Technologie / Guide technique
Écoulement relatif de la pale et angle d’attaque
La vitesse de l’air vue par une section de pale en mouvement diffère de la vitesse du vent vue depuis le sol. L’angle d’attaque appartient à cet écoulement relatif local ; il ne se lit donc pas directement à partir de l’orientation de la nacelle ou d’une flèche de vent stationnaire.
Soustrayez le mouvement avant de comparer les angles.
Utilisez un référentiel commun pour les vitesses de l’air et de la section. Leur différence vectorielle établit l’écoulement vu par la section ; son orientation par rapport à la corde établit l’angle d’attaque.
01 / Référentiel
La vitesse relative est une différence vectorielle.
Soient U la vitesse de l’air et v la vitesse de la section, toutes deux exprimées dans un même référentiel inertiel.
Soient U la vitesse de l’air et v la vitesse de la section, toutes deux exprimées dans un même référentiel inertiel. La vitesse de l’air relative à la section est W = U − v. Soustraire leurs normes éliminerait la direction et donnerait généralement un résultat différent.
L’explication de la vitesse relative de NASA distingue le vent au sol du mouvement de l’air relatif à un corps mobile. Une pale en rotation ajoute une vitesse de section différente à chaque rayon ; le calcul doit donc suivre une section particulière, plutôt que le seul centre du rotor.
02 / Composantes locales
La rotation ajoute une contribution tangentielle.
Dans un exemple aligné simplifié, choisissez x dans la direction positive de l’écoulement axial et t dans celle du mouvement positif de la section.
Dans un exemple aligné simplifié, choisissez x dans la direction positive de l’écoulement axial et t dans celle du mouvement positif de la section. Si U = (6, 0) m/s et v = (0, 8) m/s, alors W = (6, −8) m/s dans ces axes.
La norme de la vitesse relative est de 10 m/s, et non de 6 m/s ni de 6 − 8 m/s. Ces valeurs inventées omettent l’induction et les autres mouvements. Elles illustrent le calcul vectoriel sans décrire une pale MARSTON en fonctionnement.
03 / Direction de l’écoulement
L’angle exige une ligne de référence identifiée.
Dans cet exemple, l’angle aigu entre W et la direction tangentielle négative est arctan(6/8), soit environ 36.9°.
Dans cet exemple, l’angle aigu entre W et la direction tangentielle négative est arctan(6/8), soit environ 36.9°. Une mesure à partir de la direction axiale donne un autre angle. Les deux peuvent décrire le même vecteur si les conventions sont explicites.
Un symbole d’angle d’écoulement entrant exige donc une direction zéro et un signe. Une valeur positive dans une convention de coordonnées de pale n’est pas automatiquement positive dans une autre. Le vecteur physique doit rester inchangé lors d’une transformation de coordonnées.
04 / Comparaison avec la corde
L’angle d’attaque associe géométrie et écoulement.
Dans une convention bidimensionnelle de section définie, l’angle d’attaque compare la corde locale orientée à W.
Dans une convention bidimensionnelle de section définie, l’angle d’attaque compare la corde locale orientée à W. Si l’angle d’écoulement entrant φ et le calage de corde β partagent une référence et un signe choisis de façon que α = φ − β, cette relation est une soustraction géométrique.
Cela ne signifie pas que le pas, le vrillage et l’angle d’attaque soient interchangeables. La géométrie intégrée peut rester fixe tandis que φ varie avec l’écoulement ou la rotation. Inversement, modifier un réglage géométrique ne modifie α qu’en combinaison avec l’écoulement relatif actuel.
05 / Trois dimensions
Un modèle de section utilise une projection.
L’explication des coordonnées de profil d’OpenFAST définit la portance, la traînée et l’angle d’attaque de section à partir de l’écoulement relatif projeté dans un plan bidimensionnel local.
L’explication des coordonnées de profil d’OpenFAST définit la portance, la traînée et l’angle d’attaque de section à partir de l’écoulement relatif projeté dans un plan bidimensionnel local. L’écoulement suivant l’envergure reste une composante de la situation tridimensionnelle plus large, même lorsqu’un modèle de section ne le représente pas explicitement.
L’écoulement désaligné, la déformation et les vitesses induites peuvent changer les composantes locales. Le simple exemple à deux composantes ne permet pas d’établir leur amplitude ni de remplacer un modèle intégrant les mouvements et les hypothèses d’écoulement pertinents.
06 / Signification
Un calcul de direction n’est pas une polaire aérodynamique.
Connaître α ne détermine pas à lui seul la portance, la traînée ou la puissance de sortie.
Connaître α ne détermine pas à lui seul la portance, la traînée ou la puissance de sortie. Ces grandeurs dépendent aussi de la section et des conditions d’écoulement. Le guide des coefficients explique l’étape physique suivante.
Cette page définit la géométrie de l’écoulement local sans attribuer à MARSTON un profil, une disposition de pas, une plage d’angles ou une loi de commande réels. Le guide de la géométrie de pale traite séparément les grandeurs du dessin technique.
Poursuivez l’examen avec Portance, traînée et coefficients de section de pale.
Poursuivez l’examen avec Nombre de Reynolds des pales de petite éolienne et similitude d’écoulement.
Poursuivez l’examen avec Théorie des éléments de pale et de quantité de mouvement : couplage et hypothèses.
Approfondissez l’examen de l’écoulement local avec la masse volumique de l’air et ses données environnementales d’entrée et les grandeurs de pression dynamique et statique.
Contexte général : NASA Glenn : vitesse relative et référentiels · OpenFAST : plan local du profil et projection de l’écoulement relatif. Ces références expliquent les concepts du secteur ; elles sont distinctes des documents applicables aux produits et projets MARSTON.
Notions et conditions essentielles.
Interprétez chaque grandeur avec sa référence, ses unités et les conditions indiquées. Une relation générale ne fixe pas une valeur propre à un modèle.
| Notion / grandeur | Signification / relation | Conditions / limites |
|---|---|---|
| U | Vitesse de l’air dans le référentiel choisi, m/s | Conservez sa direction et sa référence. |
| v | Vitesse de la section de pale considérée, m/s | Utilisez le même référentiel que U. |
| W | U − v, vitesse relative de l’air | Une différence vectorielle, et non une soustraction des normes des vitesses. |
| φ et β | Angles d’écoulement et de corde dans des coordonnées définies | Précisez les références avant de soustraire. |
| α | Angle entre corde et écoulement relatif | Ne détermine pas à lui seul la force. |
Questions d’ingénierie.
La vitesse du vent au sol est-elle la vitesse relative de la section ?
Généralement non. Le mouvement de la section et l’écoulement induit pertinent modifient la vitesse relative.
Puis-je soustraire les normes des vitesses ?
En général, non ; les vitesses doivent être soustraites comme des vecteurs dans un référentiel commun.
Pourquoi la vitesse de l’exemple est-elle de 10 m/s ?
Les composantes perpendiculaires de 6 et −8 m/s donnent √(6²+8²).
Le pas est-il égal à l’angle d’attaque ?
Non. L’angle d’attaque dépend aussi de l’écoulement d’air relatif local.
α = φ − β est-elle une notation universelle ?
Uniquement avec des références angulaires et des signes compatibles et explicitement définis.
Cela identifie-t-il les angles d’un modèle réel ?
Non. Cela explique une relation de coordonnées et un exemple hypothétique.
Demande technique
Discutez de la question technique.
La vitesse de l’air vue par une section de pale en mouvement diffère de la vitesse du vent vue depuis le sol. Communiquez le modèle et les informations d’exploitation ou de conception applicables pour une discussion technique.