On distingue 4 sortes de profils : les biconvexes, les plans
convexes, les profils creux et les autostables.
Caractéristiques géométriques d'un profil :
c : corde du profil
f : flèche = écart maximum entre la corde et la
ligne moyenne
f/c : flèche relative; la position de F est donnée
en pourcentage de c
e : épaisseur maxi; sa position est donnée en pourcentage
de c
r : rayon du bord d'attaque
Choix du profil :
Le choix du profil dépend essentiellement du type de performance
que l'on attend du planeur; en effet, il existe une gamme très importante
de profils et il faudra , avant de determiner le profil à utiliser,
savoir si le planeur a une vocation thermique (priorité à
la portance, à une vitesse de chute mini), s'il sera un planeur
de vol de pente ou de voltige, où la pénétration est
recherchée (priorité à une faible traînée
et à une vitesse sur trajectoire élevée), ou un planeur
essayant de constituer un compromis comme c'est le cas en F3B par exemple,
qui sont utilisés comme thermiques et comme planeurs de vitesse.
Pour diriger les recherches, il faut savoir que plus un profil
est creux, plus il est porteur, mais plus il a de traînée
(en première approximation). Ceci permet de selectionner une plage
de profils correspondant à ses désirs.
Ensuit, on peut comparer les polaires de ces profils ou plus simplement
plus simplemnt se fier au petit laïus qui, dans la presse modéliste
accompagne souvent chaque planche de profils.
Ces considérations permettent de choisir un profil en fonction
de ses caractèristiques et de ses performances de vol, mais le choix
d'un profil fait aussi intervenir d'autres paramètres :
-
Les difficultés de construction : il est beaucoup plus facile de
construire une aile munie d'un profil dont l'intrados est plat qu'une aile
adoptant un profil à l'intrados légèrement courbe
qui aurait pourtant de meilleurs performances (C'est pourquoi on trouve
beaucoup de Clark Y sur les avions de début). D'autre part, il n'est
pas toujours facile de respecter exactement un profil dont le bord de fuite
est très éffilé ou présentant d'autres difficultés
de construction. Il faudra donc choisir en fonction de ses talents en construction
et du temps que l'on veut y passer.
-
Les problèmes de résistance : ils sont surtout liés
à l'épaisseur relative (
).
Il est plus facile d'obtenir une aile résistante avec un profil
d'épaisseur relative 15% qu'avec un profil d'épaisseur relative
8% (dans les calculs de résistance du longeron, la hauteur intervient
en puissance 3 dans la formule de la résistance).
-
Si on désire équiper l'aile de dispositifs hypersustentateurs
(volets de courbure par exemple), il faut un profil qui soit conçu
pour pouvoir en supporter.
-
La taille du planeur, son poids influent sur le choix du profil : on ne
mettra pas un profil épais sur un petit planeur; on ne construira
pas un planeur de 3m avec un Wortmann FX 61.163 (16,3% d'épaisseur
relative) car le rendement era beaucoup moins bon qu'avec un profil de
plus faible épaisseur relative.
-
La courbe de déplacement du centre de poussée en fonction
de l'incidence peut aider à choisir un profil; en général,
le centre de poussée se déplace en direction du bord d'attaque
lorsqu'on augment l'incidence. Pour certains profils, il recule avec l'incidence,
ce sont les profils autostables.Si le centre de poussée varie de
façon sensible avec l'incidence, ce n'est pas bon pour la stabilité
(profil plat); par contre, un profil biconvexe symétrique est très
stable, son centre de poussée varie peu.
-
Il faut savoir que les profils très minces induisent un décrochage
brutal.
Conclusion :
Nous venons d'énoncer toute une série de critères;
tous ne vous seront pas utiles; il convient donc dans chaque cas particulier
de selectionner ceux qui semblent avoir le meilleur rapport avec l'étude
entreprise et essayer de choisir un profil de manière à les
satisfaire au mieux.
Remarques :
Les profils sont des compromis adaptés
à un cas particulier : il n'existe pas de profil miracle, intégralement
laminaire donnant une portance élevée, n'ayant qu'une faible
traînée et décrochant en douceur; si un tel profil
existait, il serait universellement utilisé.
