Coefficient de portance

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En mécanique des fluides, le coefficient de portance est un nombre sans dimension qui permet le calcul de sa portance, une composante des forces aérodynamiques qui s'exercent sur l'objet lorsqu'il se déplace dans l'air (ou dans un autre milieu). La valeur de ce nombre dépend de la forme et de la position d'un objet par rapport au fluide, des caractéristiques du fluide (nombre de Froude, nombre de Mach).

Le plus souvent, ce terme désigne le coefficient de portance verticale (Cz); il est utilisé en aérodynamique (mécanique du vol) et en hydrodynamique. Il peut aussi désigner le coefficient de portance latérale.

Généralités[modifier | modifier le code]

Le coefficient de portance est utilisé pour quantifier la portance d'un profil (en 2 dimensions) ou d'un corps profilé (en 3 dimensions) en aérodynamique (aile d'avion, de planeur, pale d'hélice, d'hélicoptère, ailette de turbine (ou aube) ou en hydrodynamique (plan anti-dérive ou "quille de voilier", safran, hydrofoil ou foil, gouverne de sous-marin).

Rappel d'aérodynamique :

Lorsqu'une aile (ou tout autre corps) subit un vent relatif (soit parce qu'elle se déplace dans l'air (cas réel), soit parce que l'air s'écoule autour d'elle), une force dite aérodynamique s'exerce sur cette aile. Cette force est usuellement décomposée dans un référentiel terrestre : la composante horizontale, opposée au mouvement, est la trainée, tandis que l'autre composante (sur les deux autres axes) est la portance.

Qualitativement, cette portance dépend :

  • du milieu dans lequel a lieu le déplacement ;
  • de la vitesse de déplacement ;
  • de la dimension et de la forme de l'aile/l'objet.

Quantitativement, la portance s'exprime de la manière suivante :

F\, = \frac{1}{2} \rho V^2 S C\,

Où :

  • \rho est la masse volumique, caractérisant le milieu dans lequel le déplacement a lieu
  • V est la vitesse
  • S est la surface de l'objet (dite surface alaire pour une aile d'aérodyne).
  • C\, est le coefficient de portance.

En projection sur l'axe vertical (z) ou sur l'axe horizontal perpendiculaire au mouvement (y), on obtient le coefficient de portance verticale C_z\, et le coefficient de portance latérale C_y\,.

Coefficient de portance[modifier | modifier le code]

En mécanique des fluides, c'est un nombre sans dimension qui quantifie la capacité de portance d'une surface. La portance n'est pas obligatoirement verticale (opposée à la gravité); elle est d'équerre à la vitesse.

C'est le rapport entre la force de portance Fz et le produit de la pression dynamique q par la surface S :

C_z = \frac{F_z}{q \times S}
avec Fz en newtons et q = \frac{1}{2} \rho V^2
avec ρ = masse volumique du fluide en kg/m3 et V = vitesse de déplacement en m/s
avec S : surface de référence (surface projetée dans le plan x-y pour une aile)

Valeurs[modifier | modifier le code]

  • en aérodynamique, le Cz d'une aile est d'environ 0.3 à 0.7 en vol de croisière, et peut atteindre 2.3 à 2.7 avec les systèmes hypersustentateurs (becs, volets à fente) des avions de ligne.
Le Cz d'une aile delta (Concorde) ne dépasse pas l'unité.
  • en hydrodynamique, le Cz d'un foil (aile portante immergée) est d'environ 0.3 à 0.7 à la vitesse de croisière.

Coefficient de portance latérale[modifier | modifier le code]

Le coefficient de portance latérale quantifie les forces et les moments latéraux (moment de lacet) d'un aérodyne; il est noté Cy. Il exprime la force aérodynamique produite latéralement par un objet en mouvement dans l'air : par le fuselage d'un avion lorsqu'il est en dérapage ou par une gouverne de contrôle latéral (gouvernail, volet de direction d'un empennage vertical).

C'est le rapport entre la force de portance Fy et le produit de la pression dynamique q par la surface S :

C_y = \frac{F_y}{q \times S}
avec S : surface de référence (surface projetée dans le plan x-z pour un fuselage ou une gouverne de direction)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]