Brevet FR2012571A1 — publié le 19700320

î 2012571 La présente invention concerne un procédé et un dispositif de contrôle de la couche limite dans un écoulement de fluide en vue de retarder et de déplacer le décollement de flux et/ou d'augmenter le taux d'échange thermique sur une surface courbe de contrô-5 le d'écoulement, telle qu'un profil d'aile ou similaire, et plus particulièrement l'utilisation de tourbillons produits, puis amplifiés par des surfaces appropriées. Les réalisations antérieures pour le contrôle de la couche limite ont souvent fait appel à des ailettes disposées normale-10 ment à la surface et inclinées par rapport à la direction d'écoulement pour la production des tourbillons. Ceux-ci sont produits aux extrémités des ailettes qui se trouvent près du bord extérieur de la couche limite, si bien que leur énergie est extraite du courant extérieur. Il s'en suit que la perte d'énergie est 1$ plus grande, et le bruit aérodynamique plus intense qu'avec la présente invention où les tourbillons sont produits et amplifiés dans des régions bien plus rapprochées de la surface où les vitesses sont faibles. Dans ces dispositifs antérieurs, le tourbillon est créé en totalité par l'extrémité de l'ailette, sans aucun 20 mécanisme physique pour amplifier les tourbillons engendrés. Si ces tourbillons ainsi engendrés sont bien effectifs, ils sont souvent produits au prix d'une aggravation de poids, de prix, de bruit et d'énergie perdue. L'invention concerne un appareillage dans la couche superfi-25 cielle pour créer et concentrer le tourbillonnement en tourbillons dans le sens du courant, et pour amplifier leur intensité au fur et à mesure qu'ils progressent le long de la surface pour retarder le décollement du flux par rapport à la surface. On sait que lorsqu'un fluide ayant une certaine viscosité se 30 déplace le long d'une surface avec laquelle il est en contact, la vitesse du fluide dans la région adjacente à la surface est réduite par frottement, et qu'une couche de fluide se forme dont la vitesse est inférieure à celle du courant adjacent. Cette couche à faible vitesse est désignée par couche limite, et son épaisseur 35 est habituellement définie par le point où le fluide se déplace à 0,99 fois la vitesse du courant principal. Quand ce fluide s'écoule d'une région à basse pression vers une région à haute pression, comme par exemple au-dessus d'un profil d'aile ou à travers un diffuseur, l'effet des forces de pression est de ra-40 lentir l'écoulement du fluide. Quand cet effet devient assez fort 69 23198 2 2012571 pour arrêter et renverser l'écoulement du fluide qui se déplace lentement dans la couche limite, il se produit un décollement du flux par rapport à la surface. En se référant aux profils d'aile, le décollement de flux sur une large portion de la surface supé-5 rieure est connu sous le nom de " décrochage ". On a produit des tourbillons, comme indiqué ci-dessus, pour obtenir le mélange de l'écoulement du courant principal avec la couche limite pour retarder le décollement de flux. Des tourbillons longitudinaux, c'est-à-dire dans le sens du courant| dans la 10 couche limite et s'étendant à la région adjacente produisent un transfert de quantité de mouvement longitudinal du courant extérieur à la couche limite directement adjacente à la surface solide, s'opposant ainsi à l'établissement du décollement de flux et le retardant. Pour l'amplification des tourbillons longitudinaux, 15 la présente invention a recours à l'effet connu sous le nom d' n instabilité de Taylor-Goertler " qui se traduit par la production de tourbillons longitudinaux là où un fluide est amené à s'écouler sur une surface concave. Une seconde surface concave faisant suite à la première, à une distance convenable, a pour 20 effet d'amplifier le tourbillon. Cette invention fait usage d'une surface ondulée, ayant des éléments de surface dont l'amplitude, la forme, la longueur d'onde, l'inclinaison par rapport à la direction de 1'écoulement, et la répartition tant longitudinale que latérale de ces propriétés 25 sont telles qu'elles forment, puis amplifient des tourbillons longitudinaux dans la couche limite et dans la région adjacente, dans le but d'éviter ou de retarder l'amorçage du décollement de flux, avec un minimum de