L'aérodynamique pour tous

Une soufflerie est une installation d’essai utilisée en aérodynamique pour étudier l’action d’un écoulement d’air sur un corps. Elle peut être à circuit ouvert (comme c’est le cas avec Eolia) ou fermé si l’air est "recyclé". Elle permet notamment de visualiser l’écoulement autour d’une maquette réduite d’un corps, et ce, de façon à travailler comme en conditions réelles, grâce à l’utilisation de nombres adimensionnels comme le nombre de Reynolds.

Outil pédagogique avant tout, la soufflerie Eolia permet aux étudiants d’étudier avec une approche expérimentale, la mécanique des fluides et l’aérodynamique. Son instrumentation permet de visualiser et de quantifier des phénomènes simples mais nécessaires à une bonne compréhension des écoulements, comme la mesure de Vitesse par Pitot ou le tracé de polaires avec une balance aérodynamique.

Elle permet également aux plus jeunes une première approche visuelle des phénomènes aérodynamiques et constitue un formidable ambassadeur des sciences de l’aéronautique, de quoi éveiller bien des vocations !

Moyens de mesure

La soufflerie Eolia est instrumentée comme une soufflerie de laboratoire afin de réaliser des mesures de vitesse ou d’efforts aérodynamiques. L’instrumentation de la soufflerie EOLIA a bénéficié du soutien financier de la Fondation EADS (aujourd’hui Airbus). La fiabilité de ces instruments permet de réaliser des mesures précises comme les tracés de polaires d’une aile.

En 2017, un groupe d’étudiants de l’Ecole Centrale de Lyon a mené sous la responsabilité de Gérard Laruelle un « catalogue » pour les établissements disposant ‘une soufflerie Eolia recensant un grand nombre d’expériences réalisables sur les souffleries Eolia.

Mesure de vitesse

La méthode la plus simple et couramment utilisée pour réaliser des mesures de vitesse dans un écoulement consiste à utiliser un tube de Pitot. Le Pitot mesure la pression statique de la soufflerie. Il s’agit d’un tube creux placé parallèlement à l’écoulement et percé latéralement de petits trous (Le tube de Pitot mesure la vitesse de l’air à partir d’une pression différentielle. Il est constitué de deux tubes coaxiaux : le tube intérieur, ouvert face à l’écoulement, mesure la pression totale et le tube extérieur, ouvert latéralement, mesure la pression statique. Le Théorème de Bernoulli permet d’exprimer très facilement la vitesse en fonction de la différence entre ces deux grandeurs. On peut effectuer une lecture directe de cette différence de pression grâce au déplacement d’une colonne d’eau.

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Mesure des efforts aérodynamiques

On peut mesurer très facilement les efforts exercés sur un corps placé dans la soufflerie (Portance et trainée) à l’aide d’une balance aérodynamique. Un système astucieux a été envisagé, qui transforme l’effort de traînée (horizontal) en effort vertical, de sorte à pouvoir mesurer aussi bien la portance que la traînée grâce à deux balances rudimentaires de type pèse-lettre et pèse-personne.

Un des premiers résultats satisfaisants concerne la restitution d’une «polaire» d’un profil répertorié (NACA 0012) dont on a mesuré la traînée Cx et la portance Cz. Les courbes sont reportées ci dessous (en rouge la courbe «théorique», en bleu celle expérimentale) et montrent un accord satisfaisant, si l’on tient compte, pour les spécialistes, des « effets de paroi en soufflerie » et de « l’allongement non infini » dans l’expérience en soufflerie !

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Visualisation des écoulements

Afin de réaliser des visualisations autour des maquettes, un système d’ensemencement (aérosols à base de glycérine et d’eau) via une canne d’injection, du type de ceux utilisés pour les « light show » associé à un laser rudimentaire (typiquement à usage des boites de nuit !) permet de suivre, dans le plan lumineux, l’évolution du fluide autour d’un corps, ce qui conduit à caractériser par exemple les décollements de l’écoulement autour de la maquette.

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Rédigé sous l’égide de la commission technique « aérodynamique » de la 3AF, cet ouvrage présente un état de l’expérimentation dans le domaine de l’aérodynamique, l’importance de cette discipline restant primordiale pour la conception des véhicules aériens et terrestres, pour la production d’énergie, pour les moteurs, pour la tenue au vent des bâtiments et pour bien d’autres domaines. L’aérodynamique intéresse non seulement l’amélioration des performances des véhicules et leur confort mais aussi la réduction des nuisances qu’ils engendrent. L’ouvrage fournit une information actualisée sur les moyens expérimentaux et techniques mis en œuvre par les aérodynamiciens, ingénieurs et chercheurs. Les divers types de souffleries - du subsonique à l’hypersonique - sont décrits, en présentant les problèmes posés par leur conception et exploitation. Une large place est donnée à la métrologie qui a connu une véritable révolution en permettant d’accéder à une connaissance précise et locale des propriétés d’un écoulement. Cette avancée spectaculaire est à mettre en parallèle avec les progrès dans le domaine de la simulation numérique des écoulements (CFD). Les développements en cours pour bâtir une méthodologie associant expériences et simulations numériques sont présentés : il s’agit de la SAO ou soufflerie assistée par ordinateur. Enfin, on propose un bilan de la situation actuelle de l’aérodynamique expérimentale à partir d’une vision prospective de cette discipline et d’une définition des problèmes auxquels elle se trouvera confrontée dans les années à venir.

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