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MEC663 - Aerodynamics (2022-2023)

L’aérodynamique vise à prédire l’influence des écoulements d’air et des formes des objets sur les efforts mécaniques et les transferts de chaleur dans des applications allant des avions, aux véhicules terrestres et aux bâtiments. C’est un sujet extrêmement riche et vivant sur les plans de la recherche fondamentale et appliquée que nous abordons à travers une série de 4 cours magistraux et de séances d’exercices. Les étudiants apprendront les lois fondamentales de l'aérodynamique incompressible, en abordant séquentiellement les forces aérodynamiques, l'origine de la portance et de la traînée, et enfin en établissant les modèles physiques et le cadre mathématique qui permettent de traiter l'essentiel des problèmes d'intérêt. Le cours approfondit largement les notions qui auront pu être abordées avant, notamment en M1. L’accent est mis sur la phénoménologie des écoulements, à l’aide de nombreuses illustrations. Les cours sont suivis de séances d’approfondissement avec des exercices qui visent à fournir des outils pour calculer les forces aérodynamiques et les propriétés des écoulements sur un ensemble d'applications concrètes. Une dernière session est consacrée à la réalisation de simulations numériques de l'écoulement autour d’un profil d’aile, avec application sur une configuration d’ailes en tandem et en effet de sol.

Contenu

  • Cours 1 : Rappels de Mécanique des Fluides, Portance - traînée, phénoménologie, écoulements potentiels, condition de Kutta
  • Cours 2 : Théorie des profils minces, portance d’un profil d’aile
  • Cours 3 : Théorie de la ligne portante, aile elliptique de traînée minimale
  • Exercice 1 : Méthode des panneaux, méthode des images et effet de sol pour un profil d’aile
  • Exercice 2 : Portance d’un profil d’aile, application à l’aile de Joukowski, effets de volet pour accroître la portance d’un profil
  • Exercice 3 : Modélisation des tourbillons marginaux, application au vol en formation et à l’effet de sol pour une aile d’envergure fine
  • Projet : en binôme, réalisation de simulations numériques d’un profil d’aile par résolution des équations d’Euler pour approfondir les concepts vus en cours, application aux ailes en tandem et en effet de sol.

Enseignant 

Vincent Brion, professeur assistant au Département de Mécanique de l’Ecole Polytechnique, ingénieur de recherche à l’ONERA, département d’aérodynamique, aéroélasticité, acoustique (DAAA). vincent.brion@onera.fr

Niveau requis

Un cours de mécanique des fluides présentant les équations de Navier-Stokes

Modalité d’évaluation

projet par binôme, examen écrit

Langue de cours

anglais

Crédits ECTS

1.5

 

Mise à jour : le 10 avril 2020




Aerodynamics aims to predict the influence of air flows
and object shapes on mechanical stresses and heat transfers
in applications ranging from airplanes, to land vehicles
and to buildings. It is an extremely rich and lively subject
in terms of basic and applied research that we approach
through a series of 4 lectures and exercise sessions.
Students will learn the fundamental laws of incompressible
aerodynamics, by sequentially addressing aerodynamic forces,
the origin of lift and drag, and finally by establishing
the physical models and the mathematical framework that
allow to deal with all the problems of interest. The course
goes deep into the concepts that may have been covered
before, especially in M1. Emphasis is placed on the
phenomenology of flows, using numerous illustrations.
The lessons are followed by deepening sessions with
exercises which aim to provide tools to calculate
aerodynamic forces and properties of flows over a
set of concrete applications. A final session is
devoted to carrying out numerical simulations of
the flow around a wing profile, with application
to a configuration of tandem and ground effect wings.

Content

Course 1: Reminders of Fluid Mechanics, Lift - drag,
phenomenology, potential flows, Kutta condition
Course 2: Theory of thin profiles, lift of a wing profile
Course 3: Lifting line theory, elliptical wing of minimum drag
Exercise 1: Panel method, image method and ground effect
for a wing profile
Exercise 2: Lift of a wing profile, application
to Joukowski's wing, flap effects to increase the lift of a profile
Exercise 3: Modeling of marginal vortices,
application to formation flight and to the ground effect
for a wing of fine span
Project: in pairs, realization of numerical simulations
of a wing profile by solving the Euler equations to deepen the concepts seen in progress, application to the wings in tandem and ground effect.




Evaluation


projet, exam


Language


English


ECTS credits


1.5


 


 updated 24/04/2020


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