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utilité des plumes?


Dule
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Bonjour à tous!!

Dans le cadre d'un dossier scientifique à constistuer pour les concours aux grandes écoles d'ingénieur(le TIPE) je cherche à étudier comment (du point de vue physique) l'empennage permet la stabilisation de la flèche..

en effet, le thème imposé pour cette année est Surface et je pratique le tir à l'arc donc je pense que l'étude de l'empennage est un sujet intéressant. De plus la structure très particulière des plumes d'oiseau pourrait former un approfondissement interessant de ce sujet..

J'ai fait quelques recherches mais je n'ai pas trouvé grand chose, et j'ai un peu peur de me lancer tout seul dans une modélisation et des hypothèses qui seraient probablement fausses.. C'est pourquoi si vous avez des connaisances ou des contacts sur ce sujet, ça me serait bien utile !!

merci d'avance et bonne fin de week-end!

Dule

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Si tu fais des études d'ingénieur, tu as du voir qu'il existait 2 façons de stabiliser un projectile sur trajectoire:

- par rotation

- par un empennage

Le cas par rotation ne concerne pas la flèche, donc il reste l'empennage, ce que le génie humain a compris depuis longtemps depuis l'usage des sagaies lancées par un propulseur.

Comment ça marche semble la question à laquelle tu dois répondre dans le cadre de ton dossier scientifique.

L'empennage stabilise la flèche en induisant une trainée aérodynamique mais ça tu le sais déjà. Le thème de ton étude semblant être "la surface", il faudrait peut-être chercher ce qui existe en aviation autour des données connues sur la façon dont l'empennage d'un avion le stabilise.

Il s'agit aussi pour la flèche d'une trainée dite "parasite" qui s'exprime de 3 façons:

- une traînée de frottement: phénomène de couche limite

- une traînée de forme: pas sur que ce paramètre joue un grand rôle dans le cas de l'empenage de flèche

- une traînée d'interférence: surement existante pour une flèche, en particulier à la jonction plume/fut avec la présence du rachis.

Voilà quelques idées où chercher mais je ne connais pas d'étude précise sur une application à la flèche.

Remarque: une plume plastique parfaitement lisse stabilise aussi très bien une flèche au même titre que la structure particulière d'une plume naturelle.

Bonne recherche

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Si tu fais des études d'ingénieur, tu as du voir qu'il existait 2 façons de stabiliser un projectile sur trajectoire:

- par rotation

- par un empennage

Le cas par rotation ne concerne pas la flèche, donc il reste l'empennage,

Pas spécialiste de la physique (ni de la balistique), mais des empennages comme les spin win ou quick spin ont pour but principal d'augmenter la rotation de la flèche, donc je ne pense pas que ce paramètre puisse être éludé :whistling:

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pour avoir un effet stabilisant du a la rotation ou effet gyroscopique , il faudrait que la rotation approche les 10.000rpm donc je doutes que ce soit le cas avec une flèche ....

si il y aune effet stabilisant du a la rotation , c'est plus du au fait que l'on réduit la perturbation en lui faisant disperser son effet sur 360° ( pas très clair :28:) le mouvement de rotation permet de conserver le vecteur " perturbation " dans l'axe de vol .....un peu comme les bombes guidées type GBU qui tournent lentement sur elle-même , ce qui permet de réduire la taille des gouvernes et celle de l'alimentation .

les spin-wings ont une grande surface comparé a leur taille relative , ce sont de " grandes plumes " en fait dont la position est le plus en arrière possible par rapport au point de poussé => bras de levier max .

pour le reste je plussoie jihaif bien que je penses que la trainée de profil joue un rôle , ne serait-ce que les vortex en extrémité de plume qui sont fortement générateurs de trainée .

Edited by Vassili Zaietzev
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une aile d'avion a le meme profil qu'une plume d'oiseau (et pas la meme de l'aile du piaf), il en resulte une portance, plus l'orientation gauche droite de la plume qui induit la rotation de la fleche...c'est peut etre une piste... :unsure:

:blink:

A mon avis, un empennage de flèche n'apporte pas réellement de portance. Une flèche ne volle pas. Elle se comporte comme tout projectile que l'on propulse avec une certaine énergie ... plus cette énergie diminue (et la vitesse aussi), plus l'attraction terrestre prend le dessus et plus le projectile perd de l'altitude.

En fait , il s'agit de ballistique.

Comme cela a été dit plus haut, l'empennage crée une trainée aérodynamique qui freine l'arrière de la flèche et la stabilise (n'oublions pas qu'il y a une pointe sur la flèche qui allourdit l'avant de celle-ci, entraine un déplacement du centre de gravité vers l'avant et a une inertie non négligeable). Un peu le même principe qu'un volant de badmington ... :bhaoui..:

Plus l'empennage est grand, plus la trainée est importante et le freinage aussi.

