Les différents types de soufflerie

Les différents types de soufflerie

Pourquoi les souffleries

Une soufflerie (en anglais wind tunnel) est une installation d’essais utilisée en aérodynamique pour étudier les effets d’un écoulement d’air sur un corps, généralement un modèle de dimension réduite par rapport au réel. On peut effectuer dans une soufflerie des mesures, par exemple d’efforts, et des visualisations d’écoulement le plus souvent impossibles à faire dans les conditions réelles de déplacement .
En aérodynamique les équations de Navier – Stockes- donnent beaucoup plus de mal aux ordinateurs. Leur résolution est hors de portée, sans simplification, pour des formes complexes, il faut modéliser la turbulence et cela entraine un tel manque de précision.
Il n’existe donc pas encore en aérodynamique d’autre moyen que d’essayer « vraiment » dés que la situation est un peu complexe. La soufflerie permet tout de même une simplification en permettant l’essai de maquettes à échelle réduite. Il existe des règles de similitudes lorsque l’on change les dimensions, c’est-à-dire que deux écoulements à échelle différente donneront des résultats équivalents si  :
la maquette a la même forme géométrique que l’original,
le fluide dans laquelle elle sera essayée a les mêmes propriétés,
des coefficients d’échelle, en particulier le nombre de Reynolds, sont respectés.
En aérodynamique la similitude n’est jamais parfaite mais on trouve des conditions donnant une bonne approximation pour un type d’essai.

Souffleries existantes

Souffleries d’étude
Modèles simples à visée éducative, généralement à circuit ouvert. Dimension de la veine de l’ordre de 60 x 60 cm. Les moins puissantes ont une puissance de quelques kilowatts, ce qui permet de mettre en mouvement une veine fluide de quelques décimètres carrés de section.
Souffleries universitaires
Veines de 1 à 5 m² de section, vitesse de l’ordre de 40 à 60 m/s, permettent des essais de modèles de planeurs et d’avions à basse vitesse (moins de 200 km/h).
Veines de 5 à 8 m² de section, vitesse de l’ordre de 50 à 100 m/s, permettent des essais de modèles d’avions plus grands, à vitesse plus élevée. Exemple typique, la soufflerie américaine Texas University 7 x 10 ft (6.32 m²).
Souffleries subsoniques
Ces souffleries ont une vitesse d’air jusqu’à 100 m/s (360 km/h ou M 0.3). On peut y tester les véhicules routiers et les avions en phase de décollage ou d’atterrissage. Exemples, souffleries F1 (pressurisée) et F2 de l’Onera .
Très grandes souffleries
La plus grande soufflerie subsonique à retour est celle de l’ONERA à Modane5 (plus de 120 mètres de circuit, veine d’expérience de 8 m de diamètre), mise en service en 1952. Très puissante (88 MW), on peut y tester des modèles de 4 m d’envergure, à plus de 300 m/s. La soufflerie subsonique en circuit ouvert la plus grande est celle De la NASA Ames Research Center; elle a une section de test ouverte de 80 x 120 ft soit 24 x 36 m, près de 900 m²; Elle dispose de 6 ventilateurs d’une puissance totale de 100 MW (135 000 cv).
Souffleries transsoniques
Elles ont une vitesse d’air allant de M 0.5 à M 1.3 permettant de tester les avions à réaction de transport civil volant généralement autour de M 0.80-0.85. La soufflerie transsonique cryogénique Européenne ETW (European Transonic Wind Tunnel) est établie à Cologne, en Allemagne. La combinaison de la pression (jusqu’à 4.5 bars) et de la température très basse (jusqu’à – 160 degré) permet d’obtenir un nombre de Reynolds équivalent à celui des plus grands avions de ligne (Reynolds80 M pour l’aile de l’A380). La puissance installée est de 50 MW (68 000 cv).
Souffleries supersoniques
Fonctionnant de M 1.5 à 5, elles permettent de tester les avions de combat et les missiles. Exemples, la soufflerie Onera S2 MA.
Souffleries hypersoniques
Les souffleries à rafales, soufflant un air stocké sous haute pression dans des cuves, permettent d’atteindre de très grandes vitesses, jusqu’à 25 Mach pour tester les véhicules hypersoniques et la rentrée dans l’atmosphère.

