Question:
Une aile peut-elle générer une portance supérieure au poids de son avion?
dammy999
2020-01-11 02:21:14 UTC
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"Pour qu'un avion ou un oiseau puisse voler, ses ailes doivent produire suffisamment de portance pour égaler son poids."

J'ai obtenu cet extrait de " https://www.sciencelearn.org. nz / resources / 300-wings-and-lift ".

Mes questions: (1) Une aile d'avion peut-elle créer une portance supérieure au poids de l'avion? (2) Si la réponse à la question (1) est oui, alors que se passe-t-il dans une telle situation?

L'avion monte. Cela implique que pour voler plus haut que le niveau du sol, une chose volante DOIT générer une portance supérieure à son poids au moins une partie du temps.
Il ne ressort pas clairement de votre question que vous comprenez les principes du vol. Si la portance n'était pas supérieure à la masse, comment pensez-vous qu'un avion pourrait s'élever dans les airs?
@Transistor: En ayant un rapport poussée / poids supérieur à 1 et en pointant les moteurs vers le bas, par exemple. (Oui, ce n'est pas une portance aérodynamique, mais vous avez commencé votre commentaire en supposant que l'OP ne comprend pas la portance, puis passez à l'argumentation basée sur la portance, alors préparez-vous à… euh… voler au-dessus de leur tête .)
@Jörg W Mittag: Bien sûr, mais très peu d'avions (ou même d'hélicoptères) ont leurs moteurs pointés vers le bas. Bien sûr, ni les avions à hélices ni les hélicoptères n'iraient très loin si leurs hélices / pales de rotor (qui ne sont que des ailes spécialisées) ne produisaient pas de «portance». Et les moteurs à réaction ont tendance à avoir beaucoup de petites "ailes" à l'intérieur ...
@slebetman - non, voir - https://aviation.stackexchange.com/questions/40921/does-lift-equal-weight-in-a-climb/56476#56476 - "Clairement, la portance est inférieure au poids en une montée motorisée. "
@Transistor - voir le commentaire ci-dessus
@jamesqf Pas besoin d'aller aussi loin - considérez un planeur, par exemple. La seule chose qui le soulève, c'est l'aile.
Wow, nous sommes toujours sur ce truc. 1. La manière la plus efficace de grimper est d'utiliser l'aile. Poussée horizontale, portance excessive pour créer un peu moins de portance ** verticale ** excessive. 2. Oui, les avions peuvent avoir une poussée dirigée vers le bas, c'est ce qu'on appelle la "poussée descendante", et est utilisé pour contrecarrer la tendance à cabrer créée par l'augmentation de la vitesse à partir d'un vol en régime permanent. Il existe une condition d'utilisation de moins de portance que de poids pour grimper, mais l'utilisation de la poussée dans le cadre de la composante verticale est généralement moins efficace.
@quietflyer C'est peut-être le cas, mais vous devrez entrer dans la montée, ce qui nécessite un changement de taux de montée qui nécessite plus de portance que de poids. Sinon, l'avion restera simplement avec le taux de montée actuel. Considérant que tous les avions commencent au sol avec un taux de montée de zéro, cela signifie que vous avez besoin de plus de portance que de poids à un moment donné, quelle que soit la façon dont ils sont produits - ailes, fusées, etc. Pour la plupart des avions, ce sont les ailes
Six réponses:
#1
+46
user46095
2020-01-12 00:54:11 UTC
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Oui, sinon les avions ne pourraient pas monter dans le ciel.

