E6 Aérodynamique du profil aérodynamique

Topique

L'aérodynamique du profil est l'élément central du système de vol : elle décrit comment la géométrie de l'aile interagit avec l'air environnant pour générer les forces de portance et de traînée qui maintiennent et ralentissent l'oiseau en vol. Autrement dit, c'est le module où la géométrie de l'aile est transformée en force.

Les équations qui décrivent cette aérodynamique sont les mêmes que celles utilisées en aéronautique classique pour un avion, mais appliquées à des conditions très différentes : nombres de Reynolds intermédiaires, profils dont la géométrie se modifie en temps réel pendant le vol (à l'instar des plumes qui confèrent à l'aile une surface continue) et régimes d'écoulement transitoires qui évoluent à chaque battement.

Le nombre de Reynolds est le paramètre sans dimension le plus important pour caractériser le régime aérodynamique du vol d'un oiseau. Il est calculé à partir de la masse volumique de l'air, de la vitesse de vol, d'une longueur caractéristique de l'aile (sa corde) et de la viscosité de l'air, et définit la relation entre les forces d'inertie et de viscosité agissant sur l'écoulement d'air autour de l'aile. Les petits oiseaux, comme les colibris, volent à un faible nombre de Reynolds, de l'ordre de dix mille. Dans ce régime, la viscosité de l'air influe considérablement sur l'écoulement autour de l'aile, et les effets de la couche limite – la fine couche d'air adhérant à la surface de l'aile où la viscosité est la plus forte – déterminent le comportement aérodynamique du profil alaire.

Les grands oiseaux, comme les albatros, volent à un nombre de Reynolds élevé, de l'ordre d'un million. Dans ce régime quasi-turbulent, les forces d'inertie dominent les forces visqueuses, et le profil alaire de l'albatros se comporte davantage comme celui d'un avion que comme celui d'un colibri.

Ce même nombre de Reynolds permet donc de distinguer deux régimes aérodynamiques complètement différents au sein du profil alaire d'un même oiseau : le régime dominé par la viscosité de l'air et la couche limite, qui caractérise les petits oiseaux comme le colibri, et le régime quasi-turbulent dominé par les forces d'inertie, qui caractérise les grands oiseaux comme l'albatros. Par conséquent, aucun ensemble unique d'équations aérodynamiques ne peut décrire tous les oiseaux de manière égale sans déterminer au préalable le régime du nombre de Reynolds dans lequel chaque espèce vole.

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