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 ou l'étudiante 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.

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.

Le cours sera donné en 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 des ailes 3D.

Organisation des cours 

* 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

Examen Final dans la période du 11 au 21 décembre 2023

• xfoil / xlrf5
• Matlab

Les travaux remis en retard sans justification valable seront pénalisés.

Le manuel suivant est recommandé pour le cours :

• ANDERSON, J.D. 2011 Fundamentals of Aerodynamics. McGraw-Hill, 6^th 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, 7^th ed.

• 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.

https://ena.etsmtl.ca/