Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
Dans l'aéronautique, hormis les facteurs humains, le givrage reste encore à ce jour la première cause d 'accident. Des gouttelettes d'eau surfondues, abritées par certains nuages, viennent heurter la structure de l'aéronef, y givrent en masse, formant rapidement de la glace en grande quantité. Ce phénomène modifie de manière conséquente le profil aérodynamique, et peut conduire jusqu'à l'arrêt des moteurs pertubés par cette glace "avalée". Le recours à la simulation numérique permet d'optimiser les systèmes de protection, qui par effet thermique ou mécanique limitent la quantité de glace se déposant. Les essais en soufflerie gibrante viennent compléter cette approche.
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Didier GUFFOND : Chargé de mission « Givrage des aéronefs » - Centre français de recherche aérospatiale (ONERA), France
INTRODUCTION
Identifié comme risque majeur dès le début de l'aéronautique, le givrage reste à ce jour la première cause d'accident hors facteurs humains.
Le givrage résulte de la captation et de la congélation plus ou moins rapide de gouttelettes d'eau surfondues (liquides à une température négative) présentes dans certains nuages traversés par les aéronefs. Les gouttelettes d'eau heurtent la partie frontale des différentes structures de l'appareil, rompant l'état instable de surfusion et conduisant à la formation de glace. En absence de protection, cette accumulation de glace peut provoquer, d'une part, des modifications très importantes des profils aérodynamiques des voilures, et d'autre part, des extinctions des moteurs dues à l'ingestion de glace se détachant des entrées d'air. Des systèmes de protection existent, permettant par des actions mécaniques ou thermiques de limiter la quantité de glace se déposant sur l'aéronef.
Pour étudier ce phénomène, optimiser les systèmes de protection et vérifier leur efficacité dans tout le domaine de vol, tout en limitant le nombre d'essais en vol, deux moyens complémentaires sont utilisés : la simulation numérique et les essais en soufflerie givrante. Pour les simulations numériques, le présent document analyse les différents modèles et donne le détail des termes négligés. Pour les essais en soufflerie, la dimension de la maquette ne permet généralement pas de travailler à échelle 1 et il est nécessaire d'utiliser une maquette à échelle réduite. L'approche classique par analyse dimensionnelle ne permet pas dans le cas du givrage de définir des lois de similitude exactes, raison pour laquelle des règles de similitude approchées ont été définies.
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Conclusion et perspectives
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5. Antigivrage et similitude
Il n'existe pas de règles sur la similitude des systèmes de dégivrage par air chaud (tubes picolo) ou électriques. Les essais en soufflerie sont réalisés avec des maquettes dites hybrides (figure 19) : le bord d'attaque de l'aile est conservé et le profil est ensuite tronqué pour avoir une maquette de taille réduite.
La maquette est généralement munie d'un volet afin d'avoir la même répartition de pression que sur le profil original dans la région du bord d'attaque.
Théoriquement, les conditions de vol et de fonctionnement du système de protection doivent être reproduites exactement lors de l'essai en soufflerie, à savoir :
-
l'utilisation d'un bord d'attaque à échelle 1 ;
-
l'utilisation d'un système de protection identique au système réel à échelle 1 ;
-
la reproduction des conditions aérogivrantes (densité, température et vitesse de l'air, taille des gouttes et teneur en eau LWC, durée d'exposition).
Si ces conditions sont réalisées on a l'assurance d'avoir le même comportement du système en vol et en soufflerie, en particulier pour les systèmes dits humides pour lesquels une partie de l'eau impactante ruisselle et gèle en aval, les mêmes zones et épaisseurs de regel.
Toutefois, les conditions de vol ne sont pas toujours reproductibles en soufflerie. Il serait donc utile de disposer de règles de similitude adaptées. Par défaut, on s'appuie sur certaines des règles exposées plus haut et établies pour des conditions d'accrétion en l'absence de système de protection .
Il existe en effet un grand nombre de souffleries givrantes non pressurisées pour lesquelles se pose le problème de simuler l'effet de l'altitude sur la densité et la pression de l'air qui, comme on l'a vu, jouent un rôle majeur sur la trajectoire des gouttes (§ 2.2...
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Antigivrage et similitude
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - LANGMUIR (I.), BOLDGETT (K.A.) - Mathematical investigation of water droplet trajectories. - Army Air Forces Technical Report, no 5418, fev. 1946.
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(2) - MAKKONEN (L.J.) - Heat transfer and icing of a rough cylinder. - Journal of cold region science and technology, 10, p. 105-116 (1985).
-
(3) - MESSINGER (B.L.) - Equilibrium temperature of unheated icing surface as a function of airspeed. - Journal of Aeronautical SC, vol. 20-21, p. 29 (1953).
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(4) - WRIGHT (W.B.), POTAPCZUK (M.G.) - Semi empirical modelling of sld physics. - Proc 42nd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, NV, janv. 2004.
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(5) - IULIANO (E.), MINGIONE (G.), PETRSITO (F.), HERVY (F.) - Eulerian modelling of SLD physics towards more realistic aircraft icing simulation. - AIAA 2010-7676.
-
(6) - HONSEK (R.), HABASHI...
ANNEXES
AC-9C Aircraft Icing Technology Committee organise deux réunions par an (Spring et Fall meetings) http://www.sae.org/events/icing/specialevents.htm
Congrès organisé annuellement par l'AIAA. AIAA Aviation and Aeronautics Forum and Exposition https://www.aiaa.org/aviation
HAUT DE PAGE
BEA http://www.bea.aero/index.php
NTSB http://www.ntsb.org
ONERA http://www.onera.fr/
CIRA (Centro Italiano Di Ricerche Aerospaziali) http://www.cira.it/en
NASA Glenn Research Center http://www.nasa.gov/centers/glenn/home/#.UukZ-oaFfh5 http://facilities.grc.nasa.gov/irt/
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