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Comment lire la désignation d'un profil NACA et tracer sa forme ?
Un profil aérodynamique ou hydrodynamique est la section d'une aile, d'une pale ou d'une dérive ; sa forme fixe sa portance, sa traînée et sa résistance mécanique. Les profils NACA à 4 chiffres se lisent directement : pour un NACA MPXX, M est la cambrure maximale en pour cent de la corde, P sa position en dixièmes de corde et XX l'épaisseur relative en pour cent. Un NACA 2412 a donc 2 % de cambrure située à 40 % de la corde et 12 % d'épaisseur ; un NACA 0012 est symétrique (M = 0) et épais de 12 %. La demi-épaisseur yt se calcule en tout point par le polynôme de la NACA, l'épaisseur maximale se trouve à 30 % de la corde et le rayon du bord d'attaque vaut 1,1019 × t² (1,6 % de la corde pour 12 % d'épaisseur). Le générateur ci-dessous trace un profil NACA à 4 ou 5 chiffres, donne son épaisseur, sa cambrure, son rayon de bord d'attaque et son incidence de portance nulle, et exporte ses coordonnées pour Heliciel ou un logiciel de CAO.
Formules des profils NACA à 4 chiffres
- x : abscisse le long de la corde, rapportée à la corde (0 au bord d'attaque, 1 au bord de fuite) ; toutes les ordonnées sont en fractions de corde
- yt : demi-épaisseur du profil ; t : épaisseur relative (XX/100) ; le dernier coefficient vaut −0,1036 pour fermer le bord de fuite
- yc : ordonnée de la ligne moyenne (squelette) ; m : cambrure maximale (M/100) ; p : position de la cambrure (P/10) ; extrados et intrados s'obtiennent en portant ± yt perpendiculairement à la ligne moyenne
- rBA : rayon du bord d'attaque ; α₀ : incidence de portance nulle, négative pour un profil cambré (théorie des profils minces : −2,1° pour 2 % de cambrure à 40 %)
Demi-épaisseur du profil NACA 0012 le long de la corde
| x / corde | 0 % | 1,25 % | 2,5 % | 5 % | 10 % | 20 % | 30 % | 40 % | 50 % | 60 % | 70 % | 80 % | 90 % | 100 % |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| yt | 0 | 1,89 % | 2,61 % | 3,55 % | 4,68 % | 5,74 % | 6,00 % | 5,80 % | 5,29 % | 4,56 % | 3,66 % | 2,62 % | 1,45 % | 0,13 % |
Quelques profils NACA courants et leur lecture
| Profil | Épaisseur | Cambrure | Position de la cambrure | α₀ | Usage typique |
|---|---|---|---|---|---|
| NACA 0012 | 12 % | 0 (symétrique) | 0° | empennages, dérives, safrans, pales d'hélices | |
| NACA 0015 | 15 % | 0 (symétrique) | 0° | quilles, safrans, pales épaisses | |
| NACA 2412 | 12 % | 2 % | 40 % | −2,1° | avions légers, ailes à usage général |
| NACA 4412 | 12 % | 4 % | 40 % | −4,2° | ailes lentes à forte portance, pales d'éoliennes |
| NACA 4415 | 15 % | 4 % | 40 % | −4,2° | planeurs anciens, pales d'éoliennes en pied |
| NACA 6409 | 9 % | 6 % | 40 % | −6,2° | modèles réduits, faibles nombres de Reynolds |
| NACA 23012 (5 chiffres) | 12 % | 1,8 % | 15 % | ≈ −1,2° | avions, hélices : cambrure avancée, faible moment de tangage |
Explications détaillées et calcul dans Mecaflux
Remarque sur les profils: Les méthodes d'essai aérodynamiques s'appliquent également à l'essai dans l'eau. Cependant, deux principes liés aux liquides doivent être compris: la cavitation et la ventilation.
Les profils aérodynamiques sont des formes étudiées en souffleries. Les essais en soufflerie, mesurent la portance et la traînée du profil. Les paramètres de l'expérimentation sont stockés dans des bases de données.
Lorsque l'on désire concevoir une aile, une voile, une dérive ou toute autre objet dont la portance et la traînée nous importe, il est utile de se référer à ces base de données pour sélectionner un profil éxistant , qui réunis les qualités que l'on recherche, avant de réinventer la roue.
