Calculatrice Prandtl-Meyer Expansion Supersonique
Calculatrice Prandtl-Meyer ν(M) écoulement supersonique, expansion fan isentropique. CIRA Capoue Mach 12, Vega Avio, Eurofighter Italie.
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Calculatrice fonction Prandtl-Meyer expansion supersonique
La calculatrice Prandtl-Meyer détermine la fonction expansion isentropique ν(M) d'un écoulement supersonique traversant un angle convexe (faisceau "fan" continu, Mach croissant), selon la formulation Ludwig Prandtl 1907 Göttingen + complétée par Theodor Meyer 1908 thèse doctorat Göttingen "Über zweidimensionale Bewegungsvorgänge in einem Gas, das mit Überschallgeschwindigkeit strömt" (Mitteilungen Forschungsarbeiten 62). La formule classique: ν(M) = √((γ+1)/(γ-1)) · arctan(√((γ-1)/(γ+1) · (M²-1))) − arctan(√(M²-1)) [rad ou degrés], avec M nombre Mach (M>1), γ rapport chaleurs spécifiques (γ=1,4 air, γ=5/3 monoatomique He/Ar). L'angle giration écoulement: θ = ν(M₂) − ν(M₁). L'angle Mach: μ = arcsin(1/M). Limite théorique ν_max ≈ 130,45° γ=1,4. Physique: onde expansion raréfaction Mach croissant isentropique réversible (sans entropy gain), opposé onde choc compressive irréversible. Les 4 catégories applications:
- Aérospatial supersonique/hypersonique Concorde Mach 2 leading edge aile, Eurofighter Typhoon ITA Mach 2,0, Tornado Mach 2,2, F-35 Mach 1,6, SR-71 Mach 3,3, Space Shuttle re-entry Mach 25
- Soufflerie hypersonique CIRA SCIROCCO Capoue Mach 12 plasma, NASA HYMETS Langley, ONERA S4MA Modane
- Missiles supersoniques Aspide MBDA Mach 4, Aster 30 Mach 4,5, BrahMos Mach 3, Avangard Mach 27
- Lanceurs Vega Avio P80 Mach 6, Vega-C P120C Mach 7 (2022), Vega-E methalox 2026, Ariane 6 ESA, Falcon 9. Les applications italiennes:
- CIRA Centre Italien Recherches Aérospatiales Capoue 1984 soufflerie SCIROCCO Mach 12 plasma 70 MW arc-heater (plus puissante Europe)
- Avio SpA Colleferro Rome 1908 Vega launcher 2012 P80 Mach 6 + Vega-C 2022 P120C Mach 7 + Vega-E methalox M10 2026
- Eurofighter Typhoon Italie 36% Alenia Aermacchi (Leonardo SpA Rome 1948) 96 avions Armée de l'Air Italienne Mach 2,0 + Tranche 4 commandes 2024
- Tornado IDS/ECR ItAF Mach 2,2 + Aermacchi M-346 Master Mach 1,2 entraîneur OTAN
- MBDA Italie La Spezia + Rome + Fusaro Naples Aspide Mach 4 SAM + Aster 30 Mach 4,5 ABM + Marte Mk2/ER + CAMM-ER Albatros + Teseo Otomat anti-navire
- ASI Rome 1988 mission Vega 26 lancements 2012-2024 Kourou + IRIDE constellation 2026 + IRENE re-entry capsule. Mesures italiennes: CIRA SCIROCCO arc-heater 70 MW Mach 12 testbed bouclier thermique ESA EXPERT/IXV (re-entry 2015 9,7 km/s); soufflerie PWT Plasma Mach 4 Caserta 1.500 K; Cineca Marconi100 + Leonardo 250 PFlops CFD hypersonique OpenFOAM ANSYS Fluent. Politecnico Milan 1863 + Politecnico Turin 1859 + UniNa Federico II 1224 Départements Ingénierie Aérospatiale (DAER, DIMEAS, DIN). Bonus fiscaux italiens 2026: Crédit R&D L. 160/2019 jusqu'à 25%; Patent Box L. 178/2020 50%; Crédit Industrie/Transition 5.0 DL 39/2024 jusqu'à 35%
Tableaux Prandtl-Meyer aérospatial italiens
| Mach M | ν(M) γ=1,4 (°) | μ Mach (°) | θ giration (exemple) | Application italienne |
|---|---|---|---|---|
| 1,5 | 11,91 | 41,8 | 10° | Aermacchi M-346 Mach 1,2 |
| 2,0 | 26,38 | 30,0 | 10° → M2,38 | Eurofighter Typhoon Mach 2,0 ITA |
| 2,2 | 31,73 | 27,0 | — | Tornado IDS/ECR ItAF Mach 2,2 |
| 3,0 | 49,76 | 19,5 | 15° → M3,5 | Aster 30 Mach 4,5 MBDA |
| 4,0 | 65,78 | 14,5 | — | Aspide MBDA Mach 4 SAM |
| 5,0 | 76,92 | 11,5 | — | HYMETS NASA Langley |
| 6,0 | 84,96 | 9,6 | — | Vega Avio P80 Mach 6 |
| 7,0 | 90,97 | 8,2 | — | Vega-C P120C Mach 7 (2022) |
| 10,0 | 102,32 | 5,7 | — | Missiles hypersoniques |
| 12,0 | 106,49 | 4,8 | — | CIRA SCIROCCO Mach 12 Capoue plasma |
| 25,0 | 120,52 | 2,3 | — | Space Shuttle re-entry Mach 25 |
| ∞ | 130,45 | 0 | — | Limite théorique turn max γ=1,4 |
(Source: Prandtl 1907 Göttingen + Meyer 1908 thèse + Anderson 2003 + CIRA Capoue 1984 + Avio Colleferro 1908).
