La Traînée

GODZILLA & la traînée de pression

Nul doute à la vue de cette photo de GODZILLA dans une soufflerie à fumées que la bête n'a pas suivie une évolution darwinienne vers la minimisation des décollements !
Décollements multiples et sillage fortement tourbillonnaire sont à l'origine d'une importante traînée de pression qui va forcément limiter la vitesse max du monstre. Il vous reste donc une chance de survivre en minimisant votre traînée. Bienvenue sur le site d'Inter Action :-)

Le P51B Mustang dans la soufflerie de Langley. Clic!

Le P51B Mustang de North American est la référence des années 40 en matière d'aérodynamique (Cfe=4/1000). Première application des profils laminaires développés par la NACA dans les années 30, traînée de reffroidissement parfaitement maîtrisées, étagement des maîtres couples (loi des aires). A noter que la verrière en goutte d'eau du P51D dégradait un petit peu l'aérodynamque de ce chasseur.
(Gracieuseté NASA.)

Le P51 Mustang & le Wright Flyer en soufflerie. Clic!

60 ans d'écart entre ces deux photos. Que d'évolution entre les deux.

Essai aux fils de laine sur le Melmoth 1

Essais aux fils de laine dans le desert de Mojave. L'adhérence de la couche limite sur les volets et la deflexion de l'écoulement le long du fuselage et le décollement sous le stabilisateur et sous le fuselage sont clairement visibles.
http://www.melmoth2.com

Fils de laine sur les volets du Melmoth 1

Les volets à fente+bec sont déployés et l'on constate que l'écoulement n'est pas encore décollé. Les fils de laine restent stables.

Essais aux fils de laine sur GUPPY

Visualisations aux fils de laine de l'écoulement aérodynamique sur un fuselage de GUPPY. Des études exploratoires sont effectuées sur les raccordements ailes/fuselage et sur la dérive.
(Courtoisie http://www.allaboutguppys.com/)

Verrière bulle et tutle deck sur Me 262. Clic!

Les ingénieurs de chez Messerschmitt avaient effectué un certain nombre d'essais en vol afin d'observer l'influence de l'implantation d'une verrière bulle sur le Me 262 et en particulier les éventuels problèmes d'instabilité à faible vitesse engendrés par une baisse de la pression dynamique sur l'empennage.. Des photos très explicites montrent les décollements aérodynamiques visibles sur la version avec verrière bulle (rétreint important) alors que l'écoulement sur le cockpit " razorback " est parfait.

Test avec fils de laine sur RV6

Essais d'amélioration de saute vent sur RV6. L'angle du saute vente originel est diminué par une feuille de lexan qui forme un nouveau saute-vent. Aucun gain en perfos ne fut observés, confirmant ainsi la plus grande importance du rétreint derrière le maître couple de la verrière sur l'augmentation de traînée.

(Courtoisie www.vansairforce.com)

Tests avec fils de laine d'un KR2 . Clic!

L'écoulement général est très bon mais de petits décollements apparaissent au niveau de l'ouie de refroidissement. Notez le très gracieux dos rond (turtle deck) de cet appareil.
(Courtoisie du constructeur.)

Visualisation des écoulements sur le dessous d'un fuselage d'aéro commander. Clic!

L'aérocommander 680 f du centre de recherche de la NASA est vu ici en vol avec des bandelettes scotchées sur l'intrados et les cotés du fuselage. La photo montre qu'il ni a aucun décollements.
(Courtoisie NASA.)

On notera aussi la forme particulière des nacelles motrices qui adoptent la géométrie d'un profil d'aile sans rajeunissement en largeur afin de diminuer les traînées d'inter action nacelles/ailes.
(Courtoisie NASA.)

Visualisation des écoulements à l'emplanture et sur l'empennage vertical

Noter les décollements sur le bord d'attaque du gouvernail. Le fil de laine décollé par le tourbillon marginal sur le saumon de l'empennage horizontal. Enfin, les décollements au niveau du raccord Karman.
(Courtoisie NASA)

Visualisation des écoulements sur le retreint de fuselage et sur l'emplanture d'un planeur Pik 20

Une série de 8 photos montre les écoulements sur le fuselage pour divers braquages des volets. On notera les décollements qui apparaissent sur l'intrados du fuselage et sur l'emplanture pour certains braquages de volets.
(Courtoisie )

Visualisation des écoulements sur le carénage de train d'un Quikie

Très interressantes études exploratoires aux fils de laine des décollements qui apparaissent sur le rétreint trop prononcé d'un carénage de roue.
(Courtoisie)

Visualisation des écoulements sur un colomban MCR

Notez le petit culot ouvert dans la zone de rétreint combinés du plan fixe et de la dérive
(Courtoisie Contrails.free.fr)

Visualisation des décollements derrière la cockpit d'un Zenair Zodiac

Peter Chapman a procédé au repérage des décollements sur son Zodiac.
Il est fort probable que quelques turbulateurs bien placés amélioreraient un petit peu la vitesse de croisière.
(Courtoisie du constructeur: Peter Chapman
http://web.ionsys.com/~pchapman/.)

