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Programme(s) : 7684

Profils(s) : Tous profils

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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours :

Louis Dufresne

PLAN DE COURS

Hiver 2019
MEC757 : Introduction à l’aérodynamique (3 crédits)

Préalables

Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 58,8

Qualités de l'ingénieur

Q10

Q11

Q12

Qualité visée dans ce cours

Qualité visée dans un autre cours

Indicateur enseigné

Indicateur évalué

Indicateur enseigné et évalué

Descriptif du cours
À la fin du cours l’étudiante ou l'étudiant sera en mesure :

d’expliquer les principes de base qui gouvernent la portance et la traînée des corps aérodynamiques;
d’évaluer la portance et la traînée d’un profil aérodynamique;
d’évaluer la portance et la traînée d’une aile de géométrie simple;
d’appliquer certains outils d’aérodynamique numérique à la conception d’ailes simples.

Rappel des équations de la dynamique des fluides : équations de Navier-Stokes, d’Euler et de Bernoulli. Couche limite. Similitude. Estimation de la traînée. Nomenclature des profils aérodynamiques et des ailes. Écoulements incompressibles et sans effets visqueux. Équations de Laplace et écoulements potentiels élémentaires. Portance, théorème de Kutta-Joukowski et condition de Kutta. Théorie des profils minces. Méthode de panneaux. Théorie de la ligne portante. Chargement aérodynamique des ailes. Effets de compressibilité.

Séances de travaux pratiques composés d’exercices choisis pour illustrer la théorie vue en classe. Laboratoire d’introduction à l’aérodynamique numérique incluant l’utilisation de logiciels d’analyse et de conception de profils et d’ailes.

Objectifs du cours

Ce cours de trois crédits a pour objectif de permettre aux étudiants :

D’acquérir les concepts de base de la science aérodynamique qui permettent d’évaluer la portance et la traînée d’un corps;
D’appliquer ces concepts à la caractérisation, l’analyse et la conception de profils et d’ailes simples.

Plus spécifiquement, le cours vise à fournir aux étudiants une introduction aux principaux éléments de l’aérodynamique subsonique dans le but de développer leurs compétences dans la conception et la caractérisation de formes aérodynamiques (profils et ailes) simples. De même, le cours vise aussi à développer chez les étudiants une bonne compréhension des phénomènes physiques de base qui gouvernent les écoulements externes. Au terme du cours, les étudiants devraient être en mesure :

De concevoir et d’évaluer les caractéristiques aérodynamiques d’une aile simple;
D’interagir professionnellement avec des praticiens spécialistes du domaine;
De pouvoir progresser de manière autonome dans un des champs de spécialisation de l’aérodynamique avancée.

Stratégies pédagogiques

Chaque semaine, trois heures d’enseignement magistral sont prévues ainsi que deux heures de travaux pratiques en classe ou en laboratoire. Ces périodes d’enseignement et de travaux pratiques (TP) devraient être complétées par de l’étude et du travail personnel correspondant à environ cinq heures par semaine en moyenne.

En complément aux notions théoriques vues en classe, on présentera des exemples (en classe et/ou en TP) pour permettre aux étudiants de bien assimiler les concepts présentés. Une série d’exercices supplémentaires, à faire sur une base individuelle, sera également proposée selon la matière enseignée. Au besoin, une période de temps pourra aussi être réservée, en classe ou en TP, pour discuter et répondre aux questions concernant les exercices suggérés.

Utilisation d’appareils électroniques

L’utilisation d’appareils électroniques (tablettes, smart-phones, etc.) en classe à des fins autres que celles requises par le cours n’est pas permise.

Horaire

Groupe	Jour	Heure	Activité
01	Lundi	13:30 - 17:00	Activité de cours
	Jeudi	08:30 - 10:30	Travaux pratiques et laboratoire

Coordonnées de l’enseignant

Groupe	Nom	Activité	Courriel	Local	Disponibilité
01	Pascal Doran	Activité de cours	CC-PASCAL.DORAN@etsmtl.ca