Les souffleries à veine ouverte (de type Eiffel)

Avantage
Couts de construction bas
Refroidissement naturel (les souffleries à boucle fermée réutilisant le même air doivent disposer d’échangeurs ou d’un système de refroidissement pour un fonctionnement à des vitesses élevées)
Adaptées à l’étude des moteurs ou de la visualisation de la fumée puisqu’il n’y a pas d’accumulation de résidus dans l’air de la veine.
Inconvénients 
L’espace autour de la soufflerie doit être important afin d’éviter des dissymétries dues aux objets proches du collecteur. La qualité du flux des souffleries en boucle fermée est supérieure.
Si la prise d’air est externe, le vent et les conditions météo influencent le fonctionnement de la soufflerie.
Le cout d’exploitation est important puisque l’air doit être constamment accéléré.
Le fonctionnement est bruyant.
La chambre d’expérimentation peut avoir plusieurs dispositions. Elle peut être rectangulaire, ce qui facilite la manipulation (le diffuseur et le collecteur apparaissent comme deux orifices circulaires de même diamètre sur deux murs opposés de la chambre) ou au contraire être une simple portion du tunnel. Suivant le cas la veine est dite libre ou guidée.

Les souffleries aujourd’hui

L’âge d’or des souffleries doit se situer dans les années 50. Toutes les grandes souffleries subsoniques construites avant la guerre fonctionnaient, Le supersonique devenait objet d’étude courant et chacun voulait « sa » soufflerie. Il s’est produit, comme dans d’autres domaines, un phénomène de concentration: seuls les plus grands instituts conservent leurs propres équipements de plus en plus complexes. Il reste cependant des souffleries moyennes. Les souffleries se comptent tout de même par centaines dans le monde.
La plus grande soufflerie au monde appartient à la NASA, elle est située à l’Ames Research Center en Californie. Cette soufflerie subsonique permet de tester des avions de 33 m d’envergure, de plus de 45 m de longueur et de 26 m de haut. Elle a deux sections: l’une de 26 m de haut et de 40 m de largeur, l’autre de 13 m de haut et 26 m de large.
L’air est soufflé par six ventilateurs de 15 pales ayant la hauteur d’un bâtiment de 4 étages, entrainés chacun par un moteur de 25 000 CV.
Cette géante est l’ultime descendante d’une lignée née dans les années 30 à Meudon, Langley et Moscou. Elle a été fermée en 2003 par la NASA et ré-ouverte en 2007 par l’Air Force.

Fonctionnement du tunnel aérodynamique 

L’air est aspiré de l’espace environnant par le cône d’entrée  facilitant l’écoulement. Cet air passe par un filtre qui placé sur le stabilisateur d’écoulement . L’air quitte le stabilisateur sous forme d’écoulement parallèle et sa vitesse augmente dans le convergent.
Après avoir quitté la convergent, la pression statique affichée  est mesurée à l’entrée de la section de mesure. En partant de l’hypothèse d’un écoulement quasi sans perte, la vitesse d’écoulement peut être déterminée par la formation de la différence avec la pression ambiante (pression totale avec vitesse zéro). L’air traverse à présent la section constante de mesure . Le cône convergent peut translater avec la section de mesure par l’intermédiaire de roues.
Après la section de mesure, l’écoulement est décéléré dans un diffuseur  et la chute de pression nécessaire à l’accélération de l’air dans la tuyère est partiellement récupérée.
L’angle de diffuseur égale à θ =9.920 ,est proportionné de telle sorte qu’aucun décollage de courant n’apparaisse.

Table des matières

Introduction générale
Chapitre 1 : Recherche bibliographique
1.1.Introduction
1.2. Historique
1.3. Recherche bibliographique
1.4. Pourquoi les souffleries
1-4-1-Définition
1-4-2- Structure
1-4-3- Les différents types de soufflerie
1.5. Souffleries existantes
1.5.1. Souffleries d’étude
1.5.2 Souffleries universitaires
1-5-3-Souffleries subsoniques
1-5-4-Très grandes souffleries
1-5-5-Souffleries transsoniques
1-5-6-Souffleries supersoniques
1-5-7-Souffleries hypersoniques
1.6.Les souffleries à veine ouverte (de type Eiffel)
1-6-1-Avantages
1-6- 2-Inconvénients
1.7. Souffleries aujourd’hui
1.7.1. Souffleries en France
Chapitre 2 : Présentation de la soufflerie de laboratoire
2.1. Introduction
2.2. Objectifs
2.3. Tunnel aérodynamique
2.4. Fonctionnement du tunnel aérodynamique
2.5. Soufflerie étudiée
2.5.1. Dimensions réelles de la soufflerie
2.5.2. Caractéristique de notre soufflerie
2.5.3. Systèmes de mesure
2.5.4. Motorisation
Chapitre 3 :Formulation et Calcul
3.1. Introduction
Partie 1
3.2. Théorème de Bernoulli
3.3. Forces mises en jeu
3.3.1. Trainée
3.3.2. Portance
3.4. Nombre de Reynolds
Partie 2
Chapitre 4 : Résultats et discussions
4.1. Introduction
4.2 Profils de <plaque>
4.3 Profils de <demi-clyndre>
4.4 Profil de <Disque S>
4.5 Profil de <Disque 2S>
4.6 Profil de <sphère>
Conclusion
Conclusion générale

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