Sur ce schéma sont représentés tous les termes aérodynamiques capitaux.

Même si ceux-ci ne sont pas tous évoqués dans le reste de notre TPE, nous pensons qu’il est inconcevable de faire un TPE en rapport avec l’aérodynamisme sans les évoquer et les définir :

• Angle d'incidence : Angle formé par la corde de profil de l'aile et le vecteur de vent relatif aussi appelé angle d'attaque. Lorsque à vitesse constante du fluide on accroît la valeur de cet angle la portance générée par le profil croît, passe par un maximum et décroît brutalement lorsque l'angle dépasse 15 à 18°, il y a décrochage de l'aile. C'est en fait la couche limite qui a décroché.

• Bord d'attaque : Dans le sens de la marche, partie avant du profil de forme arrondie sur les machines subsoniques et profilée sur les machines supersoniques. C'est la surface présentée qui offre de la résistance au vent.

• Bord de fuite : Dans le sens de la marche, partie arrière et amincie du profil optimisé pour diminuer la traînée aérodynamique et les turbulences.

• Corde de profil : Droite reliant le bord d'attaque (Ex : partie arrondie avant de l'aile) au bord de fuite (Ex : partie fine à l'arrière de l'aile).

• Couche limite : Couche d'air au contact de la surface de l'aile. Les particules au voisinage immédiat de l'aile sont dotées d'une vitesse propre inférieure à celles situées dans la couche plus externe.

• Portance : Force perpendiculaire à la corde de profil de l’aile. La portance est la réaction à l'action exercée sur l'air par l’aile. Elle est en rapport avec la déviation de l'air autour de l'aile et de la différence des vitesses d’un côté et de l'autre de l'aile (celle-ci ayant crée une zone de dépression).

• Traînée : La traînée aérodynamique est une force qui s'oppose au déplacement d'un mobile ; elle résiste à l'avancement. Elle est proportionnelle à la vitesse et est de direction opposée à la vitesse du mobile. Le déplacement d'une masse dans l'air crée une traînée aérodynamique. Cette traînée est compensée par une poussée produite par les moteur (ou par exemple le battement des ailes pour les oiseaux). Elle augmente avec l'angle d’incidence.

L'incidence est l'angle formé entre l'horizontale et la ligne moyenne du profil :

De même, un angle d’incidence nulle génère une portance nulle (voir notre mésaventure durant notre expérience…)

La traînée, c'est la résistance qu'offre la forme de l'objet à l'écoulement de l’air, elle est parallèle à la direction du déplacement et de sens opposé. Elle freine l'aéronef dans sa progression dans la masse d’air. Elle est liée à la surface présentée de front (ex: le nez d'un avion, le pare-brise et le pare-choc d'une voiture, ...), ainsi vous offrirez moins de résistance a l'air en la fendant du tranchant de la main qu'avec la paume. Pour les avions, la traînée est compensée par la poussée des moteurs. Et la encore, plus la vitesse d'écoulement est grande plus la traînée est importante. De plus pour faciliter l'écoulement de l'air tout le long du profil , il faudra, aux angles , préférer les courbes : en effet la présence d'un angle aura pour effet une nouvelle surface de choc avec le flux d'air et entraînera plus de résistance à la pénétration dans l'air.

En aérodynamique il est d'usage de décomposer la traînée totale d'un objet en cinq grandes catégories. Vu leur importance dans d’aérodynamique (en F1 particulièrement) nous les avons donc répertoriées :

• Traînée de forme

La résistance aérodynamique d'un objet est liée sa forme. La résistance à l'air d'une sphère représentera 50% de celle d'un plan présenté orthogonalement au flux d'air, et une forme en goutte d'eau à peine 5% de la résistance du plan.

C'est le changement abrupt de forme, de courbure qui entraînant des turbulences, proportionnellement importantes au changement de courbure, qui en est responsable.

Ici, on observe bien, différentes traînées en fonction des différentes formes des objets.

• Traînée de frottement

Dans l'écoulement d'un fluide sur un plan on constate au voisinage immédiat du plan un ralentissement du fluide. L’épaisseur où le fluide est ralenti s'appelle la couche limite et varie de quelques dixièmes de mm en écoulement laminaire et de plus ou moins 10 mm en écoulement turbulent. Dans la couche limite les molécules d'air sont ralenties, ce qui se traduit en une perte d'énergie qui doit être compensée par l'énergie fournie par la propulsion de l'avion.

• Traînée d'interférence

La traînée d'interférence apparaît lorsque des filets d'air de directions et vitesses différentes se rencontrent, comme au bout des ailes et de l'empennage. Cela provoque un mouvement chaotique sur la zone et gène l'écoulement du flux d'air. D’ailleurs ce pour cette raison que on trouve souvent des petite ailettes verticales au bout des ailes d’un avion, appelées winglets

• Traînée induite

Cette traînée est un conséquence directe de l'inclinaison de l'aile sur un avion, en effet, l'air qui passe sur la partie supérieure de l'aile se voit aspiré vers le bas pour remplir le vide crée par l'inclinaison de l'aile, et lorsque l'inclinaison est trop grande, l'aspiration n'est pas assez forte et il y a alors création de turbulences au voisinage de l'aile. Celles-ci peuvent même provoquer le décrochage de l'avion.

• Traînée de compressibilité

C'est l'effet de la circulation turbulente de l'air dans l'habitacle ou bien dans le circuit de refroidissement du moteur.

L'aérodynamisme d’un objet est défini par C_x, le coefficient de pénétration dans l’air, et par C_y , le coefficient de portance. Une aile est caractérisée par le rapport de ces deux facteurs et dénommé la finesse =C_y/C_x.

La connaissance des forces agissantes sur un objet permet de déduire son comportement. Or, à une vitesse donnée, on peut calculer les valeurs de 2 forces s’exerçant sur une aile donnée : La Puissance résistante et la portance.

• La puissance résistante est en Watts :

• Pour la portance, on procédera avec la même formule en remplaçant le coefficient de pénétration dans l’air (C_x) par celui de portance (C_y). Ces termes sont sans unité. De même, la portance sera exprimée en Watts.

La résultante aérodynamique, comme son nom l’indique, est l’ensemble des forces exercées par l’air sur le mobile en déplacement.

On peut aussi calculer la valeur de la résultante aérodynamique à l’aide de la formule :

R= 1/2 x p x V² x S x Cr

Où Cr est le coefficient aérodynamique.