‚La NACA (National Advisory Comittee
for Aeronautics) a fait un nombre d'essais considérable sur les
profils élaborés dans le monde entier. Ces essais ont été
pour la plupart réalisés à de très grands nombre
de Reynolds et les résultats ne sont pas tous acceptables et utilisables
pour nos modèles réduits; ils permettent toutefois d'établir
une liste de règles simples :
-
La courbe des Cz d'un profil dépend principalement de la courbure
de la ligne moyenne du profil :Si elle est nulle (biconvexes symétriques),
la portance est nulle à a = 0°. D'autre
part, ces profils sont incapables d'assurer une portance élevée
car ils décrochent avant d'arriver à des Cz importants (Cz
maxi = 0,7 à 0,8 pour nos Re).La valeur maxi de Cz est d'autant
plus élevée que la la courbure est prononcée; c'est
pourquoi les profils très épais et les profils creux permettent
d'atteindre une portance importante. La courbure de l'extrados est cependant
limitée sous peine de décrochage et ceci limite la portance
maxi de ces profils à des valeurs de l'ordre de 1,3.
-
La traînée dépend principalement de l'épaisseur
du profil et de la courbure de la ligne moyenne.
-
Si le rayon du bord d'attaque est important, le décrochage est sans
brutalité.
-
Le Cx est plus fort pour un profil creux que pour un biconvexe de même
épaisseur.
Au vu de ces conclusions, nous avons dréssé un tableau
de caractéristiques de quelques profils afin de tracer des courbes
qui peuvent être utiles ultérieurement pour déterminer
les caractéristiques de profils non étudiés en soufflerie.
Ces caractéristiques sont celles des profils considérés
à Re = 100 000.
|
PROFIL
|
Epaisseur relative
(en %)
|
Flèche relative
(en %)
|
Cz de finesse maxi
|
 maxi
(finesse maxi)
|
Cx de finesse maxi
|
Cz maxi
|
|
FX 60.126
|
12.6
|
3.5
|
1.06
|
53
|
0.02
|
1.23
|
|
FX 60.100
|
10
|
3.5
|
0.93
|
60
|
0.016
|
1.15
|
|
FX 61.140
|
14
|
2.5
|
1.03
|
50
|
0.021
|
1.08
|
|
FX 63.137
|
13.7
|
6
|
1.43
|
45
|
0.032
|
1.52
|
|
FX 62K131/17
|
13.1
|
3.5
|
1.09
|
51
|
0.022
|
1.2
|
|
FX M2
|
8.25
|
5
|
0.95
|
48
|
0.02
|
1.11
|
|
AH 79.100 A
|
10
|
3.5
|
1
|
55
|
0.018
|
1.18
|
|
AH 79.100 B
|
10
|
6
|
1.3
|
55
|
0.024
|
1.4
|
|
AH 79.100 C
|
10
|
6.5
|
0.95
|
55
|
0.017
|
1.42
|
|
E 61
|
5.5
|
6.5
|
1.3
|
65
|
0.02
|
1.41
|
|
E 193
|
10
|
3.5
|
1.05
|
48
|
0.022
|
1.15
|
|
E 201
|
12
|
3
|
1.06
|
47
|
0.026
|
1.12
|
|
E 203
|
13.5
|
2.25
|
1.07
|
52
|
0.021
|
1.18
|
|
E 385
|
8.5
|
5.5
|
1.04
|
53
|
0.02
|
1.13
|
|
E 387
|
9
|
3.75
|
1.04
|
55
|
0.019
|
1.12
|
|
E 392
|
10
|
3.5
|
1.07
|
60
|
0.018
|
1.15
|
|
E474
|
14
|
0
|
0.55
|
25
|
0.022
|
0.8
|
|
NACA 0009
|
9
|
4.4
|
0.98
|
52
|
0.019
|
1.15
|
|
NACA 0012
|
12
|
0
|
0.6
|
30
|
0.02
|
0.84
|
|
NACA 4409
|
9
|
4.4
|
0.98
|
52
|
0.019
|
1.15
|
|
NACA 2415 K24
|
15
|
2
|
0.95
|
36
|
0.026
|
1.06
|
|
NACA 2412
|
12
|
2
|
0.8
|
43
|
0.019
|
1.05
|
|
GOE 795
|
8
|
2.5
|
0.9
|
60
|
0.015
|
1.1
|
|
GOE 801
|
10
|
6
|
1.15
|
45
|
0.025
|
1.45
|
|
Clark Y 5.9
|
6
|
1.75
|
0.55
|
36
|
0.015
|
0.9
|
|
Clarck Y
|
11.5
|
3.75
|
1
|
47
|
0.021
|
1.13
|
|
SOKOLOV
|
7
|
6.75
|
1.33
|
60
|
0.022
|
1.38
|
|
K2
|
5.2
|
6
|
1.3
|
55
|
0.024
|
1.37
|
Influence de la flèche : nous allons tracer trois courbes
montrant l'influence de la flèche sur : le Cx de finesse maxi, le
Cz maxi, le Cz de finesse maxi.
Conclusion de l'influence de la flèche sur les caractéristiques
d'un profil :
-
De la courbe (Fig.1), on voit que la traînée du profil n'est
absolument pas fonction de sa flèche étant donné la
dispersion des points.