Cours

Organisation du cours

Sem.	Description	Section(s) du manuel	Exercices suggérés*
01-03	1. Introduction, concepts de base et rappels
	1. Bref historique	1.1, 1.2
	2. Propriétés physiques des fluides	1.4
	3. Statique des fluides et atmosphère standard	1.9 & Notes compl.	1.11, C-1.1 – C-1.5
	4. Types d’écoulements	1.10
	5. Volumes de contrôle	2.2, 2.3	2.2, 2.7, 2.8
	6. Conservation de la masse	2.4	C-1.6 – C-1.10
	7. Conservation de la quantité de mouvement	2.5, 2.6	C-1.11, C-1.12
	8. Équations de Navier-Stokes	15.2-15.4	15.1, 15.2, C-1.13
	9. Théorie de la similitude	1.7, 1.8	1.8 – 1.10, C-1.14
	10. Couches limites	1.11, 17.1-17.5, 18.2, 19.2	19.1 – 19.3, C-1.15, C-1.16
	11. Traînée	1.5, 1.12, 6.6	1.15, C-1.17
04	2. Profils, ailes et paramètres caractéristiques
	1. Nomenclature des profils	4.1, 4.2
	2. Effets physiques	1.5, 1.6, 1.12	1.2 – 1.6, 1.12, 1.15
	3. Caractéristiques aérodynamiques des profils	4.3	4.1, 4.2, C-2.1, C-2.2
	4. Nomenclature des ailes	Notes compl.
05-07	3. Écoulements incompressibles sans effets visqueux
	1. Introduction	3.1
	2. Équations d’Euler et de Bernoulli	2.5, 3.2-3.6	3.1-3.7
	3. Vorticité et circulation	2.12, 2.13	2.7 – 2.9, C-3.1
	4. Écoulement irrotationnel et théorème de Kelvin	4.6	4.3
	5. Fonction de courant et potentiel de vitesse	2.14-2.16	2.11, C-3.2 – C-3.4
	6. Écoulements potentiels et équation de Laplace	3.7
	7. Écoulements potentiels élémentaires	3.9-3.12, 3.14	3.8 – 3.14, C-3.5, C-3.6
	8. Cylindre non portant et portant	3.13, 3.18, 3.20, 3.15	3.15 – 3.19, C-3.7, C-3.8
	9. Théorème de Kutta-Joukowski	3.16	3.20, 4.12
	10. Méthode des panneaux sources	3.17
08-10	4. Aérodynamique des profils : Théorie 2D
	1. Génération de la portance	3.16, 4.1, 4.6
	2. Prédiction théorique de la portance	4.4, 4.5
	3. Théorie des profils minces	4.7 - 4.9	4.4 – 4.11, C-4.1 – C-4.4
	4. Profils épais et méthode des panneaux tourbillons	4.10 & Notes compl.
	5. Contrôle de la couche limite et mécanismes hypersustentateurs	4.11 - 4.13
11-12	5. Aérodynamique des ailes : Théorie 3D
	1. Effets de bouts	5.1
	2. Système tourbillonnaire et loi de Biot-Savart	5.2	5.1, 5.2, C-5.1
	3. Théorie de la ligne portante de Prandtl	5.3
	4. Distribution de portance elliptique	5.3	C-5.2, C-5.3
	5. Distribution de portance arbitraire	5.3	C-5.4 – C-5.6
	6. Traînée induite et rapport de forme	5.3	5.3 – 5.5, C-5.7 – C-5.11
13	6. Sujets complémentaires
	1. Effets de compressibilité	7.3, 7.5, 8.3-8.5, 11.4, 11.6	11.2, 11.3
	2. Effets de sol et autres...	Notes compl.

* Les exercices précédés d’un « C » (p. ex. C-1.1) proviennent de la liste des exercices complémentaires, les autres sont tirés du manuel.

Calendrier des activités

Cours	Dates	Description	Remarques
01	7 janvier	C — Introduction, concepts de base et rappels - I
	10 janvier	TP — Pas de TP
02	14 janvier	C2 — Introduction, concepts de base et rappels - II
	17 janvier	TP1
03	21 janvier	C3 - Introduction, concepts de base et rappels - III
	24 janvier	TP2
04	28 janvier	C4 — Profils, ailes et paramètres caractéristiques	Devoir 1
	31 janvier	TP3
05	4 février	C5 — Écoulements incompressibles et sans effets visqueux - I
	7 février	TP4	Remise devoir 1
06	11 février	C6 — Écoulements incompressibles et sans effets visqueux - II
	14 février	TP5 - Examen partiel (cours 1 à 5)
07	18 février	C 7— Écoulements incompressibles et sans effets visqueux - III
	21 février	TP - Pas de TP (Relâche)
08	25 février	C8 — Aérodynamique des profils :Théorie 2D - I	Projet
	28 février	TP6
09	4 mars	C9 — Aérodynamique des profils :Théorie 2D - II
	7 mars	TP7 - Démo XFLR5
10	11 mars	C10 — Aérodynamique des profils : Théorie 2D - III	Date limite d'abandon : 13 mars
	14 mars	TP8
11	18 mars	C11 — Aérodynamique des ailes : Théorie 3D - I	Devoir 2
	21 mars	TP9
12	25 mars	C12 — Aérodynamique des ailes : Théorie 3D - II
	28 mars	TP10
13	1er avril	C13 — Effets de compressibilité
	4 avril	TP11	Remise devoir 2

Laboratoires et travaux pratiques

Sans objet.

