Étude numérique de l'écoulement d'un fluide autour d'un profil d'aile

Extraits

[...] Cas 2 : Les données d'entrée de la seconde configuration correspondent à un profil d'aile géométriquement identique au premier cas mais simulant un vol à la vitesse et à l'attitude de croisière d'un avion de ligne. Les principales caractéristiques de cette configuration sont une altitude importante (h2=8000m), un angle d'attaque de 3° et d'une vitesse d'environ 244 m.s-1. Le calcul du nombre de Mach donne Ma=0,79. Cette valeur étant nettement supérieure à la compressibilité du fluide doit être prise en compte. La figure 10 montre la répartition de la pression autour du profil. Nous constatons des variations importantes de la pression. [...]

[...] Le calcul numérique permet d'obtenir une estimation de la force de traînée à N et de la force de portance à N. Nous constatons que la force de traînée est largement supérieure à la force de portance. Comparaison des configurations étudiées La description des deux cas étudiés fait transparaitre des différences majeures entre ces configurations. Le tableau ci-dessous, synthétise les caractéristiques importantes des deux configurations étudiées. Cas 1 Cas 2 Altitude 5 m 8000 m Angle d'attaque 5,6° 3° Vitesse 27,78 m.s-1 244,44 m.s-1 Nb de Reynolds 000 16 200 000 Nb de Mach 0,08 0,79 Force de traînée 49 N 127 651 N Force de portance 561 N 49 318 N Tableau 1 : Synthèse des données La différence d'altitude engendre des variations dans les conditions environnantes entre les deux configurations, notamment en termes de pression, de température et de masse volumique. [...]

[...] Nous observons donc bien un écoulement supersonique sur certaines zones. La figure 12 montre l'évolution de la masse volumique de l'écoulement et la figure 13 celle de la température, nous constatons que, comme attendu, la masse volumique et la température chutent au niveau de l'écoulement supersonique. Une autre observation est que les valeurs maximales de ces deux caractéristiques importantes du fluide sont obtenues au niveau du point d'arrêt. Les figures 15 et 16 permettent une analyse plus fine de l'évolution de la pression pariétale et du frottement au niveau de la surface du profil. [...]

[...] L'augmentation de l'angle d'attaque lors du décollage permet de privilégier la portance alors qu'en vol de croisière, l'angle d'attaque est plus réduit car la portance est suffisante pour maintenir l'altitude et que l'objectif est de réduire la traînée pour consommer le moins d'énergie possible. En effet, la traînée doit être compensée par la poussée des moteurs qui pour générer une poussée plus importante consomment plus de carburant. Ces configurations différentes nous ont également permis de constater l'effet de la vitesse sur le comportement du fluide autour du profil. La vitesse du fluide est déterminante pour l'analyse aérodynamique d'un avion. En effet, en fonction de la phase de vol, l'écoulement autour de l'avion peut être subsonique incompressible, subsonique compressible, transsonique ou supersonique. [...]

[...] Une onde de choc se caractérise donc par une augmentation de la vitesse de l'écoulement, mais aussi par la variation brutale de la pression, de la température et de la masse volumique. Pour permettre une modélisation correcte des phénomènes aérodynamiques lors de l'étude numérique d'un profil d'aile se déplaçant à des vitesses transsoniques, il est nécessaire de prendre en compte un modèle particulier, ce qui explique le choix effectué dans le paramétrage du logiciel avec l'option « Ideal gas ». La figure 11 montre l'évolution de la vitesse autour du profil. Les remarques écrites ci-dessus se confirment. [...]