L'avion volle car ses ailes ont une forme asymétrique. L'extrados (le dessus) est plus long que l'intrados (le dessous) ce qui provoque une accélération de l'air sur le dessus de l'aile et donc une dépression. L'avion est aspiré vers le haut par cette dépression.

Bon, c''est ultra simplifié mais on ne va pas faire un cours d'aérodynmique ici ... :whistling:

Je laisse volontier Vassili expliquer en détail l'importance du vortex dans tout cela ... et éventuellement faire la comparaison avec un Mig-29 ... :109:

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Je laisse volontier Vassili expliquer en détail l'importance du vortex dans tout cela ... et éventuellement faire la comparaison avec un Mig-29 ... :109:

ben non continues :lol: ......en fait il n'a pas tord ; la flèche ne plane pas , c'est du vol balistique mais les plumes naturelles ont une orientation et une courbure , donc il y a une portance pour les raisons que tu as évoqué , cette portance ne s'exerce pas sur l'axe longitudinal .

la portance des trois plumes va tendre a faire tourner la flèche sur elle-même , la resultante de la portance est quasiment perpendiculaire au fut/axe de vol => rotation .

dans le cas d'un collage en biais empennage /axe du fut , le phénomène est amplifié car l'angle d'attaque augmente , donc la portance augmente et la vitesse de rotation augmente et en temps qu'archers on le sait .

le truc c'est qu'en augmentant la rotation par collage desaxé on augmente aussi la trainée , c'est un effet recherché mais trop de trainée c'est de la vitesse en moins , donc a chacun de trouver le compromis idéal pour son materiel ( moi j'empenne droit :105:) .....

le vortex sur tout profil porteur est générateur de trainée , en archerie c'est un effet recherché , pas en aéronautique donc on a inventé l'aile annulaire qui ne génère pas de vortex , problème on ne sait pas encore le mettre en œuvre ......mais en archerie oui :wacko: : c'est les empennages " FOB " annulaires , on conserve la trainée " utile " que l'on peut maitriser ( mise en rotation ) et on vire la trainée " parasite " excessive : les vortex

et le mig-29 doit avoir des bons gros vortex vu qu'il a une charge alaire élevée et pas de winglets en extrémité de voilure :P

Edited by Vassili Zaietzev
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Juste une remarque concernant les empennages annulaires FOB ...

mode "hors sujet" on :whistling:

Ils sont peut être inspirés d'un proto allemand de 1944, le Heinkel Lerche ...

post-5564-125470272081.jpg

mode "hors sujet" off

C'était juste une parenthèse ... recentrons nous sur le sujet initial du post ... :oups:

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:115:

Respect ...

Alors, si j'ai bien compris, les plumes naturelles ont une portance que n'ont pas les vanes plastiques droites ...?

non, non

et non aussi

la plume naturelle étant naturellement courbe (légèrement), elle a un profil en aile

MAIS !!! ce profil n'est pas dans le sens d'une aile : il n'est pas "dessus-dessous", il est "gauche-droite", d'où la tendance de la flèche à marsouiner selon tous les plans et non de bas en haut, de même qu'elle va "fish-tail-er" >_< (ouch!) dans tous les plans et non seulement de G à D

pour le gyroscopique, comme abondamment expliqué plus haut, tu oublies

et pour la portance aussi :

un planeur a des ailes qui lui donnent de la portance

un flèche, c'est comme un planeur sans ailes ( © Charlélie :P ) : ça tombe dès que ça quitte l'arc

mais comme la répartition des masse place le centre de gravité vers l'avant (poids de la pointe), c'est l'inertie de l'avant qui entraine le reste, et les plumes restent un simple empennage (les vanes, spin wing et autres aussi)

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Alors, si j'ai bien compris, les plumes naturelles ont une portance que n'ont pas les vanes plastiques droites ...?

oui mais cette portance les fait tourner sur elle-même , pas planer :)

un petit crobard pour essayer le nouveau paint de windows 7 :109: :

pour Dule : le foyer aérodynamique de l'empennage est en arrière du centre de gravité de la flèche par rapport au sens de l'écoulement => c'est une architecture auto-stable

les plumes naturelles ont un profil classique creux .