Cas parfait de reductio ad absurdum. Je préférerais utiliser des planeurs pour le rendre encore plus incontestable (les ailes peuvent soulever la cellule même si aucun moteur n'aide).
J'aime beaucoup plus la simplicité de cette réponse que les autres réponses. Ils le rendent beaucoup plus complexe qu'il ne l'est.
Cette réponse est simple, mais elle est un peu simplifiée. Il est tout à fait possible de grimper sans avoir de> poids. Les fusées, par exemple, utilisent la poussée au lieu de la portance aérodynamique pour contrer la force gravitationnelle. La façon la plus simple de le dire qui est encore tout à fait correcte serait de dire: «Pour que l'avion accélère vers le haut, il doit être capable, au moins brièvement, de générer une force ascendante supérieure à son poids». Une fois la montée établie, la force nette vers le haut peut (et, dans le cas d'un avion, le sera généralement) redevenir égale au poids.
-1
Les planeurs génèrent de la portance, mais sauf lorsqu'ils sortent d'une plongée (avec beaucoup de vitesse), ils ne gagnent de l'altitude que lorsqu'il y a un courant ascendant à exploiter. Sans moteur / hélice, ils ne peuvent pas générer de vitesse anémométrique (autrement qu'en plongée)
Voir - https://aviation.stackexchange.com/questions/40921/does-lift-equal-weight-in-a-climb/56476#56476 - "Clairement, la portance est inférieure au poids dans une montée motorisée."
Mais les fusées ne sont pas des avions.
@reirab - "Une fois la montée établie, la force nette vers le haut peut (et, dans le cas d'un avion, sera généralement) redevenir égale au poids." - mais la portance de l'aile (le sujet de la question initiale) sera inférieure au poids pendant cette montée établie. Voir mon commentaire précédent à cette réponse pour plus.
@quietflyer D'accord. C'est précisément pourquoi j'ai dit «force ascendante nette» et non «soulever». :)
Je suis déchiré entre «cette réponse manque suffisamment de détails pour être une réponse complète» et «cette réponse résume parfaitement la situation».
"Une fois que le taux de montée est établi, la force nette vers le haut peut redevenir égale au poids" négatif, désolé, un objet grimpant aura également une composante de traînée verticale. Force ascendante nette = poids + traînée verticale. La force nette vers le haut consistera en une poussée verticale, une portance verticale des ailes ou une combinaison des deux. Cela profitera grandement à ce site pour résoudre ce problème.
#2
+43
Zeiss Ikon
2020-01-11 02:23:59 UTC
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Oui, une aile peut (avec une vitesse d'avancement et un angle d'attaque suffisants) générer une portance supérieure au poids de l'avion. Comme pour toute force «déséquilibrée», cela se traduira par une accélération de l'avion dans le sens de la portance, selon la deuxième loi de Newton. $$ \ mathbf F = m ~ \ mathbf a $$

Veuillez noter que les entités en gras sont des quantités vectorielles.

C'est ce qui se passe lors de toute manœuvre positive $ \ mathrm G $ , comme un retrait d'une plongée, une boucle, etc.

Ou même un simple décollage ou montée.
@Ray: À proprement parler, l'ascenseur ne dépasse le poids que lors de la transition vers un taux de montée plus élevé; lorsqu'une montée régulière est obtenue, l'ascenseur correspond à nouveau au poids.
@A.I.Breveleri En fait, comme les moteurs sont légèrement pointés vers le bas, la portance sera en fait inférieure au poids.
Pour être encore plus précis, lorsque le taux de montée est constant, qu'il soit positif ou négatif, une certaine traînée sera présente sur l'axe haut / bas. Lorsque la montée est positive, la portance devra être un peu plus élevée que le poids pour gagner cette force supplémentaire.
@VladimirCravero C'est vrai, et en plus, l'ascenseur n'est plus aligné avec la gravité. La portance est définie comme étant perpendiculaire à la traînée, pas nécessairement alignée avec la gravité. Bien que ce soit généralement le cas, la portance ne doit pas toujours être plus grande que la gravité lors de l'escalade, certains chasseurs à réaction sont si puissants qu'ils peuvent pendre verticalement dans les airs avec presque aucune vitesse et donc avec presque aucune portance.
@Orbit - "Bien que ce soit généralement le cas, la portance ne doit pas toujours être plus grande que la gravité lors de l'ascension," - en fait, ce n'est généralement pas le cas. Voir https://aviation.stackexchange.com/questions/40921/does-lift-equal-weight-in-a-climb/56476#56476 - "Clairement, la portance est inférieure au poids dans un [wings-level] propulsé montée"
#3
+18
JZYL
2020-01-11 08:04:08 UTC
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En plus de la réponse de @Zeiss, chaque fois qu'un avion est incliné en régime permanent, la portance sera supérieure à son poids. Cependant, sa vitesse sera constante; au lieu de cela, l'accélération est centripète et entraîne un virage circulaire.

Modifier, clarification sur la manœuvre de pull up :

Lorsqu'un avion est cabré en tangage contrôle, et après que le mode courte période s'installe (quelques secondes au plus), il gagnera un déséquilibre de portance supérieur à son poids en raison d'un angle d'attaque plus élevé (AOA). Semblable à un virage incliné, puisque la force nette est perpendiculaire à la vitesse horizontale, elle sera centripète et se traduira par un mouvement circulaire vertical. C'est le début de la manœuvre.

Puisqu'une AOA plus élevée a une traînée plus élevée, la vitesse anémométrique diminuera vers une nouvelle vitesse de compensation plus basse. Parallèlement, à mesure que la vitesse diminue, la portance nette diminue également, ce qui réduit le déséquilibre des forces. Au fur et à mesure que la vitesse décroissante dépasse la nouvelle vitesse d'assiette, l'avion piquera à nouveau. Cet échange d'énergie cyclique est appelé phugoïde et persiste généralement pendant un certain temps (des dizaines de minutes à une heure) s'il n'est pas contrôlé.