Exemples calcul italien Prandtl-Meyer
- Eurofighter Typhoon Italie Alenia Aermacchi 36% Mach 2,0 leading edge aile γ=1,4: ν(2,0) = √6·atan(√0,5)−atan(√3) = 2,449·35,26°−60° = 26,38°. Angle Mach μ=arcsin(0,5)=30,0°. Expansion 10° aile → ν₂=36,38° → M₂≈2,385
- Tornado IDS/ECR ItAF Mach 2,2 ailes variables: ν(2,2)=31,73°, μ=27,04°
- Aspide MBDA Italie La Spezia Mach 4 SAM surface-air: ν(4,0)=65,78°, μ=14,48°. Expansion boattail 5° → ν₂=70,78° → M₂≈4,46
- Aster 30 MBDA La Spezia ABM Mach 4,5: ν(4,5)=71,83°, μ=12,84°
- Vega Avio Colleferro Rome 1908 P80 stage 1 Mach 6 moteur solide HTPB 2012-2024 26 lancements Kourou: ν(6,0)=84,96°, μ=9,59°. Plume tuyère CD De Laval Aₑ/A*=16
- Vega-C P120C Mach 7 (2022 aussi Ariane 6 booster): ν(7,0)=90,97°, μ=8,21°. P120C 142 t HTPB
- CIRA SCIROCCO Capoue 1984 Mach 12 plasma 70 MW arc-heater testbed bouclier thermique ESA EXPERT/IXV 2015 (re-entry 9,7 km/s): ν(12,0)=106,49°, μ=4,78°
- Space Shuttle re-entry Mach 25: ν(25)=120,52°, μ=2,29°
- Limite ν_max γ=1,4: ν_max=90·(√6−1)=130,45° turn maximum supersonique→vide. γ=5/3 monoatomique ν_max=90,0°. γ=1,3 CO₂ Mars ν_max=149,6°
Aérodynamique supersonique italienne
L'aérodynamique supersonique/hypersonique italienne:
- CIRA Capoue 1984 consortium (CNR+ASI+ENEA+Campanie): soufflerie SCIROCCO arc-heater 70 MW Mach 12 plasma 1992-2002 (plus puissante Europe, 2° mondial après NASA AEDC) testbed TPS bouclier thermique ESA EXPERT 2014 + IXV Intermediate Experimental Vehicle 2015 (re-entry 9,7 km/s 415 km altitude Pacifique 100 min vol) + Space Rider 2026; soufflerie PWT Plasma Mach 4 1.500 K Caserta
- Avio SpA Colleferro Rome 1908 (fondée 1908 Bombrini Parodi-Delfino, maintenant Leonardo 30%): Vega launcher ESA 2012-2024 26 lancements Kourou Guyane française, P80 stage 1 moteur solide HTPB 88 t Mach 6; Vega-C P120C 2022 142 t HTPB Mach 7 (aussi Ariane 6 ESA strap-on); Vega-E methalox M10 2026 LOX/CH4 cryogénique 100 kN; Avio Colleferro 1.150 employés
- Leonardo SpA Rome 1948 (43.000 employés, 14,8 mds € chiffre 2023): Alenia Aermacchi Eurofighter Typhoon ITA 36% 96 avions ItAF Mach 2,0 + Tranche 4 commandes 2024; Tornado Mach 2,2 + M-346 Master Mach 1,2 entraîneur OTAN
- MBDA Italie (consortium européen missiles) sites La Spezia + Rome + Fusaro Naples 1.500 employés: Aspide Mach 4 SAM + Aster 30 Mach 4,5 SAMP/T ABM + CAMM-ER Albatros Mach 3 + Marte Mk2/ER + Teseo Otomat Mach 0,9 + Storm Shadow/SCALP + Meteor Mach 4 BVRAAM
- Polytechniques aérospatial: Politecnico Milan 1863 DAER (Bovisa Campus + soufflerie subsonique 4×4×30 m); Politecnico Turin 1859 DIMEAS (soufflerie supersonique Mach 3); Università Naples Federico II 1224 plus ancienne mondiale DIN aérospatial CIRA Capoue; Sapienza Rome 1303 DIMA
- Aeronautica Militare Italiana fondée 1923 centenaire 2023; programme GCAP Tempest 2035 (UK-Italie-Japon 6° gen fighter)
- ASI Rome 1988 250 mln €/an: Vega + IRIDE constellation 2026 (34 satellites EO 1 mds €) + IRENE re-entry + Galileo + COSMO-SkyMed + PRISMA + Cassini-Huygens 2005 Saturne + BepiColombo Mercure 2018 + ExoMars 2028
- Cineca Bologne 1969 Marconi100 32 PFlops + Leonardo HPC 250 PFlops 2023 (5° TOP500 mondial) CFD hypersonique RANS/LES. PNRR Mission 4 recherche 6,9 mds € 2021-2026. Bonus italiens R&D 2026: Crédit R&D L. 160/2019 25%; Patent Box L. 178/2020 50%; Crédit Industrie/Transition 5.0 DL 39/2024 35%
Mis à jour en juillet 2026
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