Quelques aspects de la physique du vol avec l'A380
Dans cet exercice, on s'intéresse à quelques forces mises en jeu dans la physique du vol d'un avion telles que la force de poussée, la portance et la traînée.
L'A380 est le plus gros avion civil jamais conçu et le troisième plus gros avion de l'Histoire. Surnommé "Super Jumbo", il possède un double pont qui s'étend sur toute la longueur du fuselage, lui permettant d'accueillir 555 passagers. D'une masse au décollage de 560 tonnes et emportant jusqu'à 310 000 L de carburant, ce quadriréacteur offre une autonomie record de 15 200 km (grâce en particulier à l'usage massif de matériaux composites). La force de poussée maximale d'un réacteur d'A380 vaut 310 kN.
Adapté de mondo-aero.fr
Modélisation de la physique du vol d'un avion à réaction
Dans le référentiel terrestre supposé galiléen, en vol, l'avion à réaction est soumis essentiellement à l'action de quatre forces :
- \overrightarrow{P}, le poids de l'avion
- \overrightarrow{F}_{portance}, la portance, générée par l'écoulement de l'air autour de l'avion, de direction perpendiculaire à la direction du mouvement et orientée vers le haut
- \overrightarrow{F}_{trainée}, la traînée, générée également par l'écoulement de l'air autour de l'avion, de même direction que celle du mouvement de l'avion et de sens opposé
- \overrightarrow{F}_{poussée}, la force de poussée exercée par les gaz éjectés à la sortie des réacteurs. On se limite à des situations où la direction et le sens de cette force sont les mêmes que ceux du mouvement de l'avion
Forces aérodynamiques
La portance et la traînée sont deux forces dites aérodynamiques car elles résultent de l'action exercée par l'air en mouvement relatif sur la surface de l'avion (essentiellement les ailes).
Des expériences effectuées en soufflerie utilisant un écoulement d'air de vitesse ont permis d'établir les lois suivantes pour les forces aérodynamiques :
F_{portance} = \dfrac{1}{2} \rho v^2 C_zS
F_{trainée} = \dfrac{1}{2} \rho v^2 C_xS
avec :
- \rho : masse volumique de l'air (kq.m-3)
- v : vitesse d'écoulement de l'air par rapport à l'avion (m.s-1}
- Cz : coefficient de portance (sans unité)
- Cx : coefficient de trainée (sans unité)
- S : surface utile (m²)