c'est la même avant et après le largage des 480 kg non ??? la vitesse de décrochage est fonction de l'incidence et indépendante de la masse de l'appareil...

C'est exactement le doute qui m'assaillait. Intuitivement, on se dit qu'il y a moins de poids à sustenter, et donc qu'on va moins tomber comme une pierre, mais hélas cela sort du cadre de la notion de décrochage. Bizarre, n'est-ce pas ? A mon avis, le largage des 480 kg fait instantanément prendre de l'altitude, et là, pour empêcher la prise d'altitude, un bon pilote réduira instinctivement l'incidence (plutôt que les gaz), et ensuite, considérant la petitesse du nouvel angle d'incidence, le pilote réduira les gaz en même temps qu'il remettra de l'incidence, et voilà de quelle façon interactive, instinctive, un bon pilote finira par tutoyer la limite de décrochage, et constatera par lui-même que effectivement, la vitesse minimale d'atterrissage a baissé, consécutivement au largage des 480 kg. Qu'en pensez-vous ?

[Pimprenelle]

constatera par lui-même que effectivement, la vitesse minimale d'atterrissage a baissé, consécutivement au largage des 480 kg.

ben non.... comme la vitesse de décrochage ne change pas, la vitesse d'aterrissage non plus... vu qu'en tour de piste tu prends 1.45 fois VS et qu'en finale c'est 1.3 fois VS...


les phrases trop longues, çà finit par tout compliquer pour rien...

[Ramel]

Bonjour, je pense que tu peux télécharger le logiciel mecaflux qui vulgarise l'approche. 72€

[jplandez]

Il serait judicieux d'arrêter avec la science-fiction.

[Pimprenelle]

tu as raison , je n'avais tout le dans le dernier message (parce que les messages de 30 lignes clairement çà ne me donne pas envie de les lire), mais on part dans des élucubrations abracadabrantesques....

En gros, c'est maîtrecapello-tracté !!!

[aubert]

... la vitesse de décrochage est fonction de l'incidence et indépendante de la masse de l'appareil...

Bonjour
J'en étais encore à
vitesse de décrochage en km/h =3.6*RACINE((2*poids avion*9.81)/(1.225*surface d'aile*Cz max))
https://www.acriv.org/fichiers/pdf/BIA/ ... ochage.pdf
me gourge ?
Dom

[aubert]

Bonjour
Pour tenter de répondre à la question en titre, tu peux voir sur le site de Richard Ferrière
http://richard.ferriere.free.fr/modane_ ... leger.html
un exemple de polaires d'aile et d'avion complet qui te donne des valeurs numériques de Cz et Cx pour le Jodel D112 avec un profil NACA 23012.
Il ne faudrait sans doute pas trop croire à des améliorations majeures avec des profils laminaires.
A+
Dominique

[wove]

... J'en étais encore à vitesse de décrochage en km/h =3.6*RACINE((2*poids avion*9.81)/(1.225*surface d'aile*Cz max))
[...]me gourge ?

Bonjour,
pas de gourgeage, et c'était en effet indispensable de très vite corriger cette coquille !
On rappelle que la vitesse de décrochage augmente avec la masse, idem en virage. Dit autrement : l'incidence de décrochage est constante, mais pour une incidence donnée, il faut plus de vitesse pour porter plus de masse.
Volez léger.

[Pimprenelle]

Oh ou la boulette j'suis c.. des fois

En plus je le sais que ça décale la polaire le poids vu que c'est pour ce qu'on ballaste en planeur... Si on décalé la polaire y'a pas de raison que la vitesse de décrochage reste toute seule dans son coin. !

[aubert]

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