Effet de sol
Un phénomène physique qui est vécu par un corps dans un écoulement près du sol est appelé effet de sol . Selon la forme de l'écoulement autour du corps, une flottabilité dynamique ou une force d'appui supplémentaires peuvent survenir.
principe
Lorsque le bord de fuite de l'aile se déplace dans l'air près du sol, l'air est piégé entre l'aile et le sol. Cela augmente la pression là-bas et donc la portance dynamique . En même temps, le centre de levage se déplace vers l'arrière. L'effet de sol est basé sur le fait qu'un coussin d'air se forme sous l'aile près du sol, qui avance avec l'avion en vol stationnaire. Le rapport portance-traînée augmente de 2,5 à 3 fois par rapport au vol à l'air libre. Cela signifie une amélioration de l'efficacité d'une aile , de sorte que la portance nécessaire près du sol est obtenue même à une vitesse de vol inférieure .
D'un point de vue fluidique, l'effet de fond peut être décrit comme suit : La répartition de la pression sur le profil change et conduit à une diminution de la traînée induite . La traînée d' une aile est composée de la traînée de frottement , de la traînée de pression et de la traînée induite. Ceci est créé par les tourbillons aux extrémités des ailes, qui sont formés par l'égalisation de la pression entre le haut et le bas.
Cela crée une bande de tourbillons et des tourbillons de pointe derrière l'aile , qui accélèrent l'air derrière l'aile vers le bas. La force créée par cette pression agit perpendiculairement au vecteur vitesse . En plus de la flottabilité, cela crée une force opposée à la direction du mouvement, la traînée induite. Près du sol, il ne reste pratiquement plus d'espace pour que l'air s'écoule vers le bas et il est obligé de s'écouler presque horizontalement. Cela réduit la traînée induite. De cette manière, l'énergie nécessaire pour surmonter la résistance induite peut être économisée.
L'effet avait déjà été observé chez l' albatros par Gustav Lilienthal en 1880 , mais pas encore compris. Avec le début de l'aviation au début du 20e siècle, son effet a été reconnu et utilisé.
Exemples d'effet de sol
Avion à voilure fixe
Les conditions aérodynamiques des ailes changent près du sol . La portance augmente, le centre de portance recule et la résistance de l'air diminue. Dans le cas de vols avec un avion à aile basse proche du sol, l'effet de sol fait que l'avion plane beaucoup plus longtemps qu'avec un avion à aile haute par exemple . Un pilote doit en tenir compte lors de l'atterrissage avec un avion à aile basse, en particulier sur des pistes courtes .
Dans les véhicules à effet de sol (Ekranoplan) se trouvent principalement des hydravions , qui sont conçus pour le vol à basse altitude en profitant de l'effet de sol et ne conviennent donc que pour certaines applications. Les véhicules à effet de sol peuvent être d'une part des aéronefs à voilure fixe qui sont également adaptés au vol à des hauteurs plus élevées. D'autre part, les véhicules à effet de sol sont gérés administrativement comme des navires si la faible altitude de vol oblige les véhicules à effet de sol à interagir avec les navires et bateaux en termes de trafic , c'est- à- dire à se soumettre au droit de la navigation . Pour cette raison, ces appareils sont aussi appelés « véhicules » à effet de sol et non « aéronefs à effet de sol », bien que d'un point de vue physique ce soient des aéronefs qui volent (portance dynamique, avions) et non qui conduisent (portance statique, dirigeables). Dans l'effet de sol, les planeurs peuvent parcourir une distance beaucoup plus longue que celle correspondant à l' angle de plané avec moins de perte d'altitude .
Le Hughes H-4 , qui était le plus gros "avion" construit de 1947 à 2019 , n'a effectué qu'un vol d'essai à une hauteur de 20 m. La capacité de vol du type en dehors de l'effet de sol n'a pas été prouvée.
Règle empirique : L'effet de sol se produit lorsque l' altitude de vol est égale ou inférieure à la moitié de l' envergure de l' aile .
hélicoptère
Les termes HIGE (pour le vol stationnaire dans l'effet de sol ) et HOGE (pour le vol stationnaire hors de l'effet de sol ) peuvent être trouvés dans les descriptions de service des hélicoptères . Ces termes sont généralement utilisés pour signaler les limites de fonctionnement des hélicoptères par rapport à la puissance moteur nécessaire. Comme les ailes des avions, elles ont un effet de sol proche du sol, qui est responsable d'une portance accrue résultant d'une interaction du flux d'air descendant du rotor principal avec le sol. L'air pénètre par le haut dans le disque du rotor, est accéléré vers le bas et touche le sol. Comme le sol empêche l'air de s'échapper rapidement, l'hélicoptère est également surélevé. Dans le même temps, les tourbillons de pointe de rotor sont réduits.
L'effet de sol dans un hélicoptère se produit lorsque l'envergure du rotor au-dessus du sol est comprise entre la moitié et la totalité (HIGE). Il est moins efficace sur l'eau et les herbes hautes, car ces surfaces ont un effet d'absorption d'énergie, et il n'existe pas du tout lorsque l'hélicoptère se déplace à grande hauteur (HOGE). Ce dernier signifie nécessairement une demande de puissance plus élevée et une plus grande consommation de carburant.
L'effet de sol est certainement important pour les limites de travail des hélicoptères. Si vous devez commencer par des facteurs limitants tels qu'une charge de poids élevée, un décollage d'un endroit élevé ou à des températures élevées, l'effet de sol peut étendre ces limites de travail grâce à la force de flottabilité supplémentaire et ainsi rendre le décollage dans certains cas possible dans la première place.
Véhicules à effet de sol basés sur le principe du vérin
Un type spécial de véhicule à effet de sol basé sur le principe de l'aile en bélier est un biplace Airfoil Flairboat. Le principe de l'aile en tandem signifie qu'une stabilité inhérente est obtenue pendant le vol d' effet de sol , ce qui garantit un état de flair sûr dans l'effet de sol. Une dérogation à l'effet de sol, comme c'est le cas avec les véhicules à effet de sol en vol libre, n'est pas envisagée ici.
Le fait qu'un Flairboat biplace aérodynamique ne puisse pas quitter l'effet de sol a déjà conduit à la classification liée au trafic et à l'homologation en tant que véhicule à effet de sol de type A.
En raison de la classification en tant que véhicule à effet de sol de type A, un biplace Airfoil Flairboat est classé comme une embarcation , de sorte qu'un permis de bateau à moteur est tout à fait suffisant pour fonctionner.
Véhicules terrestres
L'effet de sol négatif est utilisé dans le sport automobile . Les véhicules conçus pour les courses sur route, comme la Formule 1 , ont peu de garde au sol , non seulement en raison de leur centre de gravité plus favorable . En 1977, l' équipe Lotus ne rend plus le sol aussi plat que possible, mais le conçoit selon des critères aérodynamiques afin de profiter de l'effet de sol négatif et ainsi augmenter la pression de contact . Les carrosseries latérales entières de la Lotus 78 étaient en forme d'ailes inversées et largement scellées à l'extérieur par des tabliers montés mobiles qui traînaient sur la chaussée. L' accélération latérale possible a énormément augmenté, tandis que la résistance à l' écoulement a augmenté moins qu'avec les ailes arrière et avant correspondantes. Conduire sur les trottoirs était extrêmement dangereux car la traction supplémentaire était perdue dès que plus d'air détruisait cet effet. Depuis la saison 1983, les règles de la Formule 1 exigent une garde au sol continue de plusieurs centimètres pour limiter l'effet de sol. Cela se fait avec un diffuseur .
Littérature
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