Diagnostic aux fils de laine sur maquette d'aile volante. Clic!

Etude de couche limite sur Bellanca Skyrocket III

Une étude de l'étendue de la laminarité fut exécuté par la NASA sur un Bellanca Skyrocket III. Une laminarité étendue sur 50% de la corde fut observée. Noter que les transitions prématurées de la couche limite sont engendrées par des particules un peu épaisses de naphtalène.
(Courtoisie du constructeur: AviaBellanca)

Visualisation de la transition laminaire - turbulent. Clic!

Un badigeonnage d'huile automobile chargée de pigments permet de mettre en évidence la zone de transition laminaire-turbulent (ici à environ 40% de la corde d'aile.)
(Courtoisie Genesis Groupe.)

Visualisation par huile usagée des découlements

Visualisation par huile usagée des décollements au niveau de la jonction lame de train fuselage sur un Varieze. On peut également voir la transition laminaire turbulent sur la lame de train.

Visualisation des ecoulements sur le retreint d'un fuselage de longez.. Clic!

Le carénage inférieur n'est pas celui d'origine mais une version modifiée par le constructeur amateur pour limiter les décollements. Le but est en partie atteint mais on constate quand mème des perturbation dans les angles rentrants dues à l'interaction des couches limites et surtout à la traînée d'inter action jambe de train/fuselage.
(Courtoisie www.ez.org.)

Etudes aérodynamiques de Etienne-Jules Marey (1830-1904).

Marey n'est pas étranger aux premiers balbutiements de l'aviation. Il connaît tous ces travaux, suit les recherches de Pénaud, écrit des articles dans la revue de Hureau de Villeneuve L'Aéronaute, et sera même vice-président de la Société de navigation aérienne en 1874.

Conscient que "Les genres de locomotion les plus parfaits que l'homme ait réalisés sont en général obtenus par des moyens assez différents de ceux de la nature." , Marey soutient les travaux de son ami Victor Tatin dont le projet est de construire non pas un ballon ou une machine imitant le vol de l'insecte ou de l'oiseau, mais un aéroplane. Il met à la disposition de l'aéronaute les laboratoires et terrains de la Station Physiologique

Les décollements visualisés par Marey. Clic!

Etienne Jules Marey à l'aide de sa boîte à fumées pris les premières photos d'écoulements aérodynamiques

Les décollements visualisés sur une sphère, une éllipsoide, un profil

La légende pourrait être :"Choisissez votre camp!"
On notera que même l'ellipsoïde présente des décollements au niveau du rétreint aval. D'où l'importance de bien refermer progressivement les fuselages pour éviter les traînées de culot.
(Illustrations extraites du livre: "Album of fluide motion" de Van DYCK.)

Les expériences d'écoulements laminaires et turbulents. Clic!

(Courtoisie de l'ONERA, Werlé 1980.)

Prandtl

Ecoulement autour d'un cylindre. La fin de l'animation montre la désintégration du tourbillon (vortex) symétrique.
Ce type d'écoulement peut s'observer quand on touille une tasse de café.

Les différents régimes d'écoulement autour d'une sphère

Dans cette expérience, on visualise les interactions d'un écoulement et d'une sphère. Le fluide venant du haut épouse d'abord la surface de la sphère avant de décoller au maître-couple. Se forment alors, par bouffées périodiques, des nappes fortement turbulentes.
Dans l'image de gauche, l'écoulement laminaire sur la partie supérieure de la sphère décroche brutalement au niveau du maître couple. Dans l'image ci dessous, le passage laminaire/turbulent est forcé grâce à un fil placé sur la circonférence de la sphère. On constate que la couche turbulente adhère mieux à la surface de la sphère.