perte d'énergie, de trainage et de production de bruit concommittants. L'invention peut être appliquée 30 avantageusement à toute surface dans, ou en amont d'une région où s'amorce un décollement de flux, telle que des ailes d'avion, des rotors d'hélicoptères, des hélices, des aubes de stator ou de rotor de compresseurs et de turbines, des ventilateurs, diffuseurs, coudes et irrégularités dans les conduites d'écoulement, 35 admissions de moteur, carénages et surfaces analogues. L'application'de l'invention au contrôle de la distribution du taux d'échange thermique entre une surface et un écoulement extérieur est basée sur l'interdépendance existant entre le taux d'échange thermique et le frottement de surface. 40 Un but important de l'invention est en conséquence de produire 69 23198 3 2012571 une surface de contrôle d'écoulement dans laquelle des générateurs de tourbillons sont disposés à l'intérieur de la couche limite et produisent des tourbillons près de la surface, et sont positionnés de telle manière qu'ils amplifient les tourbillons 5 dans la direction de l'écoulement. Un autre but important de l'invention est de produire un appareillage grâce auquel des tourbillons produits par la surface sont amplifiés par l'emploi d'une ou plusieurs séries de surfaces renforçant les tourbillons, celles-ci pouvant être soit des protubé-10 rances, soit des dépressions. Un autre but de l'invention est l'utilisation, dans une surface contrôlant un écoulement, de tourbillons de Taylor-Goertler, simultanément avec leur amplification et le contrôle dans la couche limite du décollement de flux. 15 Selon l'invention, le procédé de contrôle de la couche limite dans un écoulement fluide pour retarder ou empêcher le décollement de flux sur une surface courbe et pour améliorer le taux d'échange thermique entre eette surface et ce fluide est caractérisé en ce que l'on provoque en une région discrète amont de la 20 couche limite la formation d'un tourbillon dans le sens du courant, et en ce qu'on amplifie ce tourbillon dans la couche limite en une série de régions aval discrètes sur cette surface. Selon l'invention, le dispositif de contrôle de la couche limite dans un écoulement fluide pour retarder ou déplacer l'amorçage 25 d'un décollement de flux sur une surface courbe et pour améliorer le taux d'échange thermique entre cette surface et ce fluide, qui comporte une série d'éléments de surface disposés sur la surface précitée, est caractérisé en ce que ces éléments de surface constituent des régions concaves génératrices de tourbillon, certains 30 de ces éléments étant disposés en aval par rapport à d'autres de ces éléments pour produire une amplification du tourbillon et ces éléments ayant dans ces régions concaves line hauteur efficace inférieure à l'épaisseur de la couche limite de fluide adjacente. Ces buts et avantages de la présente invention, et d'autres 35 encore apparaîtront dans la description suivante, les dessins annexés et les revendications jointes. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, - la fig. 1 est une vue perspective montrant l'amplification des tourbillons par écoulement au-dessus d'une surface concave; 40 - la fig. 2 est un diagramme de profil d'aile réalisé confor- 69 23198 4 2012571 mément à la présente invention; - la fig. 3 est une vue isométrique agrandie d'une surface pourvue d'une série d'éléments conformément à une autre forme de l'invention et montrant la production, suivie d'une amplification, 5 de tourbillons longitudinaux; - la fig. 4 est une vue isométrique à plus grande échelle encore d'une portion de l'un des éléments de surface de la fig. 3» - la fig. 4A. est une vue en plan d'une partie de la fig. 3î - la fig. 5 est la projection des filets de courant sur un 10 plan normal à l'axe d'un élément de surface; - la fig. 6 est un diagramme en plan montrant des séries caractéristiques d'éléments en protubérance ou en creux, disposés sur une surface conformément à la présente invention; - les fig. 7a à 7e mçntrent une série de sections longitudina-15 les suivant 7-7 de la fig. 6 d'éléments typiques de surface du type crête; - les fig. 8a à 8e sont une série de vues en coupe suivant 8-8 de la Fig. 6 d'éléments typiques de surface du type crête; - la fig. 9 est une vue en coupe