-
De la courbe (Fig.2), on voit que le Cz maxi croit assez régulièrement
avec la flèche; ceci a permis de tracer deux droites enveloppes
de la région la plus probable des valeurs de Cz maxi pour une flèche
donnée (ceci permet de réaliser une bonne approximation de
la valeur de Cz maxi d'un profil lorsqu'on connait sa flèche).
-
De la courbe (Fig.3), on voit que les valeurs de Cz de finesse maxi sont
plus dispersées que celles de Cz maxi (ce qui est normal car la
notion de finesse maxi fait intervenir le Cx et on a vu que celui-ci était
quelconque); nous avons néanmions tracé 2 droites enveloppes.
Influence de l'épaisseur relative :
Conclusion de l'influence de l'épaisseur relative sur les
caractéristiques d'un profil :
-
De la courbe (Fig.4), on voit que la traînée du profil augmente
de façon sensible avec l'épaisseur relative.
-
Des courbes (Fig.5) et (Fig.6), on voit que l'épaisseur relative
n'a pas d'influence sur la portance d'un profil.
Exemple d'utilisation des courbes :
Supposons que l'on ne connaisse un profil que par sa silhouette; il
faudrait avoir une idée de ses caractéristiques.
On peut mesurer à partir de la silhouette la flèche et
l'épaisseur relative. Soient f = 2% et Er = 10%.
-
A partir de la courbe (Fig.2) on voit que le Cz maxi sera compris entre
0,9 et 1,05.
-
A partir de la courbe (Fig.3) on voit que le Cz de finesse maxi sera compris
entre 0,7 et 0,95.
-
A partir de la courbe (Fig.4) on voit que le Cx à finesse maxi sera
compris entre 0,016 et 0,024.
Ces résultats ne sont bien sûr pas certains puisque
les droites tracées sur les "nuages" de points excluent quelques
points, mais ils peuvent donner une indication pouvant servir de base à
un premier calcul de caractéristiques du planeur.
Remarques générales sur les profils :
Sur la forme de la ligne moyenne : le
Cx est plus faible pour un profil biconvexe que pour un profil creux de
même épaisseur.
‚Plus le rayon du bord d'attaque est
grand, moins le décrochage est brutal.
ƒIl faut vérifier que le profil
est compatible avec les vitesses de vol prévues.
Introduction sur les types de profils utilisés en modèle
réduit et sur leur désignation :
Profils utilisés :
Clark
‚Eppler
ƒRitz
„Wortmann, Bertin,
NACA... (dits laminaires)
…NACA non laminaires
Simples de construction, de pilotage,
de réglage.
‚Les plus utilisés car spécialement
étudiés pour les modèles réduits; bon rendement
à faible nombre de Reynolds.
ƒPrincipalement pour l'acro et les 4m.
„Les laminaires étudiés
en tant que tels en grandeur ne le sont pas en modèle réduit,
mais semblent s'adapter aux écoulements turbulents.
…Utilisés pour l'acro et les 4m
et unanimement employés pour les stabs.
Désignation : Voici ce que signifient les chiffres qui
entrent dans la désignation des profils :
Ritz 2.30.12 : 2 signifie creux (ou flèche de 2%)
30 signifie que l'épaisseur maxi se trouve à 30% de la corde
à partir du bord d'attaque
12 représente l'épaisseur relative en pourcentage de la corde
FX 62 K 131 17 :FX signifie Wortmann
62 est l'année de création du profil
K signifie klappen (volets en Allemand), c'est-à-dire que ce profil
est étudié pour être équipé de volets
de courbure.
131 est l'épaisseur relative : 13,1% de la corde
17 est , lorsqu'il y a K, la corde du volet de courbure en pourentage de
la corde de l'aile.
E 174 : E signifie Eppler
174 est un numéro d'ordre ne donnant aucune indication.
NACA 2409 : série à 4 chiffres
2 est la flèche maxi 2%
4 est la position de cette flèche sur la corde en dixièmes
Þ 40%
09 est l'epaisseur relative en % de la corde.
NACA 23012 : série à 5 chiffres
2 Þ Cz maxi = 3/2 x
2
30 est le double de la position de la flèche en % de la corde
Þ
15%
12 est l'épaisseur relative en % de la corde.
NACA 633618 : série à 6 chiffres
6 : numéro de la série
3 est la position du point de pression minimal en dixièmes de la
corde
3 : étendue en dixièmes de Cz de part et d'autre du Czi de
la bosse laminaire
6 : valeur du Cz maxi en dixièmes (0,6)
18 est l'épaisseur relative exprimée en % de la corde
