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L'aérodynamisme
A) Moyens humains
Un dirigeable ou ballon dirigeable, n'est qu'un gaz "plus léger que l'air" enfermé dans une enceinte à laquelle on accroche des moyens de propulsion électrique ou thermique et de manœuvrabilité.
Cette science repose sur la Poussée d'Archimède ce qui permet d'expliquer l'équilibre aérostatique des dirigeables et montgolfières.
Le gaz contenu dans l'enveloppe du dirigeable est de densité plus faible que l'air environnant, ce qui permet à celui-ci de s'élever dans le ciel.
L'intensité de cette force est d'autant plus grande que la différence de densité entre le gaz porteur et l'air extérieur est importante.
Les différents gaz n'ont pas tous la même densité et ne peuvent donc pas tous porter les mêmes masses, cependant ils sont tous plus légers que l'air.
La portance ne varie pas seulement selon le type de gaz mais également selon la pureté du gaz, sa température et sa pression. Plus le gaz est portant, plus le ballon est léger donc plus le dirigeable volera facilement.
De nos jours, tous les dirigeables volent soit à l'hélium soit à l'air chaud.
Tout les dirigeables sont constitué des mêmes éléments, cependant ils peuvent avoir des formes totalement différentes.
-Une enveloppe: souple ou rigide. Elle enferme le gaz porteur; c'est l'organe vital du dirigeable car elle lui confère sa portance.
-La motorisation assurent la "dirigeabilité". Elle est primordiale afin de contrer les effets du vent, elle est également la clef de la sécurité du dirigeable.
→Le moteur à hélices: sont très souvent thermiques mais peuvent être électriques, alimentés via batteries par des panneaux photovoltaïques.
→Un nouveau type de motorisation fait son apparition depuis quelques décennies: motorisation "à poussée vectorielle", la poussée produite par un moteur est orientable selon un ou deux axes. Elle permet de limiter le nombre de moteurs tout en permettant une bonne manœuvrabilité.
-Des empennages: assurent la manœuvrabilité, ils sont constitués de surfaces fixes et de surfaces mobiles. L'orientation des surfaces mobiles permet de diriger le ballon.
→Il existe plusieurs types d'empennages:
-Avec quatre empennages: en "+" ou en "X"
-Avec trois empennages: en "T" ou en "Y inversé"
-Avec deux empennages: en double "L"
-Certains projet envisagent jusqu'à 12 empennages.
-Une nacelle: disposée sur la partie inférieure de l'enveloppe, elle est rigide et contient le cockpit, les cabines passagers, les soutes et le réservoir. Elle peut aussi porter des équipements lourds ou nécessitant le passage d'effort conséquent tels que les moteurs, les empennages, les trains d'atterrissages, les sangles d'amarrages...
La forme de l'enveloppe dépend entièrement de l'aérodynamisme, la traînée aérodynamique est une ennemie prise très au sérieux car elle est dû aux frottements de l'air et donc dépend directement de la forme de l'objet et de sa vitesse.
La plupart des dirigeables sont de forme "cigaroïdale", mais de nombreuses autres formes d'enveloppes existent, comme les dirigeables lenticulaires qui sont supposés être plus stables en vol stationnaire alors que les sphères sont censées être manœuvrables sur tous les axes.
Dirigeable lenticulaire- Projet SkyLifter
Depuis quelques années, une nouvelle forme voit le jour: l'enveloppe "multilobée". Elle est à l'image d'un profil d'aile d'avion, elle permet d'engendrer de la portance aérodynamique en plus de la portance aérostatique.
Ces dirigeables sont des hybrides et sont des aérostats car il utilisent 50% de portance aérostatique, ils utilisent également la portance aérodynamique due à la forme de leur enveloppe.
Ceci a pour avantage d'alourdir le dirigeable le rendant plus lourd que l'air, ce qui permet d'augmenter la charge utile et d'assurer un stockage au sol sans aucune infrastructure autre qu'une plane.
D'autres formes sont étudiées, telles que la forme à "fond plat" qui permet une tenue au sol plus aisée ou en forme de "goutte d'eau" pour une aérodynamique optimisée, d'autres imaginent des enveloppes à géométries variables (forme cigare ou encore forme trilobée).
Le forme retenue dépend entièrement du concept opérationnel de l'aéronef, de sa capacité ou non à voler en stationnaire, à atteindre de "grandes vitesses", à décoller et atterrir verticalement...
Les dirigeables sont caractérisés selon leurs structures. Un dirigeable rigide est constitué d'une enveloppe extérieure rigide, qui permet de donner une forme au ballon, et d'une ou plusieurs enveloppes intérieures, appelées cellules, qui permettent de stocker le gaz porteur. Ce type de dirigeable est souvent plus lourd et donc plus grand.
Les dirigeables souples, quant à eux, sont constitués que d'une enveloppe cumulant les deux fonctions: stockage du gaz et assurance de la forme extérieure. L'enveloppe est gonflée en imposant une légère surpression au gaz porteur afin de garantir la forme de l'enveloppe même face à la pression du vent relatif. Cette structure est plus légère mais demande l'utilisation de ballonnets d'air afin de réguler les surpressions de gaz porteur.
Les dirigeables semi-rigide, comme leur nom l'indique, sont à la fois souple (une unique enveloppe) et rigide afin de porter des éléments lourds tels que les moteurs et les empennages.
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