Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Les souffleries aéronautiques sont des installations d’expérimentation aérodynamique utilisées pour la mise au point des aéronefs et la recherche sur la physique des écoulements d’air. Elles sont un outil incontournable au développement des programmes aéronautiques, et ceci à un horizon lointain en dépit de la croissance des capacités de simulation numérique. L’article présente les besoins des utilisateurs, puis les principaux éléments d’architecture ainsi que le processus d’expérimentation, depuis la réalisation de la maquette jusqu’à l’exploitation des résultats. Les techniques de mesures les plus courantes sont introduites, ainsi que les traitements et corrections nécessaires.
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Sylvain MOUTON : Ingénieur, Adjoint scientifique et technique du département des souffleries du Fauga-Mauzac - à l’Office National d’Études et de Recherches Aérospatiales (ONERA), France
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François GARÇON : Ingénieur d'essais, Référent aérodynamique expérimentale du département des souffleries de Modane-Avrieux - à l’Office National d’Études et de Recherches Aérospatiales (ONERA), France
INTRODUCTION
Une soufflerie est une installation d’expérimentation aérodynamique, destinée à reproduire en laboratoire les phénomènes physiques se produisant dans l’écoulement d’un fluide autour d’un objet.
En dépit du fait que les lois fondamentales régissant le mouvement des fluides (équations de Navier-Stokes) aient été formulées dès le XIXe siècle, pendant tout le XXe siècle l’expérimentation fut pratiquement la seule méthode fiable pour effectuer des prévisions aérodynamiques sur des points clés du domaine de vol des aéronefs . C’est à cette période, et particulièrement après la Seconde Guerre mondiale, que furent développées et perfectionnées les souffleries et les techniques de mesures associées, dont une grande partie d’entre elles sont encore en service.
Les souffleries ont contribué à la compréhension des phénomènes physiques intervenant dans l’écoulement. Ces phénomènes ont alors pu être modélisés et intégrés dans des modèles mathématiques. La croissance de la puissance de calcul des ordinateurs a permis de mettre en œuvre des modèles de plus en plus proches de la réalité, si bien que les simulations numériques forment à présent un outil primordial pour la conception aérodynamique. Ainsi, expérimentations et simulations semblent amenées à cohabiter, ou mieux à collaborer, dans les décennies à venir.
Même si les phénomènes physiques impliqués dans les multiples applications aérodynamiques (automobile, bâtiment, sport, etc.) sont en partie les mêmes, des besoins différents ont conduit la plupart des souffleries à se spécialiser sur un domaine d’essai précis. Ainsi, cet article se limitera aux souffleries aéronautiques, destinées aux essais d’aéronefs.
Prévoir le comportement d’un aéronef pendant sa phase de conception, avant de le construire et de le mettre en vol répond à plusieurs objectifs : garantir la sécurité de l’aéronef lors de sa mission, optimiser ses performances et enfin prévoir les nuisances engendrées sur son environnement. Sur ces trois aspects, une prévision fiable et précise permet de réduire les marges de conception pour proposer un produit plus compétitif dans un marché largement mondialisé. Plus cette prévision intervient tôt dans le programme de développement, plus elle est efficace car il est alors possible de modifier la conception sans engendrer de surcoût important.
Les souffleries jouent un rôle essentiel dans la part aérodynamique de ces prévisions. Elles constituent ainsi un investissement stratégique qui fut indispensable au succès des programmes aéronautiques passés, et elles devraient le rester dans l’avenir.
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6. Conclusion
Après un siècle d’existence, les souffleries aéronautiques restent un outil important, voire stratégique, tant du point de vue industriel pour le développement des aéronefs que du point de vue scientifique pour l’étude de la physique des écoulements. Elles permettent une étude approfondie de l’écoulement, dans un environnement contrôlé et en toute sécurité, tout en mettant en œuvre des techniques de mesures variées, dont on a donné un aperçu. Les simulations numériques, qui ont connu un développement important en raison de la progression exponentielle jusqu’à présent ininterrompue de la puissance de calcul, constituent aujourd’hui un outil tout aussi important. Ces deux moyens sont aujourd'hui utilisés de façon complémentaires dans les développements aérospatiaux. Ces développements sont indispensables pour répondre au défi de la réduction des nuisances dues à l’aviation, en particulier les émissions de gaz à effet de serre.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - DOUGHERTY (N.S.) - The AEDC 10-Deg Cone Wind Tunnel-Flight Laminar-Turbulent Correlation Program. - AIAA 2021-1875, AIAA Scitech 2021 Forum. doi :10.2514/6.2021-1875 (2021).
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(3) - MERINO-MARTÍNEZ (R.) et al - A review of acoustic imaging methods using phased microphone arrays. - CEAS Aeronautical Journal, vol. 10, issue 1, p. 197-230. doi :10.1007/s13272-019-00383-4 (2019).
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(4) - HANTRAIS-GERVOIS (J.L.), PIAT (J.F.) - A Methodology to Derive Wind Tunnel Wall Corrections from RANS Simulations. - Advanced Wind Tunnel Boundary Simulation, STO-MP-AVT-284. doi :10.14339/STO-TR-AVT-284 (2018).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Mécanique du vol – concepts, grandeurs et symboles. - ISO 1151 - 1988
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Mesure de débit des fluides au moyen d'appareils déprimogènes insérés dans des conduites en charge de section circulaire (parties 1 à 4). - ISO 5167 - (2003)
ANNEXES
Office national d’études et de recherches aérospatiales (ONERA)
German-Dutch Wind Tunnels
European Transonic Wind Tunnel ETW
RUAG Emmen wind tunnels
von Karman Institute for Fluid Dynamics
Centro Italiano Ricerche Aerospaziali (CIRA)
Institute of Aviation (ILOT)
NASA
Central Aerohydrodynamic Institute
AVIC Aerodynamics Research Institute
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