d'une série d'éléments de 20 surface du type en creux; - la fig. 9& est une vue en plan agrandie suivant la ligne 9A-9Â de la fig. 9; - la fig. 10 montre l'application de l'invention à un avion; - les figs. 11A et 11B sont des vues respectivement en coupe 25 et en perspective d'une portion d'une aile et d'un volet; - les figs. 12â et 12E sont les vues correspondantes, le volet étant sorti; - la fig. 13 est un diagramme montrant l'invention appliquée à une aube de compresseur, de turbine ou de ventilateur et illus-30 trant aussi la manière dont l'invention peut être appliquée à une pale de rotor d'un hélicoptère ou similaire; - la fig. 14 montre l'application de l'invention à un diffuseur; - et la fig. 15 est une vue schématisée d'un échangeur de cha-35 leur muni du dispositif conforme à l'invention. On a représenté à la Fig. 1 une série de tourbillons longitudinaux de sens alternés formés et développés par l'écoulement de l'air dans la direction de la flèche 21 au-dessus d'une surface concave 22. Le taux d'affaiblissement par viscosité des tourbil-40 Ions 20 est faible et ils ne s'atténuent que faiblement en pas 69 23198 5 2012571 sant au-dessus d'une surface courbe, convexe disposée à la suite. Une seconde surface concave 22 dans la direction de l'écoulement 21 produit une amplification des tourbillons 20. Ainsi, sur une surface donnée, si l'amplitude de l'ondulation, sa forme, la 5 longueur d'onde, l'inclinaison par rapport à la direction d'écoulement et leurs répartitions dans le sens de l'écoulement et dans le sens latéral sont optimales, les tourbillons 20 peuvent être amenés à subir une amplification résultante maximale après avoir parcouru une distance donnée sur une telle surface ondulée. 10 La fig. 2 représente une coupe transversale schématique d'une surface de sustentation ou de poussée, telle qu'un profil d'aile 25, présentant schémat.i quement uns surface supérieure ondulée 26 qui comporte une série d'éléments de surface distincts constitués par des segments concaves ou dépressions 28, suivis de segments 15 convexes 29. Ces éléments définissent ainsi une série échelonnée de parties concaves pour la formation de tourbillons et leur amplification, séparées par une série correspondante de parties convexes, au-dessus desquelles le tourbillon amplifié ne sera que peu amorti. 20 Un autre exemple de structure à éléments ondulés, grâce auxquels le tourbillonnement dans la couche limite peut être concentré et amené à se transformer en tourbillons longitudinaux 20, est représenté à la fig. 3 et son mode d'action illustré aux fig. 4 et 5* La surface 30 comprend ou supports une série d'éléments à 25 crête semi-cylindrique ou ondulations 32, qui sont disposés d'une manière générale transversalement par rapport à la direction de l'écoulement du fluide, comme le montrent les flèches 33* Les éléments 32 sont répartis en sections 32a, b, c etc. alternées ou disposées angulairement, quelque peu en zig-zag, de telle manière 30 que leurs bords d'attaque 34 ne soient pas normaux à la direction de l'écoulement, mais inclinés par rapport à elle. De cette manière la production de tourbillons de sens opposés est assurée. Les écoulements au-dessus des pentes avant et arrière des élé-35 ments ondulés 32 sont tsls qu'ils concentrent le tourbillonnement de la couche limite dans une couche de tourbillons 35 sur le côté sous le vent 36 des éléments ondulés 32, le sens de rotation de ces couches alternant d'une section à l'autre. Du fait que la couche de tourbillons ainsi forcée est instable, les couches en 40 arrière de chaque élément s1enroulent comme le montre la fig.3, 69 23198 6 2012571 en une série de tourbillons 20 de sens de rotation alternés. Les tourbillons ainsi formés sont amplifiés dans les vallées concaves définies par la surface sous le vent ou aval 36, la surface amont de l'élément suivant 32 et la surface intermédiaire 30* 5 Toute tendance des crêtes d'onde successives à produire un affaiblissement est contrebalancée par la même tendance à concentrer le tourbillonnement qui a produit la formation initiale des tourbillons à l'arrière des crêtes de tête. L'amplification est indiquée sur la fige 3 par le resserrement des spirales au-dessus des 10 crêtes successives des éléments 32 suivant la formation et