Comment les forces de portance et de traînée sont-elles générées dans les voitures de course ?

Définition et explication mathématique de la force de traînée et de la force de portance

Force de traînée et force de portance.

Dans cette leçon (pour la précédente sur les coefficients aérodynamiques vérifier ici) le concept d'aérodynamisme ascenseur et force de traînée seront présentés. Comme il s'agit de notions de base, le lecteur qui est déjà familiarisé avec ces concepts peut sauter cette leçon. Parlons maintenant de deux des résultats les plus importants d'une analyse de la dynamique des fluides !

Comment sont générées les forces de traînée et de portance : l'explication de la pression.

En général, les l'interaction du fluide (c'est-à-dire l'air) avec le corps (c'est-à-dire le profilé aérodynamique) produit une force résultante sur ce dernier. Selon le principe d'action-réaction, le fluide en mouvement subit la même force avec un signe opposé. La composante de cette force résultante alignée sur le flux est appelée DRAG FORCEtandis que celle qui est perpendiculaire à la direction de l'écoulement est appelée FORCE DE LEVAGE. Physiquement, la résultante totale qui peut être projetée selon le système de référence préféré est constituée par la somme des éléments suivants les forces de pression et contraintes de cisaillement agissant sur la surface du corps. Comme le montre l'image, l'intégrale de ces actions nous donne les forces (et le moment) agissant sur le corps spécifique.

Comment sont générées les forces de traînée et de portance : la deuxième loi de la dynamique.

Nous ne sommes pas ici pour passer trop de temps sur les formules mais nous pouvons remarquer que sur le côté gauche nous avons les forces d'inertie tandis que sur le côté gauche nous avons les forces de pression et les forces visqueuses. La deuxième équation rapportée est la transcription de l'équation deuxième loi de la dynamique des fluides. L'équation a été simplifiée (un terme avec la divergence de la vitesse devrait également apparaître) en supposant que incompressible fluide. En fait, la première équation énonce la condition d'incompressibilité du fluide, obtenue en écrivant l'équation du bilan de masse. La densité est notée rho, v identifie la vitesse, p la pression et mu la viscosité dynamique du fluide.

Comment les forces de traînée et de portance sont-elles générées ?

Une vue simple de la force échangée entre le corps et le fluide est présentée clairement dans l'image ci-dessous. La quantité de mouvement du fluide (une quantité vectorielle) a changé si l'on compare la quantité de mouvement à l'entrée et à la sortie. Le la variation de la quantité de mouvement est égale à la force agissant sur le fluide. Pour nos lecteurs, nous donnons également un explication énergétique de la traînée. Notre objet, en se déplaçant dans le fluide, perturbe le champ. Nous étudions l'énergie dans le plan sur le mouvement -x : sa valeur n'est pas nulle puisque la vorticité du fluide introduit une certaine quantité d'énergie dans le champ de fluide. L'énergie introduite dans le système est égale au travail effectué par les forces extérieures, dans ce cas, l'objet se déplace principalement dans la direction x, de sorte que la majeure partie du travail est déterminée par la traînée multipliée par la distance parcourue x. Nous avons donc une indication importante, à savoir que l'énergie dans le plan sur le mouvement -x est égale au travail effectué par les forces extérieures. la force de traînée est étroitement liée à la vorticité introduite dans le champ. Plus la concentration est élevée, plus la vorticitéplus l'augmentation de la résistance nous avons.

Les composantes de la force de traînée.

Les deux principaux termes de la traînée sont les suivants : traînée visqueuse (Df) et traînée de pression (Dp). Le terme visqueux est dominant pour les formes aérodynamiques, tandis que le terme de pression a un impact important sur la traînée totale dans les corps de falaise. Il est important de souligner qu'un le corps fuselé peut se comporter comme un corps bluffant à un angle d'attaque élevé (lorsque la couche limite se détache).

L'origine de la force de portance (force descendante).

Parler de l'ascenseur, c'est parler de sa origine. En particulier, ci-dessous, le interprétation de la vorticité est signalée. La vorticité est essentielle à la portance. Comme l'indique le Théorème de Kutta-JoukowskySans vorticité, pas de portance. La vorticité est produite par le frottement de cisaillement à la paroi. Lorsqu'un corps est placé à l'intérieur d'un écoulement, la vorticité est produite impulsivement à la paroi et libérée au bord de fuite. Attendez ! Vous dites que le champ de vorticité est irrotationnel (on vous l'a dit à l'école), n'est-ce pas ? Il est nul mais sur tout le domaine. En fait, près du corps (profilé), un tourbillon opposé est produit et c'est lui qui est à l'origine de la portance. Le terme tau dans l'expression bien connue de Kutta (corps 2D) identifie la vorticité.

La vorticité est la clé de la génération de la force de portance.

Dans cette leçon, nous avons donc appris les principes physiques qui sous-tendent les forces de traînée et de portance. Ehi, vous vous demandez toujours pourquoi la vorticité ne peut pas être nulle autour du profil aérodynamique (dans la couche limite) ? Réfléchissez un peu à la définition de vorticité :

La vorticité est produite à la paroi en raison de l'absence de glissement. Rappelez-vous qu'une vitesse différente entre le côté inférieur et le côté supérieur détermine une vorticité non nulle ! Dans la prochaine leçon, nous introduirons la notion de laminaire et turbulent et leur impact sur les coefficients aérodynamiques.