Aérodynamique

Aérodynamique

Aérodynamique L'aérodynamique est la branche de l'Ingénierie qui traite des fluides gazeux (habituellement de l'air) en mouvement et, en particulier, des effets de ce mouvement sur les corps rigides ou flexibles. La forme et les dimensions du corps, la vitesse relative du débit, et la densité, la viscosité et la compressibilité du gaz sont les principaux facteurs qui influent sur les forces qui agissent sur la surface d'un corps en déplacement dans l'air ou (ce qui est la même chose) sur la pression exercée par l'air qui s'écoule autour d'un corps immobile.

La viscosité est l'aptitude d'un liquide ou d'un gaz qui s'écoule à développer des contraintes internes de cisaillement qui résistent à l'écoulement. Dans l'air, les forces de viscosité sont généralement petites comparativement aux forces d'inertie, d'où une instabilité de l'écoulement et la formation de turbulences. Les Vents proches de la surface rugueuse de la Terre sont donc habituellement turbulents, comme l'est l'écoulement dans la mince couche limite proche de la surface d'un avion en vol. Le problème de la turbulence n'est pas encore complètement résolu, mais, dans la plupart des applications en ingénierie, ses effets peuvent être prédits de manière satisfaisante.

La compressibilité de l'air détermine la vitesse du son ou la vitesse de transmission des variations de pression à travers le champ d'écoulement. La vitesse du son est d'environ 340 m/s au niveau de la mer et d'environ 296 m/s dans la stratosphère. Si la vitesse d'un corps dépasse celle du son, le profile de l'écoulement change de façon draconienne et les ondes de pression ont tendance à s'empiler en ondes de choc. Le nombre de Mach est le rapport entre la vitesse du corps et celle du son. La conception efficace des formes d'un aéronef pour des vols à vitesses transsoniques ou supersoniques (nombre de Mach voisin de 1 ou supérieur à 1) demeure l'un des plus grands défis de l'aérodynamique.

La viscosité et la compressibilité sont les facteurs les plus complexes en aérodynamique théorique. Les progrès constants en aérodynamique pendant le XX^e siècle sont le fruit d'une collaboration étroite entre la recherche expérimentale et la recherche théorique. Le principal outil de laboratoire de l'aérodynamicien, la soufflerie, est une conduite ou un tube spécialement conçus dans lequel on fait s'écouler de l'air dans des conditions contrôlées de façon précise.

De nombreux départements de génie d'universités canadiennes ont une soufflerie de petite ou de moyenne dimension dont on se sert pour divers projets de recherche. Les grandes souffleries tout usage (adaptées à l'analyse de problèmes de conception aérodynamique d'aéronefs et de véhicules routiers et à l'essai de modèles à grande échelle de structures relevant du génie civil) entraînent des dizaines de millions de dollars en frais de conception et de construction, et sont plus rares. Les plus grandes souffleries du Canada se trouvent au Conseil National De Recherches Du Canada (CNRC) à Ottawa : L'une possède une veine d'essai de 9 m² et est capable d'engendrer des vitesses allant jusqu'à environ 55 m/s. Une autre possède une veine d'essai de 1,5 m² et est capable de vitesses quatre fois supérieures à celle du son. (CNRC) à Ottawa : L'une possède une veine d'essai de 9 m² et est capable d'engendrer des vitesses allant jusqu'à environ 55 m/s. Une autre possède une veine d'essai de 1,5 m² et est capable de vitesses quatre fois supérieures à celle du son.

La conception de grandes souffleries est un domaine hautement spécialisé, dans lequel la société d'experts-conseils en ingénierie canadienne DSMA International s'est bâti une renommée mondiale. Ses ingénieurs ont conçu et supervisé la construction de nombreuses souffleries de recherche pour l'industrie automobile et pour la mise au point d'aéronefs à grande et à petite vitesses en Amérique du Nord, en Europe et en Asie.

Les besoins en matière de conception d'aéronefs ont fait progresser grandement l'aérodynamique. Par exemple, la société De Havilland Aviation Du Canada Limitée . a conçu une ligne réputée d'ADAC (avions à décollage et à atterrissage courts) : les De Havilland Beaver, Otter Twin Otter, Dash 7 et Dash 8. Le succès de cette société vient, en partie, de ses progrès constants en conception de systèmes de volets hypersustentateurs et de moyens de conserver un contrôle précis à des vitesses de vol exceptionnellement basses.

Toutefois, les applications de l'aérodynamique vont bien au-delà des besoins de l'aéronautique. Par exemple, l'U. de Western Ontario a été à l'avant-garde de la mise au point d'une soufflerie spécialisée à très longue veine d'essai pour modéliser les caractéristiques de la turbulence des vents naturels à la surface de la Terre. Elle a servi à vérifier la conception de grands ouvrages dont quelques-uns des plus hauts gratte-ciel au monde.

Les universités de la Colombie-Britannique et de Moncton et la société privée d'experts-conseils Morrison Hershfield Ltd., de Guelph et d'Edmonton, possède des souffleries de ce genre pour analyser, par exemple, le vol d'un oiseau, la diffusion des pesticides pulvérisés et l'accumulation de neige. Les grandes souffleries du CNRC ont permis de mesurer les pressions et les forces aérodynamiques exercées sur des skieurs de descente, des voitures, des gratte-ciel, des bateaux et des trains miniatures, un toit de stade flexible, une plate-forme de forage en mer, des motoneiges, des motocyclettes, des parachutes et presque tous les aéronefs conçus au Canada. Les aérodynamiciens du CNRC ont aussi relancé une invention française oubliée : l'éolienne à axe vertical, qui ressemble à un énorme batteur à oeufs.Voir aussi Éngergie Éolienne.