Explications détaillées

De telles visualisations sont effectuées en tunnel hydrodynamique, où l'eau s'écoule à relativement faible vitesse. Elles caractérisent des phénomènes qui ont aussi lieu dans l'air à des vitesses bien plus élevées. C'est souvent cette analogie hydraulique qui permet de voir et comprendre dans l'eau ce qui reste invisible et énigmatique dans l'air.
Ce cas d'école sert à la compréhension fondamentale de la résistance à l'avancement des corps dans les fluides. Ainsi, on distingue ici les "nappes tourbillonnaires" qui se développent à l'aval de la sphère ; elles dissipent de l'énergie et sont à l'origine de la traînée, ou résistance à l'avancement.
(Courtoisie ONERA par l'intermédiaire de Thibaut Cammermans.)

Un Varieze dans la souflerie du NACA. Clic!

Des tests on été conduits dans une soufflerie pour déterminer les interactions du canard sur la voilure principale.

Piaggio P-180 essayée en soufflerie

Très belle prise de vue des écoulements sur une maquette de Piaggio P-180 essayée en soufflerie. On remarque le passage laminaire Turbulent entre le deuxième et le troisième bandeau de couleur rouge sur le nez du fuselage. Notez aussi la deflexion de l'air au dessus de l'aile.
(Courtoisie magazine EXPERIMENTAL).

Deflexion et interactions de refroidissement sur Wildcat.

Des essais de visualisation des écoulements par fils de laine mettent en évidence la déflexion très importante des filets d'air en amont du bord d'attaque.

Trainées d'interactions aile fuselage sur un Cirrus.

Ces très belles photos d'un Cirrus VK30 en configuration d'atterrissage montrent très bien les décollements massifs qui apparaissent à l'emplanture de l'aile et sur l'extrados de celle ci. On notera que l'écoulement vient perturber l'empennage vertical inférieur

Visualisation du culot derrière une ogive d'obus.

La traînée de pression apparait lorsque des décollements de fluide empèchent la recompression. C'est ce qui se passe ici! Un vortex de forme torique se forme dans le sillage de l'obus. Son mouvement de rotation est entretenu par frottement visqueux sur les filets fluides périfériques.
(Courtoisie H. Werlé, ONERA).

Visualisation des décollements derrière un disque.

(Courtoisie H. Werlé, ONERA).

Visualisation par colorants des écoulements sur le fuselage d'un F18

Notez les traces d'écoulements 2 alpha sur le nez ainsi que la trace très nette des tourbillons d'apex.
(Courtoisie NASA).

Ecoulement sur une forme fuselée ellisoïdale

Notez l'incidence 2 alpha des filets fluides ainsi que les deux tourbillons naissant en aval.
(Courtoisie ONERA par l'intermédiaire de Thibaut Cammermans.)

Ecoulement sur une forme fuselée cylindrique

Notez l'incidence 2 alpha des filets fluides ainsi que les deux tourbillons naissant en aval.

Ecoulement sur un corps fuselé

Notez les filets fluides qui s'organisent en deux tourbillons trombes.
(Courtoisie ONERA.)

Visualisation des Traces d'ecoulement des deux tourbillons trombes sur une forme fuselée cylindrique en incidence.

Notez les filets fluides qui s'organisent en deux tourbillons trombes.
(Courtoisie ONERA.)

Visualisation des deux tourbillons trombes sur une forme fuselée cylindrique en incidence.

Notez les filets fluides qui s'organisent en deux tourbillons trombes.
(Courtoisie ONERA.)

Mise au point des Capots NACA

Mise au point des Capots NACA dans le tunnel de Langley. Cette innovation à permis un essort important des bombardiers quadrimoteurs en diminuant les traînées des nacelles motrices. A noter qu'en France, l'ingénieur Mercier avait mis au point un système encore plus performant qui équipa notament les LEO 45.
(Courtoisie NACA.)

Aerodynamique des projectiles subsoniques

Rue de tourbillons de Von Karman en aval d'un tablier de pont.

Visualisation en tunnel à fumées des tourbillons de Von Karman engendrés par le tablier d'un pont. Ces tourbillons alternés, en se couplant éventuellement avec un mode de résonnance de la structure, peuvent entrainer un phénomène de résonnance aéroélastique (flutter) et la destruction du pont. La destruction du pont de Takoma est un exemple très célébre de ce phénomène

Rue de tourbillons alternés de VON KARMAN dans un écoulement à très grand nombre de Reynolds.

Les rues de tourbillons alternés de Von KARMAN observées de puis l'espace le sont également en aval de la pile d'un pont sur une rivière !
(Courtoisie NASA.)