AÉRODYNAMIQUE
FLUX D'AIR AUTOUR DU BEC DE BORD D'ATTAQUE
Cette page est un extrait de la thèse de doctorat de l'université de Toulouse de Florian Longueteau du 11 avril 2008, que je remercie pour son autorisation.
Attention : cette page décrit l'écoulement de l'air autour d'un bec de bord d'attaque et n'aborde pas les nuisances sonores qui en découlent.
Pour plus de détail sur les nuisances sonores : Visiter le site de Florian Longueteau "Goutte de science"
Introduction
Depuis quelques années, l’écoulement au sein de la cavité du bec de bord d'attaque et dans son voisinage est
relativement bien décrit. Des études tant expérimentales que numériques ont permis de dégager
les principaux phénomènes se déroulant autour du bec.
Flux de l'air autour du bec
Ci-dessous écoulement au sein de la cavité du bec (Ben Khelil) - calcul RANS
On constate photographie informatique (Snapshot) ci-dessus que le flux d'air se sépare en deux parties. La partie passant au-dessus du point d'arrêt
- voir L'aile dans un flux d'air contourne le bec de bord d'attaque et passe sur l'extrados. Ce flux ne sera pas modifié par rapport à une aile sans bec de bord d'attaque.
La partie du flux passant sous le point d'arrêt contourne vers le bas le bec de bord d'attaque et va se séparer en deux parties. Une partie du flux continue vers l'intrados et ne sera pas modifiée et l'autre partie va rentrer dans la cavité entre le bec et l'aile.
Flux de l'air dans la cavité du bec
Le premier phénomène qui est observé et qui a lieu au bord de fuite du bec (en rouge dessin ci-dessus) est un lâcher de tourbillons. Périodiquement, un petit tourbillon s'échappe du bord de fuite du bec et s'en va derrière l'aile, emporté par l'air. On appelle ça des allées de Von Karman. On suppose que ces tourbillons se comportent comme une source sonore en interagissant avec le bout de l'aile proche du bord de fuite générant ainsi du bruit (lâcher de tourbillons en vert, dessin ci-dessus).
Au niveau de la corne on a le même phénomène qu'au bord de fuite : un lâcher de tourbillons, mais on a aussi un second phénomène très important. Comme l'air arrive au bec (lignes bleues sur le dessin) à une vitesse élevée et que l'air à l'intérieur de la cavité est lui quasiment au repos, il se crée ce qu'on appelle une couche de cisaillement. La différence de vitesse de l'air entre l'intérieur et l'extérieur du bec est très importante. Il est cisaillé. Cette couche de cisaillement s'enroule dans la cavité du bec, pour dans un premier temps former un gros tourbillon à l'intérieur, et ensuite s'impacter sur la paroi à l'intérieur de la cavité (dessin ci-dessus). Mais en plus, en s'enroulant de la sorte, cette couche de cisaillement amène avec elle les petits tourbillons qui naissent près de la corne du bec. De la sorte qu'ils viennent eux aussi s'écraser sur la paroi. On suppose que ce phénomène crée des ondes de pression (courbes en pointillés verts) qui sont amplifiées dans la cavité. Ces ondes remontent l'écoulement et viennent interagir avec la couche de cisaillement au niveau de la corne, amplifiant une seconde fois le phénomène.
Physionomie d’un bec
Afin de fixer quelques repères, nous baptisons les principales parties du bec de la manière suivante :
– la corne du bec désigne la pointe inférieure extrême de l’intrados ;
– le nez désigne la partie saillante de l’aile dans la cavité du bec ;
– le cœur désigne la portion de la cavité s’étendant entre la corne et le nez ;
– le col désigne la portion de la cavité située au-dessus du nez, entre l’intrados du bec et la partie principale de l’aile ;
– la gorge désigne la partie inférieure située en dehors de la cavité.
Nombre de Mach et masse volumique au sein de la cavité du bec
Ci-dessous la figure C permet de mettre en évidence plusieurs caractéristiques qualitatives de l’écoulement. Premièrement, l’existence de la couche de mélange issue de la corne du bec est clairement confirmée. Les lignes de courant figure d permettent de voir qu’elle vient percuter l’intrados du bec juste en amont du col créant ainsi une forte zone recirculante dans le cœur. Ensuite, on voit que l’écoulement est fortement accéléré au niveau du nez. L’écoulement ainsi accéléré s’échappe à grande vitesse par le col, permettant ainsi de déplacer le point de décollement de la couche limite sur l’extrados de l’aile et de gagner en portance pendant les phases d’approche. Enfin, la figure d met en évidence l’existence d’un point d’arrêt pour la vitesse en un point de la partie principale de l’aile. Dans la gorge, l’écoulement devient rapidement quasi-homogène lorsque l’on s’éloigne de la cavité du bec.
