DIrection de la portance

[maxemc2]

Bonjour, je fais un TIPE sur les éoliennes.
Je l'ai presque terminé mais j'ai un gros soucis. Malgré les photos que j'ai trouvées sur internet je n'arrive pas bien à percevoir l'orientation de la portance.
La portance est perpendiculaire à la trainée mais est-elle perpendiculaire à la surface du profil ou dans le plan du profil ?

Je précise ma question : pour l'exemple d'une éolienne.
SI l'on est face à une éolienne (à son rotor) et que le vent arrive par l'horizontale, la portance est-elle verticale vers le haut dans le plan du rotor ou est-elle dans le prolongement de la vision (c'est à dire qu'elle est perpendiculaire au plan du rotor) ?

Merci d'avance

[Hibiscus]

Quand tu places un corps dans un ecoulement, d'air ou d'eau (par exemple), il subit une force aero(ou hydro)dynamique.
La composante perpendiculaire au mouvement, c'est a dire a l'ecoulement relatif est la portance, la composante parallele au mouvement / au vent relatif est la trainee.

Elle est rarement, en principe, si tu penses au cas simple d'une aile d'avion, perpendiculaire au corps/profil en question.

Donc, si la portance est perpendiculaire au vent, pour ton rotor, elle est .. ?

[maxemc2]

Merci beaucoup !
Donc si j'ai bien compris, la portance est dans le plan du rotor et non perpendiculaire à celui-ci ?
Cela pourrait donc expliquer pourquoi la portance entraine les pales de l'éolienne dans leur rotation ?

[maxemc2]

Mais dans ce cas la, je ne comprends pas l'exemple de l'avion.
La portance est verticale dirigée vers le haut, ce qui est donc normal au plan formé par l'aile.
Comment expliquer cela ?

[Hibiscus]

Non, L'aile n'est pas horizontale, un profil d'aile est généralement incliné,
Un peu comme ça. : ~~~ \.
Sinon, tu n'aurais pas, schématiquement, d'accumulation d'air sous l'aile.

[maxemc2]

D'accord, merci je comprend mieux.
Mais juste pour être sûr, pour le cas de l'eolienne, la portance est donc perpendicilaire a la vitesse dans le plan du rotor et non perpendiculaire au plan du rotor. C'est cela ?

[Guillaume Rouy]

Mais juste pour être sûr, pour le cas de l'eolienne, la portance est donc perpendicilaire a la vitesse dans le plan du rotor et non perpendiculaire au plan du rotor. C'est cela ?

Si j'extrapole les termes utilisés, ça m'a l'air correct.

Je la refais ici au cas où ce soit nécessaire.

SPOILER:

Le vecteur associé à la force de portance sur une portion élémentaire de pale est orthogonal à la vitesse de l'écoulement d'air dans le référentiel de la pale. Elle n'est donc pas perpendiculaire au vent loin devant l'éolienne, mais perpendiculaire au vent apparent (il faut appliquer un correctif dû à la rotation des pales).

Je crois que pour mieux visualiser, le site suivant donne de jolies images. Il faut descendre dans la section "Les forces aérodynamiques sur le rotor d’une éolienne", et digérer les notations :

https://energieplus-lesite.be/theories/ ... eoliennes/

Tu trouveras, sur quelques schémas, la portance L et la trainée D.

En fait, quoi qu'il arrive, ça doit ressembler à la situation de l'aile d'avion (un vent relatif qui arrive sur le bord d'attaque d'une aile un peu inclinée vers le haut), sauf qu'on met des pales qui tournent à la place des ailes allant tout droit.

La force de portance n'est donc globalement jamais perpendiculaire au plan normal à l'axe du rotor. Attention à ne pas oublier la traînée, pour le coup.

[maxemc2]

D'accord merci beaucoup !

En parlant du vent "tangentiel" du a la rotation, jn'arrive pas à trouver si le vecteur de ce vent tangentiel est dans le sens de la rotation ou dans le sens oppose a la rotation.

Je sais que pour le vecteur vitesse est dans le sens de la rotation mais peut etre que par reciprocite, celui du vent tangentiel est dans le sens opposé

[Guillaume Rouy]

D'accord merci beaucoup !

En parlant du vent "tangentiel" du a la rotation, jn'arrive pas à trouver si le vecteur de ce vent tangentiel est dans le sens de la rotation ou dans le sens oppose a la rotation.

Je sais que pour le vecteur vitesse est dans le sens de la rotation mais peut être que par reciprocite, celui du vent tangentiel est dans le sens opposé

Revenons à la situation de l'aile d'avion : dans le référentiel de l'aile, l'écoulement d'air arrive vers l'aile dans le sens opposé à "la vitesse de l'avion". Par similarité des pales d'éolienne qui tournent dans un sens, le vent apparent s'oppose à "la vitesse de la pale". Voici une image tirée du site :



J'introduis des coordonnées polaires associées au mouvement d'une pale.

• $ \overrightarrow{V_w} $ est le vent dans le référentiel lié au sol.
• On imagine le vecteur $ \overrightarrow{u} = r\omega\overrightarrow{e_{\theta}} $ représentant la vitesse de la pale dans le référentiel lié à l'éolienne, vers le haut sur l'image. On aura compris que $ r $ est la distance à l'axe rotorique et $ \omega $ la vitesse de rotation positive.
• $ \overrightarrow{V_r} $ est le vent relatif, égal à $ \overrightarrow{V_w} -r\omega\overrightarrow{e_{\theta}} $ par composition des vitesses / Chasles (fais le calcul pour t'en convaincre).

J'essaie avec des termes moins scientifiques : sur l'image, la pale tourne dans le sens trigonométrique, sa vitesse est donc "vers le haut", et en allant frapper le vent qui arrive par la gauche, ce dernier lui arrive quasi tangentiellement par le dessous. Est-ce que c'est clair ?

[maxemc2]

Oui merci beaucoup, je n'etais simplement pas sur que le sens était opposé.
Merci pour la confirmation !