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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours :

Louis Dufresne

PLAN DE COURS

Été 2014
MEC770 : Conception aérodynamique (3 crédits)

Préalables
Aucun préalable requis

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
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.

Introduction à l’aérodynamique : profil aérodynamique, portance, traînée, aile. Principes de conservation : continuité, quantité de mouvement, énergie. Écoulements potentiels : équation de Laplace. Méthodes d’éléments de frontières. Traînée, viscosité et couche limite. Calcul des performances des profils aérodynamiques et des ailes, critères de sélection des profils aérodynamiques. Écoulements compressibles.

Séances de travaux pratiques portant sur l’application de la matière vue en classe à la solution de problèmes de design à l’aide de logiciels commerciaux.

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

À chaque semaine, 3 heures d’enseignement magistral sont prévues ainsi que 2 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 5 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	Mardi	13:30 - 17:00	Activité de cours
	Vendredi	13:30 - 15:30	Travaux pratiques et laboratoire

Coordonnées de l’enseignant

Groupe	Nom	Activité	Courriel	Local	Disponibilité
01	Louis Dufresne	Activité de cours	Louis.Dufresne@etsmtl.ca	A-2116
01	Pascal Doran	Travaux pratiques et laboratoire	CC-PASCAL.DORAN@etsmtl.ca

Cours

Sem.	Description	Section(s) du manuel	Exercices suggérés*
01 à 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
4	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 à 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 irrotationel 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 à 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 et 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.

Laboratoires et travaux pratiques

Sem.

Dates

Description

Remarques

29 avr.

2 mai

C — Introduction, concepts de base et rappels - I

Semaine 1 : congé de TP

6 mai

9 mai

C — Introduction, concepts de base et rappels - II

13 mai

16 mai

C — Introduction, concepts de base et rappels - III

Devoir 1

20 mai

23 mai

C — Profils, ailes et paramètres caractéristiques

27 mai

30 mai

C — Écoulements incompressibles et sans effets

visqueux - I

3 juin

6 juin

C — Écoulements incompressibles et sans effets

visqueux - II

TP — Examen partiel

10 juin

13 juin

C — Écoulements incompressibles et sans effets

visqueux - III

17 juin

20 juin

C — Aérodynamique des profils : Théorie 2D - I

Projet

24 juin

27 juin

C — Aérodynamique des profils : Théorie 2D - II

Férié

Horaire du mardi

1^er juil.

4 juil.

Férié

Date limite d’abandon :

7 juillet

8 juil.

11 juil.

C — Aérodynamique des profils : Théorie 2D - III

15 juil.

18 juil.

C — Aérodynamique des ailes : Théorie 3D - I

22 juil.

25 juil.

C — Aérodynamique des ailes : Théorie 3D - II

Devoir 2

29 juil.

1^er août

C — Sujets complémentaires : Effets de compressibilité

Fin des cours : 1^er août

Utilisation d'outils d'ingénierie

N/A

Évaluation

Activités	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 de la calculatrice est permise aux examens. Aucun autre document qu’un résumé manuscrit ne sera permis aux examens. La longueur du résumé (nombre de pages) sera précisée en classe, en temps opportun.	30	s/o
Examen final	Est d’une durée prévue de 3 heures et se déroulera durant la période des examens finaux. L’utilisation de la calculatrice est permise aux examens. Aucun autre document qu’un résumé manuscrit ne sera permis aux examens. La longueur du résumé (nombre de pages) sera précisée en classe, en temps opportun.	40	s/o
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.

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 à l’article 6.5.2 du Règlement des études, se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions 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 et 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 « Chapitre 10 : Plagiat et fraude » du « Règlement des études de 1er cycle » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Afin de se sensibiliser au respect de la propriété intellectuelle, tous les étudiants doivent consulter la page Citer, pas plagier ! http://www.etsmtl.ca/A-propos/Direction/Politiques-reglements/regl_etudes_1er_cycle.pdf

Documentation obligatoire

Manuel du cours (recommandé)

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