Comment l'homme s'est-il inspiré des oiseaux pour parvenir à voler?
Travaux Personnels Encadrés - Lycée Saint Joseph du Loquidy - Nantes
Charles LANTZ & Valentin CHABLAT - 1ère S A 2016-2017
C. Expériences sur l'aérodynamisme de l'aile
Série 1 : Reproduire la portance d'une aile
Dans cette expérience, nous allons reproduire la portance d'une aile à partir d'un flux d'air pulsé.
1. Méthode de l’expérience
Afin de réaliser cette expérience, nous allons
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créer une forme d'aile
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la bloquer dans le plan horizontal tout en la laissant libre dans le plan vertical, grâce à des fils tendus qui la traversent
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appliquer un flux d'air et vérifier si l'aile se soulève.
2. Un premier essai qui ne marche pas!
Notre premier essai a été réalisé sen salle de laboratoire au lycée pendant les horaires dédiés au TPE dans notre emploi du temps.
Nous avons taillé une forme d'aile dans un bloc de polystyrène expansé et construit le montage
L’expérience s'est soldée par un échec : l'aile n'a pas décollé. Nous en concluons que l'aile était trop lourde pour le flux d'air généré par le sèche-cheveux.
3. Reproduire l'experience avec plus de matériel
a. les enseignements de l’expérience précédente
L’expérience réalisée en classe nous a amené à repenser le protocole.
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en trouvant une source de flux d'air plus puissante (un seche-cheveux bi-vitesses)
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en allégeant l'aile : pour cela, nous faisons une aile vide et plus pleine comme notre aile en polystyrène. Nous utilisons du papier cartonné type bristol qui doit être à la fois souple pour créer la courbure d'aile souhaitée et rigide pour ne pas se déformer sous le flux d'air
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Comme l'aile est maintenant évidée, nous devons figer l'axe de coulissement vertical : pour cela nous utilisons des pailles.
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Notre support doit pouvoir être maniable : C'est pourquoi nous remplaçons la structure tenant les fils par un support en polystyrène et des tiges de bois (pics à brochettes).
b. Protocole expérimental
Pour cette expérience, nous avons utilisé :
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Un sèche-cheveux
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Une aile en papier cartonné
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Des pailles
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Un support pour l’aile (polystyrène et pics à brochettes)
Notre protocole expérimental :
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Percer l’aile à la verticale pour y placer des tronçons de paille (cf. photos).
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Planter les pics à brochette a la verticale dans le polystyrène en les espaçant de façon à ce que les pailles glissent dessus sans problème.
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Insérer l’aile sur les pics à brochette.
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Souffler avec le ventilateur en face de l’aile à l’horizontale à une distance de 30 cm et monter doucement le sèche-cheveux
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L’aile s’élève soulevée par le phénomène de portance.
c. déroulement de l'expérience : créer la portance
Notre aile vole!
Nous confirmons ici à la fois la théorie de la portance dans un flux d'air, et nos hypothèses sur les raisons de notre premier échec.
d. confirmer la théorie : impact de la courbure de l'aile
Afin de montrer que la portance est bien due à la forme concave du dessus de l'aile, nous refaisons l’expérience dans les mêmes conditions (flux d'air et poids de l'aile) mais avec :
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avec l'aile inversée (la face concave en dessous)
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avec l'aile tournée vers l'arrière (flux d'air arrivant par l’arrière de l'aile)
Aucune de ces expériences ne génère de portance capable de faire s'envoler notre aile : la portance est donc bien due à la forme concave de l'aile qui crée une dépression au dessus de l'aile lui permettant donc de s'élever, attirée par cette dépression.
Conclusion
Cette expérience nous a permis de valider que la forme concave de l'aile dans un flux d'air stable créait bien une dépression gui engendrait elle même la force de portance capable de soulever l'aile.
Cette base expérimentale va nous permettre de tester plusieurs hypothèses sur le comportement de l'aile.