A. Caractéristiques physiques du fluide air
L'air est le fluide au sein duquel l'aéronef évolue et développe ses forces sustentatrices et propulsives :
- Masse volumique ($\rho$) : masse d'air contenue dans une unité de volume. Au niveau de la mer en atmosphère standard, $\rho_0 = 1,225\text{ kg/m}^3$. Elle décroît avec l'altitude, la baisse de pression et l'élévation de température selon la loi des gaz parfaits ($P = \rho R T$).
- Viscosité ($\mu$) : propriété traduisant la résistance interne du fluide à son propre écoulement. La viscosité de l'air engendre les forces de cisaillement et de frottement à la surface de la cellule, responsables de la formation de la couche limite.
- Compressibilité : aux vitesses caractéristiques de l'aviation générale ($V < 250\text{ kt}$ ou nombre de Mach $M < 0,3$), les variations locales de masse volumique induites par l'écoulement sont négligeables. L’air peut alors être traité comme approximativement incompressible pour ce modèle.
B. Le modèle de l'Atmosphère Standard Internationale (ISA)
Normalisé par l'OACI pour l'étalonnage des instruments anémobarométriques et la comparaison des performances des avions :
- Pression au niveau moyen de la mer ($P_0$) : $1013,25\text{ hPa} = 29,92\text{ inHg} = 760\text{ mmHg}$.
- Température au niveau moyen de la mer ($T_0$) : $+15\text{ }^\circ\text{C}$ ($288,15\text{ K}$).
- Gradient thermique vertical : décroissance régulière de $2\text{ }^\circ\text{C}$ par tranche de $1\text{ }000\text{ ft}$ (soit $0,65\text{ }^\circ\text{C} / 100\text{ m}$) jusqu'à la tropopause conventionnelle fixée à $36\text{ }000\text{ ft}$ ($11\text{ }000\text{ m}$).
- Basse stratosphère (de 36 000 ft à 20 km) : isothermie absolue à $-56,5\text{ }^\circ\text{C}$.
C. Équation de continuité en régime subsonique incompressible
Dans un tube de courant fermé d'air incompressible (effet Venturi) :
$$S_1 \times V_1 = S_2 \times V_2 = \text{Constante}$$
Lorsqu'un resserrement de section se produit ($S_2 < S_1$), la vitesse d'écoulement s'accélère nécessairement ($V_2 > V_1$) pour conserver le débit massique.
Repère visuel
