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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : Louis Dufresne


PLAN DE COURS

Automne 2021
MEC757 : Introduction à l’aérodynamique (3 crédits)





Préalables
Programme(s) : 7684,7884
             
  Profils(s) : Tous profils  
             
    MEC335    
             
Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 58,8 38,4 % 15,3 % 46,3 %




Qualités de l'ingénieur

Qn
Qualité visée dans ce cours  
Qn
  Qualité visée dans un autre cours  
  Indicateur enseigné
  Indicateur évalué
  Indicateur enseigné et évalué



Descriptif du cours

Étudier l’analyse et le design des formes dans l’optique de la conception aérodynamique. Sélectionner et exploiter l’outil d’analyse approprié en se basant sur des critères d’efficacité et de précision.

À la fin du cours 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 3 crédits a pour objectif de permettre aux étudiants :

  1. D’acquérir les concepts de base de la science aérodynamique qui permettent d’évaluer la portance et la traînée d’un corps ;
  2. 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 :

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



Stratégies pédagogiques

Le cours sera donné présence. Une période de trois (3) heures par semaine est prévue pour présenter la matière de même qu’une période de deux (2) heures est aussi prévue pour les séances de travaux pratiques (TP).

De manière à rendre le plus efficace et dynamique possible, il est attendu que les étudiantes et étudiants aient fait au préalable, avant chaque séance, les lectures et exercices appropriés, prévus au plan de cours. Au besoin, une période de temps pourra aussi être réservée, plus particulièrement durant les séances de TP, pour discuter et répondre aux questions concernant les exercices suggérés.

Des solutions analytiques et numériques seront proposées pour modéliser les écoulements d'air autour d'objets aux formes simples puis de profils 2D et 3D.




Utilisation d’appareils électroniques

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

Au cours de la session différents programmes et logiciels seront présentés. Ils pourront être installé sur votre ordinateur personnel. Ils seront disponibles dans les salles informatiques.

 

 




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Lundi 13:30 - 17:00 Activité de cours
Mardi 10:30 - 12:30 Travaux pratiques et laboratoire



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Marlène Sanjosé Activité de cours Marlene.Sanjose@etsmtl.ca A-2144 Mardi PM, Mercredi PM au bureau.
01 Marlène Sanjosé Travaux pratiques et laboratoire Marlene.Sanjose@etsmtl.ca A-2144 Mardi PM, Mercredi PM au bureau.



Cours

Organisation des cours 

Cours Description Section(s) du manuel Exercices suggérés*

01-03

1.   Introduction, concepts de base et rappels

  1. Bref historique
  2. Propriétés physiques des fluides
  3. Statique des fluides et
    atmosphère standard
  4. Types d’écoulements
  5. Volumes de contrôle
  6. Conservation de la masse
  7. Conservation de la quantité de mouvement
  8. Équations de Navier-Stokes
  9. Théorie de la similitude
  10. Couches limites
     
  11. Traînée

 

1.1, 1.2

1.4

1.9 & Notes compl.

 

1.10

2.2, 2.3

2.4

2.5, 2.6

15.2-15.4

1.7, 1.8

1.11, 17.1-17.5, 18.2, 19.2
 

1.5, 1.12, 6.6

 

 

 

1.11, C-1.1 – C-1.5

 

 

2.2, 2.7, 2.8

C-1.6 – C-1.10

C-1.11, C-1.12

15.1, 15.2, C-1.13

1.8 – 1.10, C-1.14

19.1 – 19.3, C-1.15,
C-1.16

1.15, C-1.17

04

2.  Profils, ailes et paramètres caractéristiques

  1. Nomenclature des profils
  2. Effets physiques
  3. Caractéristiques aérodynamiques
    des profils
  4. Nomenclature des ailes

 

4.1, 4.2

1.5, 1.6, 1.12

4.3

 

Notes compl.

 

 

1.2 – 1.6, 1.12, 1.15

4.1, 4.2, C-2.1, C-2.2

 

 

05-07

3.  Écoulements incompressibles sans effets visqueux

  1. Introduction
  2. Équations d’Euler et de Bernoulli
  3. Vorticité et circulation
  4. Écoulement irrotationel et
    théorème de Kelvin
  5. Fonction de courant et potentiel de vitesse
  6. Écoulements potentiels et
    équation de Laplace
  7. Écoulements potentiels élémentaires
  8. Cylindre non portant et portant
  9. Théorème de Kutta-Joukowski
  10. Méthode des panneaux sources

 

3.1

2.5, 3.2-3.6

2.12, 2.13

4.6

 

2.14-2.16

3.7

 

3.9-3.12, 3.14

3.13, 3.18, 3.20, 3.15

3.16

3.17

 

 

3.1-3.7

2.7 – 2.9, C-3.1

4.3

 

2.11, C-3.2 – C-3.4

 

 

3.8 – 3.14, C-3.5, C-3.6

3.15 – 3.19, C-3.7, C-3.8

3.20, 4.12

 

08-10

4.  Aérodynamique des profils : Théorie 2D

  1. Génération de la portance
  2. Prédiction théorique de la portance
  3. Théorie des profils minces
  4. Profils épais et
    méthode des panneaux tourbillons
  5. Contrôle de la couche limite et
    mécanismes hypersustentateurs

 

3.16, 4.1, 4.6

4.4, 4.5

4.7-4.9

4.10 & Notes compl.

