aérodynamique - Définition.

aérodynamique - Définition. n.f., science qui traite du mouvement des gaz s'écoulant dans un conduit ou autour de corps libres. Elle a pour objet, d'une part l'étude des forces qui agissent sur les parois du conduit ou du corps autour duquel s'écoule le gaz et, d'autre part, celle de la pression qui règne en différents points du gaz en mouvement. Les premières études des phénomènes aérodynamiques sont dues à Magnus, Mach, Joukovski et Prandtl. L'aérodynamique classique se limite au cas simplificateur où la densité du gaz est la même en tout point, c'est-à-dire où le courant gazeux se comporte comme un fluide incompressible. Cette hypothèse est pratiquement réalisée aux vitesses inférieures à 200 m/s dans l'air. Quelques aspects fondamentaux de l'aérodynamique. Un corps plongé dans de l'air en mouvement (courant gazeux) est toujours soumis à une force qui s'exerce dans le sens du courant. Cette force, appelée « résistance de l'air « (R), ou « traînée «, dépend, entre autres facteurs, de la vitesse du corps et de sa surface projetée sur un plan perpendiculaire au courant (maître couple). Si la vitesse est faible, inférieure à 1 m/s, elle lui est proportionnelle ; si la vitesse est moyenne, comprise entre 1 m/s et 200 m/s, R est proportionnelle à son carré. Si la vitesse est plus grande, l'air ne peut plus être considéré comme incompressible, et le phénomène est plus complexe. La résistance de l'air dépend également de la forme du corps. Elle est ainsi très élevée dans le cas d'une surface perpendiculaire à la direction du courant. La résistance est alors essentiellement due à la forte diminution de pression statique qui se produit dans la zone située en arrière du corps. Si le corps est profilé, la résistance est faible et résulte principalement de la friction de l'air. Les forces de friction dépendent notamment des caractéristiques de la surface et, plus particulièrement, de sa rugosité. Elles ne s'exercent qu'à l'intérieur d'une zone mince immédiatement voisine de la surface, dite « couche intermédiaire ou couche limite «. Si la forme d'un corps de profil mince ou l'angle qu'il fait avec la direction du courant sont tels que l'air en quittant son bord postérieur est dévié vers le bas, il est soumis, en outre, à une force dirigée vers le haut, appelée « poussée «, ou « portance « (P). Cette force permet la sustentation des avions et, appliquée dans un plan horizontal, le déplacement des voiliers. On peut étudier les caractéristiques aérodynamiques d'un prototype, c'est-à-dire la poussée, la traînée et la stabilité, en procédant à des expériences sur une maquette fixe placée dans un tunnel aérodynamique, ou soufflerie. L'écoulement des filets d'air est visualisé par stéréoscopie interférentielle, par le procédé du plan de lumière et par d'autres méthodes. Les limites de l'aérodynamique classique. Lorsque les vitesses augmentent, la compressibilité du gaz ou de l'air ne peut plus être négligée, et l'analyse des phénomènes relève alors de la théorie complète de la dynamique des gaz qui fait intervenir les variations de température et de densité résultant des variations de pression. Dans un premier temps, les phénomènes observés ne sont pas qualitativement différents de ceux observés précédemment. En revanche, une importante modification se produit lors du passage de la vitesse du son. En effet, un corps en déplacement dans l'air provoque des perturbations de pression qui se transmettent dans l'espace sous forme d'ondes sphériques progressant à la vitesse du son. Si la vitesse du corps est subsonique, c'est-à-dire inférieure à celle du son, ces ondes le précèdent toujours. Mais lorsqu'il dépasse la vitesse du son, il les rattrape, et le front de l'onde prend la forme d'un cône dont le sommet coïncide avec l'avant du corps. Le processus de pénétration dans l'air, donc de formation de la traînée, est alors profondément transformé ( voir bang supersonique). L'aérodynamique classique ne s'applique pas non plus au cas d'une fusée se déplaçant dans les couches supérieures de l'atmosphère. Les phénomènes qui sont alors constatés relèvent de la fluidodynamique des gaz raréfiés, qui ne considère plus l'air comme un milieu continu : il ne se forme pas de couche limite et on observe que les molécules d'air viennent frapper directement la surface de la fusée où, en dépit de leur petit nombre, leur choc provoque un échauffement considérable.