(épaisseur maxi) / corde = épaisseur relative
cambre ou flèche= distance maximum entre la corde et la ligne centrale du profil
- La portance mais aussi la trainée d'un profil augmente avec sa cambrure et son épaisseur
- Les profils minces et de faible cambre ont une meilleur finesse mais moins de résistance .
Une méthode de construction géométrique de profils d'après une équation mathématique à été développée par la NACA.
Les célèbres profils NACA se construisent d'après les DIGITS de leur dénomination. Mecaflux comprends un éditeur de profils NACA 4 DIGITS qui vous permet de créer tres simplement un fichier de coordonnées et le dessin du profil en faisant varier les DIGITS du profil avec un curseur:
- Vous pouvez utiliser aussi une liste de fichiers de coordonnées de profil: Télécharger la Liste de coordonnées de profil ZIP
- vous pouvez utiliser un profils déjà intégré à MECAFLUX standard (vous n'aurez qu'à choisir votre profil):
Calculs de portance et de trainée de profils AERODYNAMIQUES OU HYDRODYNAMIQUES avec Mecaflux Standard:
Paramétrez la vitesse, le fluide, l'incidence la longueur et la corde de votre aile ou dérive pour obtenir la portance et la traînée produite.
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Ou bien vous pouvez créer votre profil d'après vos propres polaires et tables de coordonnées avec l'éditeur de profil intégré à Mecaflux et ensuite exporter vos fichiers de coordonnées vers solidworks pour créer un fichier 3d de votre aile:
Un article plus détaillé sur les profils aerodynamiques et hydrodynamiques est disponible sur Heliciel
Questions fréquentes
Quelle différence entre un profil NACA à 4 chiffres et à 5 chiffres ?
Les deux familles partagent la même loi d'épaisseur ; elles diffèrent par la ligne moyenne. Dans la série à 4 chiffres, la cambrure est une parabole placée entre 20 et 60 % de la corde. Dans la série à 5 chiffres (23012, 23015…), le premier chiffre multiplié par 1,5 donne le coefficient de portance de calcul en dixièmes (2 → 0,3), les deux suivants divisés par deux donnent la position de la cambrure maximale en pour cent de corde (30 → 15 %) et les deux derniers l'épaisseur. La cambrure très avancée donne un bon Cz maximal avec un faible moment de tangage, d'où leur usage sur les avions légers et les hélices.
Comment choisir l'épaisseur et la cambrure d'un profil ?
L'épaisseur apporte la résistance mécanique et un décrochage progressif, mais augmente la traînée : 12 à 18 % pour une aile ou une pale en pied, 6 à 9 % en bout de pale et pour les grandes vitesses. La cambrure augmente la portance à incidence donnée et déplace la finesse maximale vers les forts Cz : forte pour voler ou tourner lentement, faible ou nulle quand le profil doit travailler dans les deux sens (dérive, safran, empennage). Le nombre de Reynolds compte aussi : aux faibles Reynolds des drones et des maquettes, les profils minces et cambrés l'emportent. Dans l'eau, un profil épais au bord d'attaque arrondi retarde la cavitation.
Qu'est-ce que l'incidence de portance nulle et à quoi sert-elle ?
C'est l'incidence α₀ à laquelle un profil cambré ne porte plus ; elle est négative, environ −1° par pour cent de cambrure pour les profils à 4 chiffres. Elle permet d'estimer la portance hors décrochage par Cz ≈ 0,11 × (α − α₀) par degré : un NACA 2412 à 4° d'incidence porte comme un profil symétrique à 6,1°, soit Cz ≈ 0,67. Elle sert aussi à caler les pales d'une hélice ou l'angle de calage d'une aile par rapport au fuselage.
Comment obtenir la portance de mon profil et l'appliquer à mon aile ou mon hélice ?
Mecaflux Standard calcule la portance et la traînée de 11 profils intégrés, et son éditeur de profils trace vos NACA à 4 chiffres, calcule leur polaire avec Xfoil et exporte les coordonnées vers SolidWorks pour modéliser l'aile en 3D. Heliciel va plus loin avec une base de centaines de profils et leurs polaires sur une large plage de Reynolds, qu'il applique élément par élément à une aile, un foil ou une hélice. Pour un projet d'aile, de pale ou de dérive, Mecaflux réalise l'étude de votre projet et vous remet la note de calcul, ou vous propose une formation sur le logiciel appliquée à votre propre cas.