 

4.11-4.13

 

 

 

 

4.4 – 4.11, C-4.1 – C-4.4

 

 

 

 

11-12

5.  Aérodynamique des ailes : Théorie 3D

  1. Effets de bouts
  2. Système tourbillonnaire et
    loi de Biot-Savart
  3. Théorie de la ligne portante de Prandtl
  4. Distribution de portance elliptique
  5. Distribution de portance arbitraire
  6. Traînée induite et rapport de forme

 

5.1

5.2

 

5.3

5.3

5.3

5.3

 

 

5.1, 5.2, C-5.1

 

 

C-5.2, C-5.3

C-5.4 – C-5.6

5.3 – 5.5, C-5.7 – C-5.11

13

6.  Sujets complémentaires

  1. Effets de compressibilité
  2. Effets de sol et autres...

 

7.3, 7.5, 8.3-8.5, 11.4, 11.6

Notes compl.

 

11.2, 11.3

* 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 

Calendrier des activités MEC757

Sem. Date Description Remarques

01

30 Août

31 Août

C1 - Introduction, concepts de base – I

TP1

 

02

6 Sept

7 Sept

Congés – Fête du travail

TP2 – Formation informatique

 

03

13 Sept

14 Sept

C2 – Introduction, concepts de base – II

TP3

Devoir 1

04

20 Sept

21 Sept

C3Introduction, concepts de base – III

TP4

 

05

27 Sept

28 Sept

C4Profils, ailes et paramètres caractéristiques

TP5

 

06

4 Oct

5 Oct

C5Écoulements incompressibles et non-visqueux – I

TP6

 

07

11 Oct

12 Oct

Congés – Action de Grâce

C6 – Écoulements incompressibles et non-visqueux – II

Devoir 2

08

18 Oct

19 Oct

C7 – Écoulements incompressibles et non-visqueux – III

TP7

 

09

25 Oct

26 Oct

C8 – Aérodynamique des profils : Théorie 2D – I

TP8

 

10

1 Nov

2 Nov

C9 – Aérodynamique des profils : Théorie 2D – II

TP9

Devoir 3

11

8 Nov

9 Nov

C10 – Aérodynamique des profils : Théorie 2D – III

TP10

Projet - début

12

15 Nov

16 Nov

C11 – Aérodynamique des profils : Théorie 3D – I

TP11

(projet)

13

22 Nov

23 Nov

C12 – Aérodynamique des profils : Théorie 3D – II

TP12

(projet)

14

29 Nov

30 Nov

C13Effets de compressibilité

TP13

Projet - remise


 

Examen Final




Laboratoires et travaux pratiques

Voir la rubrique Cours




Utilisation d'outils d'ingénierie
  • xfoil / xlrf5
  • matlab / python

 




Évaluation

Activité

Description

%

Devoirs

Travail individuel ; toute documentation permise ; le temps alloué sera de une semaine. Trois devoirs seront proposés dans la session. Chacun comptera pour un tier de la note de devoirs

30

Projet

Un mini-projet de dimensionnement de profil sur plusieurs semaines est prévu en fin de session.

30

Final

Travail individuel ; toute documentation permise ; le temps alloué sera de 2h.  Pendant la période des examens finaux.

40

 

Note importante :

  • La note de passage est fixée de manière globale à 50 % mais une moyenne d’au moins 50 % l'examen final 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
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivants, 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 ou du SEG. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Dans tous les cas, l’étudiant doit effectuer sa demande en complétant le formulaire prévu à cet effet qui se trouve dans son portail Mon ÉTS/Formulaires. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat, Activité compétitive d’un étudiant appartenant à un club scientifique ou un club sportif d’élite de l’ÉTS ou au programme « Alliance sport étude » ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).



Plagiat et fraude
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, 5th Ed.

En complément au manuel précédent, les étudiantes et étudiants pourront également se procurer (disponible en version électronique à la Bibliothèque de l’ÉTS) :

  • Houghton, E.L., Carpenter, P.W., Collicott, S.H., & Valentine, D.T. 2017 Aerodynamics for Engineering Students. Butterworth-Heinemann/Elsevier, 7th 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, 5th 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, 3rd 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, 2nd ed.
  • Katz, J. & Plotkin, A.  2001 Low-Speed Aerodynamics.  Cambridge Univ. Press, 2nd 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, 5th ed.
  • Mccormick, B.W.  1995 Aerodynamics, Aeronautics, and Flight Mechanics. J. Wiley & Sons, 2nd ed.
  • Milne-Thomson, L.M. 1958 Theoretical Aerodynamics. Macmillan & Co., 4th ed.; Dover republication 1973.
  • Munson, B.R., Young, D.F. & Okiishi, T.H. 2006 Fundamentals of Fluid Mechanics. J. Wiley & Sons, 5th 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/