l'amplification, comme il a été indiqué. Les tourbillons 20 ont pour effet de produire un brassage de la couche limite exactement de la même manière que les tourbillons produits par des lames ou ailettes bien connues, mais avec moins de perte d*énergie, de bruit et 15 cle traînage o Les segments inclinés 32 a, b, c, sont décalée latéralement et positionnés par rapport aux segments correspondants des éléments antérieurs et postérieurs d'une manière telle qu'un "tourbillon donné ait toujours tendance à passer par dessus un élément 32 qui 20 est incliné dans la mêw.e direction. Un élément 32 incliné dans le sens opposé aurait tendance à amortir, plutôt qu'à amplifier, le tourbillon. De plus, la tendance des tourbillons de même sens de rotation à s'enrouler en un même tourbillon, et réciproquement, la tendance 25 des tourbillons de sens opposés adjacents à une surface à s'écarter l'un de l'autre, tend à guider les tourbillons vers ceux des éléments d Ondulation 32 qui sont inclinés dans la direction propre à augmenter leur force. Lécoulement tend ainsi automatiquement à compenser les défauts d?alignement dans le décalage des élé-30 ments des séries successives. On peut se reporter aux fig. 4, 4A et 5 pour une meilleure compréhension de la manière dont le tourbillon est formé par un élément de surface 32 du type en crête. Le filet de courant 40 est sur le bord extérieur de la couche limite, le filet 42 est 35 adjacent à la surface amont de la crête, et le filet 43 est (initialement) adjacént à la surface aval 36 de la crête. Les gradients de pression associés à l'écoulement par dessus la crête produisent des déviations de ces filets de la manière suivante. Lorsque le filet superficiel 42 se rapproche du bord amont 34 de l'élément 40 ondulé, il est dévié parallèlement au bord 34. Lorsqu'il passe 69 23198 7 2012571 au-dessus de l'élément 32, sa déviation diminue jusqu'à ce que la pression minimale soit atteinte, quand sa déviation augmente de nouveau et qu'il se rapproche de la ligne 46 de renversement du sens de la composante du flux longitudinale ou parallèle à la 5 corde, où il décolle de la surface. Le filet extérieur 40, étant soumis aux mêmes gradients de pression latérale que le filet 42, est dévié de la même manière mais à un degré bien moindre parce que la quantité de mouvement du courant extérieur est bien plus grande que celle du courant adjacent à la surface. Le filet super-10 ficiel 43 est aussi dévié avec l'inclinaison de l'ondulation, et si la composante longitudinale du gradient de pression est assez grande, la composante longitudinale de l'écoulement s'inverse et le filet 43 décolle de la surface au point où il est le plus rapproché de la ligne 46. 15 Les projections des filets sur le plan parallèle à la corde et normal à la surface (c'est-à-dire le plan normal à l'axe de l'élément 32) auront alors la forme classique montrée fig. 5 pour le renversement de la composante longitudinale de l'écoulement. L'amplitude, lïinclinaison et la longueur d'onde de l'élément 32 sont 20 choisies pour assurer une composante transversale d'écoulement assez grande pour que la direction de l'écoulement total ne s'inverse pas par rapport au filet extérieur 40. Donc, un sillage turbulent, avec la forte perte d'énergie concommittante, qui est la conséquence habituelle du décollement du flux n'a pas besoin de 25 se produire sur le côté sous le vent 36 de l'élément 32. La couche de tourbillon 35, qui se forme là où les lignes 40, 42 et 43 coupent le même plan parallèle à la corde, comme il est montré fig. 4A, s'enroule dans le tourbillon longitudinal 20 représenté fig. 3» 30 L'instabilité de flux Taylor-Goertler dans la couche limite sur une surface concave résulte du fait que, lorsqu'un élément de fluide en équilibre (c'est-à-dire que les forces centrifuge et de pression sont égales) est déplacé normalement aux filets de courant, la force de rétablissement (la différence entre les forces 35 centrifuge et de pression dans la nouvelle position) est négative, c'est-à-dire dirigée dans le sens qui tend à écarter encore d'avantage l'élément de sa position d'équilibre. La théorie montre que, par suite de l'instabilité du flux sur une surface concave, la série de tourbillons 20, fig. 1, se forme, et elle prévoit leur 40 taux de renforcement en fonction de la courbure de la surface. 