L’avion
Les parametres essentiels sont:
-Le poids
-L’envergure et la corde moyenne des ailes
-Le profil des ailes pour calculer la trainée et la portance-Les dimensions du fuselage
-L’altitude de la piste de decollage
La puissance d’un avion aeroclub est bien moindre, peut être 50 CV.
Un planeur de 18 à 20m d’envergure pourrait avoir une surface alaire de 10 à 20 m²
Ce qui pourrait donner une puissance de l’ordre 800W à 1 kW ou environ 1 CV
Le probleme est de savoir si cela est suffisant. On pourrait imaginer une petite batterie d’appoint pour fournir un pic de puissance si necessaire.
L’ordre de grandeur de la vitesse de décollage est de :
- 20 à 50 km/h pour les avions ultra-légers.
- 80 à 120 km/h pour les avions monomoteurs de loisir où les bimoteurs à hélices d’affaire.
- 250 km/h pour les avions de ligne.
Les vitesses nécessaires pour le décollage sont relatifs au mouvement de l’air ( vitesse indiquée ). Un vent de face permettra de réduire la vitesse au sol nécessaire au décollage, car il y a un plus grand flux d’air sur les ailes. Typiques des vitesses d’air pour avions de ligne au décollage sont en 130-155 noeuds gamme (150-180 mph, 240-285 km / h). Avions légers, comme un Cessna 150 , décollage à environ 55 noeuds (63 mph, 100 kmh). ULM ont des vitesses de décollage encore plus bas. Pour un aéronef donné, la vitesse de décollage est généralement fonction de la masse de l’avion; plus le poids est élevé, plus la vitesse nécessaire [ citation nécessaire ] . Certains appareils sont spécialement conçus pour le décollage et atterrissage courts (ADAC) , auquel ils se par prendre l’air à très basse vitesse.
A PROPOS du Solar Impulse:
Sous les ailes sont fixées quatre nacelles, contenant chacune un moteur électrique, conçus par la société ETEL, une batterie de 70 accumulateurs, un système de gestion de la charge/décharge (BMS) et de la température. L’isolation thermique a été conçue pour conserver la chaleur émise par les batteries et garantir leur fonctionnement malgré les températures de l’ordre de -40 °C rencontrées à8 500 m. Chaque moteur a une puissance maximale de 7.35 kW (10 ch). Les hélices bipales, de 3,50 m de diamètre, tournent à une vitesse de 200 à 400 tr/min.
La puissance moyenne sur 24 heures mise à disposition des moteurs par le soleil est pratiquement égale (12 CV) à celle dont disposaient les frères Wright en 1903 lorsqu’ils ont réalisé le premier vol en avion de l’humanité. Le succès ne peut donc passer que par une optimisation des rendements et une réduction générale du poids.
Puissance de l’avion :
La puissance est le produit de la poussée (en Newtons) par la vitesse ( en m/s).
Par exemple :une tonne de poussée (10.000 N) à 720 Km/h (200 m/s) cela correspond à une puissance nette de 10.000 x 200 = 2.000.000 watts ou encore:
2.000.000/736 = 2.700 ch
Pour un modèle réduit il faut environ 100W/Kg et on a la même valeur pour les avions de tourisme (130W/Kg pour un DR400 régent) pour un rapport de poids de 1000.
A midi, la surface terrestre reçoit sous forme d’énergie lumineuse l’équivalent de 1000 watts par m2, soit 1.3 CV.
Répartie sur 24 heures, l’énergie du soleil ne fournit qu’une moyenne de 250 W/m2. Avec 200 m2 de cellules photovoltaïques et 12 % de rendement total de la chaîne de propulsion, la puissance moyenne sur 24 heures fournie par les moteurs de l’avion atteint 8 CV ou 6 KW.
C’est à peu de chose près ce dont disposaient les frères Wright en 1903 lorsqu’ils ont réalisé le premier vol motorisé.Et c’est avec cette énergie-là, optimisée du panneau solaire à l’hélice, que Solar Impulse a réussi à voler jour et nuit sans carburant
1Cv=736W
La puissance moyenne sur 24 heures mise à disposition des moteurs par le soleil est pratiquement égale (12 CV) à celle dont disposaient les frères Wright en 1903 lorsqu’ils ont réalisé le premier vol en avion de l’humanité. Le succès ne peut donc passer que par une optimisation des rendements et une réduction générale du poids.
La Théorie
Trois lois issues de la physique expérimentale s’appliquent dans le cas de l’hélice. Ce sont les Lois de Newton :
Toute masse soumise à une force (ou action) oppose à celle-ci une force qui lui est égale et de sens opposé (encore appelée réaction).
Toute masse non soumise à une force est soit au repos, soit en mouvement uniforme et rectiligne (sa vitesse est constante).
Inversement, toute masse soumise à une force subit une variation de sa vitesse en respectant la relation :
F = d(m.v)/dt = dp/dt
avec:
F = force (Newton).
p = m.v = quantité de mouvement (kg.m/s).
m = masse (kg).
v = vitesse (m/s).
d = différence de… (dt, dp, … etc.).
Cette relation constitue le principe fondamental de la Mécanique. Si l’on considère maintenant la masse indépendamment du temps t, on aura alors la relation suivante :
F = m.dv/dt = m.G
avec:
G = dv/dt = accélération (m/s2 ou m/s/s)
* Le phénomène propulsif :
Soit un système propulsif Q (Q pour « Quelconque » : réacteur simple ou double flux, propfans, hélice carénée ou non, moteur-fusée, … etc.). Q se déplace à une vitesse Vo et est traversé par un flux d’air de masse m qui met un temps (t1 – t0) pour traverser le système. Le flux d’air ressort du système Q à la vitesse V1 (pour le moteur fusée, Vo = 0. Le flux d’air n’étant pas prélevé dans l’environnement, sa vitesse d’entrée par rapport à Q est nulle).
Le HB-SIA se révèle être d’une masse très faible, en effet, il ne pèse pas plus de 1 600 kg et a une charge alaire de 8 Kg/m2. Cette légéreté entraine une valeur du poids faible. Par conséquent, la traction exercée par les hélices peut être moins importante. En effet, quatre forces principales s’exercent sur un avion :
-la trainée,
-la portance,
-la traction exercée par les hélices,
-le poids.
Le poids du HB-SIA et celui d’un avion de ligne standard (A 340) sont donnés par les calculs suivants :
D’après la définition du poids P :
P= m ×g
Où g est l’intensité de l’attraction terrestre,
m est la masse de l’avion.
HB-SIA : A340 :
m = 1600 kg m = 380 000 kg (lorsque l’avion est chargé)
g = 9,81 N.kg-1 g = 9,81 N.Kg-1
Donc, P1= 9,81 × 1 600 Donc, P2 = 9,81 × 380 000
= 1, 57 × 104 N = 3,73 × 106N