La résistance de l'air
L'air est le mélange de gaz consituant notre atmosphère, composé majoritairement de diazote ( à 78%) et d'oxygène, (21 %). L'avion, lorsqu'il évolue dans le ciel, subit une certaine résistance exercée par ce fluide qui nous entoure :
Si on place une plaque plane perpendiculairement à un écoulement d’air laminaire se déplaçant à vitesse constante, on observe à l’avant de la plaque, que l’air va exercer une forte pression, tandis qu’à l’arrière se forme un « vide » relatif qui tend à aspirer la plaque et qui entraine l’écoulement dans un régime tourbillonnaire sous l’effet de cette dépression. Dans ces conditions, la plaque est soumise à une force horizontale : la résistance de l’air.
La résistance de l'air est :
- proportionnelle à l’aire (si on double l’aire de la plaque plane, la force mesurée double également).
- proportionnelle au carré de la vitesse (en augmentant la vitesse de l’écoulement la force exercée par l’air augmente elle aussi). Si la vitesse de l’écoulement triple, la résistance de l’air est multipliée par neuf.
- proportionnelle à la masse volumique de l’air (si on monte en altitude, la densité de l’air diminue : on peut considérer qu’il y a moins de particules d’air dans un même volume, et si le nombre de particule diminue, la résistance de l’air va diminuer aussi.
- influencée par la forme du corps :
•un disque perpendiculaire à l’écoulement : produit les mêmes effets que la plaque.
•une demi sphère face à l’écoulement : l’air contourne facilement la demi sphère mais à l’arrière il y a une zone tourbillonnaire.
•une sphère : zone tourbillonnaire diminuée, mais pas complètement résorbée.
•un corps fuselé (déformer la sphère pour obtenir un corps ayant sensiblement la forme d’un œuf) :
les filets d’air se rejoignent à l’arrière sans présenter de tourbillons → résistance de l’air plus faible → 8x moins que celle du disque.
L'expression de la résistance de l’air :
R=K. ρ.V².S
Avec :
R=résistance de l’air exprimée en Newton
K=coefficient qui tient compte de la forme du corps et de son état de surface.
ρ=masse volumique de l’air exprimée en kg.m⁻³
V=vitesse exprimée en m.s⁻¹
S=aire exprimée en m²
La forme d’un aéronef est étudiée en vue de réduire au maximum la résistance de l’air, notamment en utilisant des formes fuselées, dont le maître-couple soit le plus réduit possible compte tenu des impératifs de transport.