Utilisation d'outils d'ingénierie

Sans objet.

Évaluation

Activité	Description	%	Date de remise
Examen partiel	Est d’une durée prévue de 2 heures et se déroulera durant une période de travaux pratiques. L’utilisation des calculatrices est permise aux examens. Aucun autre document qu’un résumé manuscrit sans exemple ne sera permis aux examens. La longueur du résumé est d'une page recto-verso.	30	Sera précisée en classe
Examen final	Est d’une durée prévue de 3 heures et se déroulera durant la période des examens finaux. L’utilisation des calculatrices est permise aux examens. Aucun autre document qu’un résumé manuscrit sans exemple ne sera permis aux examens. La longueur du résumé est de deux pages recto-verso.	40	À venir
Devoirs	Les travaux remis en retard et sans justification valable seront pénalisés.	10	Sera précisée en classe
Projet	Les travaux remis en retard et sans justification valable seront pénalisés.	20	Sera précisée en classe

Note importante : La note de passage est fixée de manière globale à 50 % mais une moyenne d’au moins 50 % aux examens est nécessaire pour passer le cours.

Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : http://etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Examens-finaux

Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

Les travaux remis en retard sans justification valable seront pénalisés.

Absence à un examen
• Pour les départements à l'exception du SEG :
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur du département. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).

• Pour SEG :
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence auprès de son enseignant. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).

Infractions de nature académique
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/docs/ETS/Gouvernance/Secretariat-general/Cadre-reglementaire/Documents/Infractions-nature-academique ) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet. À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).

Documentation obligatoire

Le manuel suivant est recommandé pour le cours :

ANDERSON, J.D., 2011 Fundamentals of Aerodynamics. McGraw-Hill, 5^th Ed.

Ouvrages de références

Abbott, I.H. & von Doenhoff, A.E. 1949 Theory of Wing Sections. McGraw-Hill; Dover republication 1959.
Anderson, J.D. 2005 Introduction to Flight. McGraw-Hill, 5^th ed.
Ashley, H. & Landahl, M. 1965 Aerodynamics of Wings and Bodies. Addison-Wesley Publ. Co.; Dover republication 1985.
Bertin, J.J. & Smith, M.L. 1998 Aerodynamics for Engineers. Prentice-Hall, 3^rd ed.
Çengel, Y.A. & Cimbala, J.M. 2006 Fluid Mechanics: Fundamentals and Applications. McGraw-Hill.
Glauert, H. 1947 The Elements of Aerofoil and Airscrew Theory. Cambridge Univ. Press, 2^nd ed.
Katz, J. & Plotkin, A. 2001 Low-Speed Aerodynamics. Cambridge Univ. Press, 2^nd ed.
Kroo, I. 1997 Applied aerodynamics — A digital textbook. Desktop Aeronautics Inc. (CD-ROM).
Kuethe, A.M. & Chow, C.-Y. 1998 Foundations of Aerodynamics. J. Wiley & Sons, 5^th ed.
Mccormick, B.W. 1995 Aerodynamics, Aeronautics, and Flight Mechanics. J. Wiley & Sons, 2^nd ed.
Milne-Thomson, L.M. 1958 Theoretical Aerodynamics. Macmillan & Co., 4^th ed.; Dover republication 1973.
Munson, B.R., Young, D.F. & Okiishi, T.H. 2006 Fundamentals of Fluid Mechanics. J. Wiley & Sons, 5^th ed.
Moran, J. 1984 An Introduction to Theoretical and Computational Aerodynamics. J. Wiley & Sons; Dover republication 2003.
Phillips W.F. 2004 Mechanics of Flight. J. Wiley & Sons.
Thwaites, B. (ed.) 1960 Incompressible Aerodynamics. Oxford Univ. Press; Dover republication 1987.
Von Kármán, T. 1957 Aerodynamics. Cornell Univ. Press; Dover republication 2004.
Von Mises, R. 1959 Theory of Flight. Dover.

Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

https://ena.etsmtl.ca

Autres informations

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