Compressible flowCompressible flow (or gas dynamics) is the branch of fluid mechanics that deals with flows having significant changes in fluid density. While all flows are compressible, flows are usually treated as being incompressible when the Mach number (the ratio of the speed of the flow to the speed of sound) is smaller than 0.3 (since the density change due to velocity is about 5% in that case). The study of compressible flow is relevant to high-speed aircraft, jet engines, rocket motors, high-speed entry into a planetary atmosphere, gas pipelines, commercial applications such as abrasive blasting, and many other fields.
Onde de chocvignette|upright=1.2|Strioscopie en vol de deux Northrop T-38 Talon avec interaction des écoulements au passage du mur du son. Une onde de choc est une discontinuité de pression dans la propagation d'un fluide homogène. Le processus est irréversible. Il peut être créé par une explosion ou par le déplacement d'un objet à vitesse supersonique. Cette appellation s'applique d'abord historiquement aux gaz qui sont décrits par l'équation de Boltzmann. Elle s'étend à tous les milieux pouvant être décrits de la même façon : liquides, solides, milieux dispersés (trafic routier.
Avion supersoniquevignette|Un F/A-18C Hornet lors d'un vol supersonique. Un avion supersonique est un avion capable de voler plus vite que la vitesse du son (Mach 1). La vitesse du son à au niveau de la mer est d'environ (soit ). Des avions supersoniques ont été développés durant la deuxième moitié du siècle et ont eu principalement des usages scientifiques et militaires. Seuls deux avions civils supersoniques sont entrés en service : le Tupolev Tu-144 et le Concorde. Les avions de chasse sont l'exemple le plus courant d'avion supersonique.
Entropie (thermodynamique)L'entropie est une grandeur physique qui caractérise le degré de désorganisation d'un système. Introduite en 1865 par Rudolf Clausius, elle est nommée à partir du grec , littéralement « action de se retourner » pris au sens de « action de se transformer ». En thermodynamique, l'entropie est une fonction d'état extensive (c'est-à-dire, proportionnelle à la quantité de matière dans le système considéré). Elle est généralement notée , et dans le Système international d'unités elle s'exprime en joules par kelvin ().
Supersonic transportA supersonic transport (SST) or a supersonic airliner is a civilian supersonic aircraft designed to transport passengers at speeds greater than the speed of sound. To date, the only SSTs to see regular service have been Concorde and the Tupolev Tu-144. The last passenger flight of the Tu-144 was in June 1978 and it was last flown in 1999 by NASA. Concorde's last commercial flight was in October 2003, with a November 26, 2003 ferry flight being its last airborne operation.
Deuxième principe de la thermodynamiqueLe deuxième principe de la thermodynamique (également connu sous le nom de deuxième loi de la thermodynamique ou principe de Carnot) établit l'irréversibilité des phénomènes physiques, en particulier lors des échanges thermiques. C'est un principe d'évolution qui fut énoncé pour la première fois par Sadi Carnot en 1824. Il a depuis fait l'objet de nombreuses généralisations et formulations successives par Clapeyron (1834), Clausius (1850), Lord Kelvin, Ludwig Boltzmann en 1873 et Max Planck (voir Histoire de la thermodynamique et de la mécanique statistique), tout au long du et au-delà jusqu'à nos jours.
Nombre de MachLe nombre de Mach est un nombre sans dimension, noté Ma, qui exprime le rapport de la vitesse d'un objet dans un fluide à la vitesse du son dans ce même fluide. La vitesse du son dans un gaz variant avec sa nature et sa température, le nombre de Mach ne correspond pas à une vitesse fixe, il dépend des conditions locales. Il a été ainsi nommé en l'honneur du physicien et philosophe autrichien Ernst Mach par Jakob Ackeret. Aux températures habituelles et dans l'air, la vitesse du son vaut environ ou .
Entropy (statistical thermodynamics)The concept entropy was first developed by German physicist Rudolf Clausius in the mid-nineteenth century as a thermodynamic property that predicts that certain spontaneous processes are irreversible or impossible. In statistical mechanics, entropy is formulated as a statistical property using probability theory. The statistical entropy perspective was introduced in 1870 by Austrian physicist Ludwig Boltzmann, who established a new field of physics that provided the descriptive linkage between the macroscopic observation of nature and the microscopic view based on the rigorous treatment of large ensembles of microstates that constitute thermodynamic systems.
TranssoniqueL'écoulement autour d'une aile passe du régime subsonique au régime transsonique lorsqu'apparaît une zone dans laquelle la vitesse locale devient égale à la célérité du son. Le nombre de Mach correspondant, inférieur à 1, s'appelle le Mach critique. Pour la clarté de l'exposé il est commode de se placer sur l'aile fixe comme dans une soufflerie qui produit un écoulement d'air autour d'une maquette fixe. nombre de Mach critique Pour qu'une aile développe une portance, son profil est étudié pour dévier l'air tout en minimisant la traînée induite.
Entropy (classical thermodynamics)In classical thermodynamics, entropy () is a property of a thermodynamic system that expresses the direction or outcome of spontaneous changes in the system. The term was introduced by Rudolf Clausius in the mid-19th century to explain the relationship of the internal energy that is available or unavailable for transformations in form of heat and work. Entropy predicts that certain processes are irreversible or impossible, despite not violating the conservation of energy.