Finalement, cependant, le phugoïde s'éteint (le phugoïde est généralement stable en régime non transsonique) et l'avion vole à la nouvelle vitesse d'assiette, avec une portance égale à nouveau au poids. Si l'avion se trouve à l'avant de la courbe de puissance, il montera à l'état d'équilibre; sinon, il descendra.

#4
+2
Pete Kirkham
2020-01-13 19:47:53 UTC
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Un cerf-volant est un avion simple, générant de la portance. La composante verticale de la traction que vous ressentez sur la corde est toute portance résultante supérieure au poids de l'avion, la composante horizontale étant la traînée. Dans un avion non captif, une portance excessive fait «monter» l'avion, ou plus précisément, fait courber la trajectoire de vol vers le haut.

Voir - https://aviation.stackexchange.com/questions/40921/does-lift-equal-weight-in-a-climb/56476#56476 - "Clairement, la portance est inférieure au poids dans une montée motorisée."
J'ai modifié selon ma suggestion. Vous pouvez revenir en arrière si vous pensez que la modification ne respecte pas l'intention de votre réponse.
L'intention d'@quietflyer était de compléter les descriptions plus théoriques des autres réponses avec une sensation physique que l'OP pourrait bien connaître, car beaucoup de gens apprennent mieux de cette façon, avec tous ces commentaires, cela gâche plutôt l'effet. Tant pis.
Ok commentaires supprimés. Si vous voulez le faire reculer complètement, je vais le laisser tranquille.
#5
  0
DrC
2020-01-12 21:39:25 UTC
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La portance qu'une aile peut générer est une caractéristique de conception de l'aile.

La portance qu'une aile génère est une caractéristique du poids et de la trajectoire de vol de l'avion.

La première partie est correcte, mais la seconde ne l'est pas. La portance produite est fonction de la vitesse et de l'angle d'attaque. Le poids ne contribue pas à générer de la portance, c'est la force opposée qui doit être surmontée par la portance pour voler.
En plus de ce que Michael a dit, la trajectoire de vol n'influence pas (directement) la génération de portance des ailes. L'angle d'attaque (angle entre le flux d'air et la ligne de corde de l'aile) le fait cependant.
Plus d'une façon d'écorcher un chat; Je pense que la réponse est bonne. Si vous connaissez le poids et la trajectoire de vol, alors vous connaissez la portance. Considérez que le pilote (ou pilote automatique) est également dans la boucle, manipulant les commandes, et donc indirectement l'angle d'attaque, pour obtenir la trajectoire de vol souhaitée. Par conséquent, il est sans doute vrai de dire que "la portance générée par une aile est une caractéristique du poids et de la trajectoire de vol de l'avion". La déclaration prétend-elle que la trajectoire de vol est la cause de la portance plutôt que l'inverse? Je dirais non.
#6
-1
Acccumulation
2020-01-14 02:27:27 UTC
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Si vous avez un avion avec 20 tonnes de fret et que le poids total de l'avion, y compris le fret, est de 60 tonnes, alors clairement les ailes sont capables de produire 60 tonnes de portance. Si vous pilotez le même avion sans cargo, cela n'affectera pas la portance que les ailes peuvent produire. Il y a donc clairement des situations où les ailes peuvent produire plus de portance que le poids de l'avion.

Une autre chose qui montre que l'avion doit parfois fonctionner en dessous de sa portance maximale est que lorsqu'un avion décolle ou atterrit, il ne se déplace pas à sa vitesse maximale. Puisque la portance augmente avec la vitesse, cela signifie que sa portance est considérablement paralysée. Si un avion a assez de portance pour voler à des vitesses de piste, alors il a plus que suffisamment de portance pour voler à la vitesse de croisière.

De plus, un aéronef aura besoin d'une marge pour monter, tourner (l'une des raisons pour lesquelles les avions s'inclinent en tournant est que la force de levage des ailes peut alors être appliquée à la force centripète, c'est-à-dire en tournant le avion), etc. Dites à n'importe quel pilote que vous voulez qu'il vole un avion avec une portance maximale égale ou légèrement au-dessus du poids de l'avion, et à moins qu'il ne souhaite mourir, il courra dans l'autre sens.

Certaines parties de votre réponse semblent utiliser «portance» pour signifier quelque chose de plus comme «portance potentielle», c'est-à-dire la quantité de portance qui serait générée à une vitesse donnée si nous cliquions instantanément l'aile à l'angle de portance max. attaque. La portance - réelle portance, pas portance «potentielle» - augmente-t-elle vraiment avec la vitesse? Si oui, qu'est-ce que vous maintenez constant et quelle est la trajectoire de vol qui en résulte?


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 4.0 sous laquelle il est distribué.
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