Aérodynamique subsonique

L'étude des problèmes d'aérodynamique en régime subsonique occupe une place prépondérante dans la compréhension des principes fondamentaux de la dynamique des fluides et de leurs applications aux écoulements externes et internes. Cet ouvrage traite des écoulements des fluides parfaits et incompressibles autour de configurations très variées, comme les profils aérodynamiques, les ailes portantes, les hélices et corps axisymétriques, et ce en vue de déterminer les caractéristiques aérodynamiques de ces configurations.

Chapitre 1 - Généralités et principes de base

Introduction. Aérodynamique : définition et objectifs. Méthodes théoriques et expérimentales en aérodynamique. Concepts de base. Équations générales du mouvement d'un fluide. Écoulements particuliers. Nombres sans dimension et similitude. Variables fondamentales en aérodynamique. Forces et moments aérodynamiques

Chapitre 2 - Écoulements irrotationnels des fluides parfaits

Définition de l'écoulement irrotationnel. Écoulement irrotationnel plan. Équation de Helmholtz. Équation de Laplace. Circulation des vitesses. Écoulements irrotationnels simples en deux dimensions. Méthode de superposition de plusieurs écoulements. Équations de Blasius. Théorème du cercle. Exemples d'applications. Méthode des images. Exercices

Chapitre 3 - Écoulements axisymétriques

Écoulements irrotationnels en trois dimensions. Écoulement autour des corps de révolution simple. Écoulement potentiel autour des corps. Considérations sur les corps à géométrie simple. Exercices

Chapitre 4 - Profils aérodynamiques en régime subsonique

Caractéristiques géométriques des profils. Coefficient de pression. Variables complexes et transformations conformes pour l'étude des profils aérodynamiques. Mécanisme de la sustentation (théorème de Kutta-Joukowski). Profil mince. Méthodes numériques pour le calcul de l'écoulement autour des profils. Méthodes de panneaux pour le calcul des profils. Exercices

Chapitre 5 - Aile d'envergure finie

Caractéristiques géométriques. Caractéristiques aérodynamiques. Lois du mouvement tourbillonnaire. Schéma de l'écoulement autour d'une aile d'envergure finie. Théorie de l'aile d'envergure finie basée sur la méthode de la distribution de tourbillons. Exercices

Chapitre 6 - Méthodes de panneaux en trois dimensions appliquées aux ailes d'envergure finie

Méthode de panneaux utilisant une distribution en plan de doublets. Méthode des singularités internes. Méthode des singularités sur la surface de l'aile. Calcul du potentiel sur SP. Distribution des panneaux sur l'aile. Vitesse induite par une distribution de sources. Vitesse induite par un tourbillon en fer à cheval et une source de ligne uniforme

Chapitre 7 - Théorie des hélices

Géométrie de l'hélice et de l'élément de pale. Fonctionnement aérodynamique des hélices propulsives. Théorie de Froude. Théorie de l'élément de pale. Théorie tourbillonnaire des hélices. Corrections de l'épaisseur et de la largeur de la pale. Exercices

Chapitre 8 - Aérodynamique de l'hélicoptère

Principe du vol des hélicoptères. Aérodynamique du rotor. Exercices

Chapitre 9 - Notions d'aérodynamique expérimentale

But des essais et principe de réciprocité. Moyens d'essais. Buses convergentes de souffleries subsoniques. Mesure des forces et balances aérodynamiques. Mesure des pressions. Mesure des vitesses. Observation des écoulements par visualisation. Exercices

Annexe A - Algèbre et analyse vectorielle

Annexe B - Équations de base dans différents repères

Annexe C - Nombres complexes

Annexe D - Profils aérodynamiques

Annexe E - Équivalence entre doublets et tourbillons

Annexe F - Grandeurs physiques et unités de mesure

Annexe G - Ailes papillon et hélices motrices

Réponses aux exercices

Exercices supplémentaires

Index

Ce manuel s'adresse aux étudiants en génie électrique qui suivent un premier cours en électrotechnique, ainsi qu'aux étudiants de dernière année et des cycles supérieurs qui veulent approfondir certains aspects de cette matière. Par ailleurs, il constitue une excellente référence pour les ingénieurs désirant rafraîchir leurs connaissances.

Ion Paraschivoiu, professeur titulaire au Département de génie mécanique, détient un Ph. D. en aérodynamique qu'il a obtenu sous la direction de l'aérodynamicien européen Elie Carafoli. Titulaire de la chaire J.-A. Bombardier en aéronautique de l'École Polytechnique de Montréal, il est également un expert international dans l'aérodynamique des turbines à vent. Ses recherches portent sur le givrage des avions, l'optimisation des profils et le calcul de la traînée.