Modélisation du développement de la couche limité sur un film fluide

• Main Author: Perron, Éric
• Format: Others
• Published: 1993
• Subjects: Génie mécanique
• Online Access: http://constellation.uqac.ca/1336/1/1481984.pdf

La formation de glace sur les avions au sol, qui est nuisible au décollage, est empêchée par l'application de fluides antigivre et dégivrant. La présence de ces fluides sur les ailes, tout comme la glace, au moment de l'accélération diminue la force verticale (portance) appliquée par l'écoulement d'air sur l'aile. Cette diminution est directement reliée à l'épaisseur de la couche limite de l'air qui se développe au-dessus du fluide. Des procédures expérimentales permettent de définir le comportement de l'écoulement de l'air, sur l'aile d'avion, en présence du film fluide à partir des mesures de l'épaisseur de déplacement de la couche limite (EDCL) sur une plaque plane horizontale. Le coût de ces essais force la recherche à s'orienter vers la prédiction analytique basée essentiellement sur les caractéristiques du fluide appliqué. Ce projet est une contribution à la recherche dans ce domaine qui consiste à la détermination de méthode de prédiction des pertes de portance en fonction des caractéristiques du fluide. Le projet consiste en une étude approfondie du comportement pseudo-plastique (viscosité) des fluides antigivre commerciaux associée à celle du développement de la couche limite sur une plaque plane recouverte d'un film fluide antigivre durant une accélération similaire à celle d'un décollage d'un avion de ligne. Un volet analytique s'ajoute aux résultats expérimentaux, d'une part pour obtenir un algorithme de calculs qui permet de prédire la valeur de l'EDCL en turbulence, à partir du profil de vitesses, en conjonction avec l'équation de Von Karman et d'autre part pour prédire les conditions qui amènent l'instabilité hydrodynamique de l'interface air/fluide selon la méthode développée par Yih. Cette étude a permis de définir que les vagues à l'interface air/fluide sont générées à la transition laminaire-turbulent à une vitesse de l'ordre de 15 m/s. De plus, on constate qu'une partie importante du fluide est éliminée lorsque la présence des vagues, qui augmentent le frottement, force le fluide pseudo-plastique à se liquéfier. C'est à ce moment, que l'EDCL est le plus élevé et par conséquent, la perte de portance maximum. Les résultats montrent que le taux d'élimination du fluide au moment de cette instabilité est maximum. De plus, cette étude permet de comparer les hauteurs des vagues à celles des rugosités dynamiques équivalentes. En effet, les vagues ont un impact semblable à celui des rugosités sur une plaque plane rugueuse. Ainsi, lorsque le régime d'écoulement de l'air atteint 65 m/s après 30 s, les effets de hauteur et de densité des vagues sur l'EDCL sont du même ordre. Durant la période d'élimination massique du fluide, au début de l'instabilité et de la formation des vagues, le phénomène rugueux est plus complexe car les vagues forment des amas de fluide qui bloquent l'écoulement de l'air. Une application pratique de cette étude permet de définir que les vitesses de rotation sur le mandrin du viscosimètre nécessaires pour créer la même sollicitation que l'air sur le fluide, appliquées sur l'aile, sont de l'ordre de 0,3 RPM lorsque l'avion est au repos et 200 RPM lorsque l'avion de ligne quitte le sol.