Entropy productionEntropy production (or generation) is the amount of entropy which is produced during heat process to evaluate the efficiency of the process. Entropy is produced in irreversible processes. The importance of avoiding irreversible processes (hence reducing the entropy production) was recognized as early as 1824 by Carnot. In 1865 Rudolf Clausius expanded his previous work from 1854 on the concept of "unkompensierte Verwandlungen" (uncompensated transformations), which, in our modern nomenclature, would be called the entropy production.
Entropy as an arrow of timeEntropy is one of the few quantities in the physical sciences that require a particular direction for time, sometimes called an arrow of time. As one goes "forward" in time, the second law of thermodynamics says, the entropy of an isolated system can increase, but not decrease. Thus, entropy measurement is a way of distinguishing the past from the future. In thermodynamic systems that are not isolated, local entropy can decrease over time, accompanied by a compensating entropy increase in the surroundings; examples include objects undergoing cooling, living systems, and the formation of typical crystals.
Concorde (avion)vignette|Premier vol du prototype français du Concorde à Toulouse le , piloté par André Turcat. Le Concorde est un avion supersonique. Il s'agit d'un avion de ligne conçu conjointement par Sud-Aviation (devenue par la suite Aérospatiale puis Airbus) et British Aircraft Corporation (devenue ensuite British Aerospace). Il fut en service de 1976 à 2003 chez Air France et British Airways. Sa vitesse de croisière est de , soit environ , à une altitude variant de .
Nombre de PrandtlLe nombre de Prandtl (Pr) est un nombre sans dimension, ainsi nommé en hommage au physicien allemand Ludwig Prandtl. C'est le rapport entre la de la quantité de mouvement (viscosité cinématique) et celle de la (diffusivité thermique) : avec : la viscosité cinématique (), la diffusivité thermique (), la viscosité dynamique (exprimée en ), la masse volumique (en ), la conductivité thermique, (en ), la capacité thermique massique à pression constante (en ).
StatoréacteurLe statoréacteur est un système de propulsion par réaction des aéronefs, dont la poussée est produite par éjection de gaz issus de la combustion d'un carburant, généralement le kérosène. Il n'est constitué que d'un tube et ne comporte aucune pièce mobile, d'où le terme « stato » pour statique. Premier moteur à réaction de l'histoire, inventé par René Lorin en 1913, il est mécaniquement le plus simple, n'ayant aucune pièce mobile. Le Leduc 010 devient, lors d’un vol d’essai en 1949, le premier avion propulsé par un statoréacteur.
Hypersoniquethumb|200px|Représentation informatique de la dynamique des fluides autour du X-43 Scramjet à Mach 7 En aérodynamique, les vitesses hypersoniques sont des vitesses qui sont hautement supersoniques. En général, on considère que ce régime d'écoulement est atteint à partir de environ. Le régime hypersonique est un sous-élément du régime supersonique. Le régime d'écoulement hypersonique est atteint lorsque des réactions de dissociation moléculaire sont présentes au sein du gaz en écoulement : ce dernier peut être localement tellement chaud qu'un plasma se crée.
SuperstatoréacteurLe superstatoréacteur ou statoréacteur à combustion supersonique, aussi appelé de manière abrégée superstato (scramjet pour supersonic combustion ramjet en anglais), est une évolution du statoréacteur, système de propulsion par réaction des aéronefs, pouvant atteindre des vitesses de fonctionnement supérieures à Mach 6. thumb|Schéma du fonctionnement d'un superstatoréacteur. Le statoréacteur classique (à combustion subsonique) est limité en vitesse par l'efficacité de son divergent d'entrée.
Méthode de Monte-CarloUne méthode de Monte-Carlo, ou méthode Monte-Carlo, est une méthode algorithmique visant à calculer une valeur numérique approchée en utilisant des procédés aléatoires, c'est-à-dire des techniques probabilistes. Les méthodes de Monte-Carlo sont particulièrement utilisées pour calculer des intégrales en dimensions plus grandes que 1 (en particulier, pour calculer des surfaces et des volumes). Elles sont également couramment utilisées en physique des particules, où des simulations probabilistes permettent d'estimer la forme d'un signal ou la sensibilité d'un détecteur.
Constante de PlanckEn physique, la constante de Planck, notée , également connue sous le nom de « quantum d'action » depuis son introduction dans la théorie des quanta, est une constante physique qui a la même dimension qu'une énergie multipliée par une durée. Nommée d'après le physicien Max Planck, elle joue un rôle central en mécanique quantique car elle est le coefficient de proportionnalité fondamental qui relie l'énergie d'un photon à sa fréquence () et sa quantité de mouvement à son nombre d'onde () ou, plus généralement, les propriétés discrètes de type corpusculaires aux propriétés continues de type ondulatoire.
Équation de BoltzmannL' équation de Boltzmann ou équation de transport de Boltzmann décrit le comportement statistique d'un système thermodynamique hors état d'équilibre, conçue par Ludwig Boltzmann en 1872. L'exemple classique d'un tel système est un fluide avec des gradients de température dans l'espace provoquant un flux de chaleur des régions les plus chaudes vers les plus froides, par le transport aléatoire mais orienté des particules composant ce fluide.