69 23198 8 2012571 Smith a comparé (Quaterly of Applied Mathematics, Vol. XIII N° 3« Oct. 55) ses résultats théoriques aux résultats d'essais sur des ailes et a trouvé que le passage d'une couche limite du régime laminaire au régime turbulent se produit dans une région de courbure 5 concave quand l'amplification calculée atteint une valeur de 2,718"'"^ = 20.000 fois. La théorie tient compte seulement des effets du premier ordre, et néglige la viscosité du fluide; si ces effets pouvaient être calculés, ils montreraient une tendance à définir une limite supérieure bien'en-dessous de 20.000 fois pour 10 l'amplification. Néanmoins cette valeur élevée montre que les tourbillons longitudinaux sont beaucoup renforcés au début lorsqu'ils franchissent une surface ayant une courbure concave. La formation des tourbillons longitudinaux ne nécessite pas que la couche limite soit laminaire; le phénomène d'instabilité se 15 révèle être remarquablement insensible à la répartition des vitesses, de telle façon que l'application des analyses au taux d'amplification des tourbillons longitudinaux dans les couches limites turbulentes peut être considérée comme valable en première approximation. ♦ 20 Les tourbillons longitudinaux 20 se formeront le plus facilement si les propriétés des éléments d'ondulation 32 sont telles qu'elles amènent le renversement de la composante longitudinale du flux comme montré fig. 4 et 5. Toutefois, si l'amplitude de l'ondulation de la surface est faible, ou si sa forme est telle 25 que la pente " au vent " est forte et la pente " sous le vent " est douce, le renversement de l'écoulement longitudinal ne se prp-duira pas. Dans ces conditions, aux nombres de Reynolds de la plupart des cas, les tourbillons longitudinaux continueront à se former mais alors comme résultat d'une instabilité d'écoulement 30 en rapport étroit avec le type Taylor-Goertler; cette instabilité dans un écoulement à trois dimensions résulte d'un déséquilibre entre les forces centrifuges et de pression sur les éléments fluides de la couche limite déplacés parallèlement à la surface solide. Les tourbillons, formés purement comme conséquence de cette insta-35 bilité, tendront à être plus faibles que ceux qui supposent en outre le renversement de la composante longitudinale du flux. Mais, si le gradient inverse de pression n'est pas élevé (c'est-à-dire si sur me aile l'angle d'attaque ne dépasse pas de plus de 4° l'angle d'incidence critique de la " surface nette ") et si les 40 séries d'éléments en V renversé ou dents de scie débutent à envi 69 23198 9 2012571 ron 5 ou 10 fois l'épaisseur de la couche limite en amont du point de décollement de la " surface nette M l'amplification par les deux types d'instabilité centrifuge assurera encore un retard effectif du décollement du flux. 5 On peut se reporter aux diverses vues des fig. 7, 8 et 9 pour différentes configurations des éléments de surface 32 que l'on peut employer pour provoquer et amplifier les tourbillons 20 conformément à l'invention. Dans chacune de ces figures, les vues en coupe de diverses configurations des éléments 32 sont représentées 10 en relation avec une couche limite typique d indiquée par les lignes en tirets 50. C'est ainsi que la fig. 7a représente une coupe longitudinale à travers un élément 32 dont la hauteur est constante sur toute sa longueur. Pourtant, la hauteur de l'élément peut varier suivant sa longueur, par exemple pour atteindre un 15 sommet au milieu de sa longueur comme le montre la fig. 7b, ou un sommet décalé longitudinalement comme le montre la fig. 7c ou présenter une surface convexe transversale symétrique (fig. 7d), ou une surface convexe asymétrique comme le montre la fig. 7e. Le choix de la hauteur de l'élément dans le sens longitudinal, 20 comme représenté par les divers exemples donnés par les fig. 7a à 7e, s'effectue pour l'application particulière en vue d'obtenir le meilleur effet sur le décollement de flux ou le transfert de chaleur avec un minimum de pertes et de consommation d'énergie ou de production de bruit. Une plus grande hauteur conduit nécessai-25 rement à une surface concave suivante plus profonde pour la production ou l'amplification des tourbillons. On notera que la hauteur, dans chaque cas, est de préférence inférieure à l'épaisseur prévue de la couche limite telle qu'indiquée par la ligne de référence 50. 