Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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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Wind tunnels are facilities dedicated to aerodynamic testing. They are used for the development of aircraft, and to perform research on flow physics. They are and will remain in the near future, an essential asset for aeronautical programs, in spite of the rise in computer simulation capabilities. This article presents the needs of their customers, and introduces the main elements of their architecture. It also presents the testing process, from the model manufacturing to the exploitation of the results. Mainstream measurement techniques are introduced, as well as data treatment and corrections that need to be applied.
Auteur(s)
-
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
-
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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KEYWORDS
aircraft | flow physics | measurements techniques | testing process
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Traitement et corrections des mesures
En anglais
4. Principales techniques de mesures
4.1 Mesures d’efforts
En soufflerie, l’effort exercé par l’écoulement sur l'ensemble de la maquette ou sur une partie de celle-ci est souvent une mesure essentielle d’un essai. Ces efforts sont mesurés par des instruments appelés « balances » . Ce sont des pièces à travers lesquelles transite l’effort de liaison entre la maquette « pesée » et son support « non pesé ». Bien évidemment, la mesure n’est correcte que si la totalité de l’effort entre partie pesée et non pesée transite par la balance. Il faut pour cela ne pas introduire de rigidité parasite dans les inévitables liaisons électriques et pneumatiques qui doivent cheminer entre les deux. Il faut également anticiper les déformations sous charge et les jeux pour qu'il n'y ait jamais de contact mécanique entre partie pesée et non pesée au cours de l’essai. Les balances peuvent mesurer une partie ou la totalité des six composantes du torseur d’effort. Pour chaque composante, la valeur maximale pouvant être mesurée est appelée « capacité » de la balance.
Les balances métalliques à jauges de déformation [R 1 860] sont les plus communément utilisées. Leur dessin accentue les déformations dans certaines zones volontairement affaiblies, dans lesquelles on dispose des jauges.
Il existe également des balances à capteurs piézoélectriques qui présentent l’avantage d’une rigidité 100 à 1 000 fois plus élevée, ce qui est avantageux pour mesurer les fluctuations rapides de l’effort. En contrepartie, la mesure des efforts statiques est rendue plus délicate par la dérive naturelle du signal électrique (§ ...
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Principales techniques de mesures
BIBLIOGRAPHIE
-
(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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(2) - PEREIRA GOMES (J.), BERGMANN (A.), HOLTHUSEN (H.) - Aeroacoustic wind tunnel design. - CEAS Aeronautical Journal, vol. 10, issue 1, p. 231-249. doi :10.1007/s13272-019-00372-7 (2019).
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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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(5) - GORBUSHIN (A.R.) - Humidity effect on the flow parameters in transonic wind tunnels. - AIP Conference Proceedings 2027, 040050. doi :10.1063/1.5065324 (2018).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Mécanique du vol – concepts, grandeurs et symboles. - ISO 1151 - 1988
-
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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