Edited by Vassili Zaietzev
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non, non

et non aussi

la plume naturelle étant naturellement courbe (légèrement), elle a un profil en aile

MAIS !!! ce profil n'est pas dans le sens d'une aile : il n'est pas "dessus-dessous", il est "gauche-droite", d'où la tendance de la flèche à marsouiner selon tous les plans et non de bas en haut, de même qu'elle va "fish-tail-er" >_< (ouch!) dans tous les plans et non seulement de G à D

pour le gyroscopique, comme abondamment expliqué plus haut, tu oublies

et pour la portance aussi :

un planeur a des ailes qui lui donnent de la portance

un flèche, c'est comme un planeur sans ailes ( © Charlélie :P ) : ça tombe dès que ça quitte l'arc

mais comme la répartition des masse place le centre de gravité vers l'avant (poids de la pointe), c'est l'inertie de l'avant qui entraine le reste, et les plumes restent un simple empennage (les vanes, spin wing et autres aussi)

On est bien d'accord alors ... c'est un peu ce que je disais dans mon premier post. :104:

Il y a une portance au niveau de chaque plume (au sens aérodynamique du terme) mais pas de réelle portance globale (au sens commun) comme celle d'un avion ou d'un planeur. En fait, il faut simplement se mettre d'accord sur le terme "portance" :bhaoui..:

Donc, comme je le disais dans mon premier post, une flèche ne volle/plane pas ... :whistling:

Comme le dit Vassili, la portance agissant perpendiculairement sur chaque plume, elle doit induire un mouvement de rotation de la flèche sur son axe (je ne tiens volontairement pas compte du paradoxe dans ce cas précis).

Par contre, ce qui est vrai pour de la plume naturelle (forme courbée) ne doit pas l'être avec des vanes plastiques droites, lisses et symétriques (je ne parle pas de certaines vanes dont la surface est pourvue de rainures ou de micro-alvéoles sur un des côtés) ... :107:

Bon, ben c'est pas tout mais je vais aller prendre un petit aspirine moi ... :109: :10::10:

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Bon, ben c'est pas tout mais je vais aller prendre un petit aspirine moi ... :109: :10::10:

:lol: ....ce soir on fait un sujet sur les effets de la pointitude de la flèche sur le vol parabolique ! perso je penses qu'une pointe mollement introvertie de l'angle saillant doit avoir une vitesse terminale globalement équivalente a la même flèche équipée d'une pointe a l'acerité très saillante tant qu'on reste en bas subsonique , ça doit se jouer a un pouillème grand max ! :wacko: ......:107:

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Hey!

Tout d'abord, merci à tous pour ces nombreuses pistes que je vais essayer d'approfondir..

j'avoue que je suis hyper impressionné par la vitesse de réaction des membres du forum!!!

merci encore et je vous reposerai probablement d'autres questions à l'avenir ^^

bonne soirée

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Ce post est passionnant, merci, mais du coup ça me fait me poser une autre question : où placer les plumes sur la flèche ? je conçois bien la notion d'équilibre géneral de la flèche mais d'après ce que j'ai compris le positionnement des plumes sur le fut joue un rôle important dans l'aérodynamisme. ou alors j'ai rien compris :lol:

bon alors mes plumes je les met à combien de l'encoche ? 1cm, 2, 3 ?

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La bonne distance sur des fûts équipés en plumes naturelles c'est un poil plus que l'épaisseur du majeur (ben oui il est plus gros, la nature est ainsi faite..).

Trop en avant pas bon... Trop en arrière pas bon non plus.

Pas évident de trouver le point...heu.....G (pour gravité)grin.gif

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Ce post est passionnant, merci, mais du coup ça me fait me poser une autre question : où placer les plumes sur la flèche ? je conçois bien la notion d'équilibre géneral de la flèche mais d'après ce que j'ai compris le positionnement des plumes sur le fut joue un rôle important dans l'aérodynamisme. ou alors j'ai rien compris :lol:

bon alors mes plumes je les met à combien de l'encoche ? 1cm, 2, 3 ?

le plus près de l'encoche possible : plus l'empennage est en arrière , plus il est efficace , le bras de levier est plus long mais en pratique il faut garder de la marge pour ....les doigts et la corde/plumes quand l'arc est bandé pour eviter les interférences .

a toi de voir :23: ......

Edited by Vassili Zaietzev
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En ce qui me concerne, l'utilité des plumes c'est qu'elles jouent le rôle d'une dérive nautique (ben oui y'a pas que l'aéro).. Pour garder le cap..

euh ....nan ! :lol: , l'empennage évolue comme un aéronef dans un fluide compressible , l'air donc les mêmes lois physique s'appliquent . l'eau est un fluide incompressible et 800 fois plus dense .....les effets sont les mêmes mais plus importants dans l'eau .

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En ce qui me concerne, l'utilité des plumes c'est qu'elles jouent le rôle d'une dérive nautique (ben oui y'a pas que l'aéro).. Pour garder le cap..

toujours dans les fluides hein... mais ça m'étonne un peu que tu dise : "ben oui y'a pas que l'aPéro"

jm :105:

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