30 Les formes des sections transversales des éléments 32 positifs convexes, ou en crête, peuvent aussi être modifiées, comme l'indiquent les divers exemples de la fig. 8. Dans la fig. 8a, l'élément est représenté comme étant rond, et à la fig. 8b, il est carré. Les figs. 8c,d et e montrent des variantes de forme des 35 sections transversales convexes, dans lesquelles la fig. 8c ressemble de plus près à l'exemple de l'élément 32 des fig. 4 et 5. La fig. 8d montre un de ces éléments avec me surface frontale inclinée et une surface arrière tombant rapidement alors qu'une configuration contraire est montrée à la fig. 8e. Ici encore, le 40 choix de la forme de la section transversale dépendra de l'ap 69 23198 10 2012571 plication particulière, et d'autres facteurs, tels que les propriétés du matériau. Le coût du renouvellement peut aussi être important. Dans chaque configuration, on voit que l'élément a une surface arrière qui forme avec la surface adjacente 32 une section 5 dans l'ensemble concave pour la production et l'amplification des tourbillons. Comme le montre la fig. 2, la structure engendrant les tourbillons comprend des concavités formées sur ou dans une première surface de contrôle de l?air. Une disposition modifiée est montrée 10 à la fig. 9 où les ondulations de la surface forment des creux 28 et des crêtes 29 alternés ayant un espacement périodique 52 qui peut i'tre de l'ordre d'environ 10 mais pouvant varier entre 5 d et 20 d. La profondeur 53 est de préférence inférieure à l'épaisseur de la couche limite. Le creux de tête 28' est d'une cons- 15 truction quelque peu différente, en vue d'une formation plus efficace des tourbillons, et comprend une série de plaques de remplissage 55 en forme de coin, espacées longitudinalement. La pointe 56 d'une plaque 55 est tournée vers l'avant, et la surface supérieure 57 est coplanaire à la surface 22 et se raccor-20 de à cette surface à travers le dessus du creux 28', de façon que la plaque 55 ne pénètre pas dans le courant d'air ou dans la couche limite. Que la plaque 55 ait des bords vifs à angle droit ou légèrement arrondis n'affecte pas de façon critique la force des tourbillons produits. 25 II fait partie de l^invention d'utiliser des creux ou dépressions de surface 28 à la place des éléments protubérants 32 représentés aux figs. 7 et 8. Dans toutes les réalisations des fig® 6 et 10 à 15, il est entendu que les dispositions représentées des séries dséléments concernent l'un et l'autre des types de cons- 30 truction produisant des tourbillons, c'est-à-dire soit le type convexe 32 soit le type concave (28). La fige 6 montre une série typique d'éléments 32 ou 28 dans laquelle les éléments sont disposés en chevrons individuels 60, sur la gauche de la figa 6, et en une disposition en zig-zag continue 35 62 sur la droite. Une seconde série de chevrons 70 est disposée en aval de la première série 60 et produit une amplification des tourbillons. De mime, une série en zig-zag continue 72 est placée en aval de la. série 62 dans le même but. Il n'est pas nécessaire que les éléments eux-mêmes soient disposés en lignes droites 40 comme dans les exemples 62, 70 et 72. Ainsi une troisième série 69 2319& îi 2012571 peut comprendre une ligne ondulée 74 disposée en aval et commune aux séries 60-70 et 62-72, en vue d'une amplification nette supplémentaire des tourbillons. La fig. 10 représente plusieurs applications de la présente 5 invention à un avion 76. Un ensemble de séries d'éléments en dents de scie 78 peut être disposé juste à lTavant du conduit d'admission d'un moteur 80 pour empêcher le décollement lorsque l'air s'approche de l'admission, tandis qu'une autre série 82 peut être disposée juste après le bord relativement aigu de l'admission 80 10 du moteur pour empêcher le décollement aux grands angles d'attaque. Un autre ensemble de séries d'éléments indiqué en 84, fig.10, à la jonction aile-fuselage dévie l'air de la ccuche limite et crée et amplifie des tourbillons pour é viter le décollement à cette jonction. Des séries semblables pourraient être utilisées 15 à la jonction des surfaces des stabilisateurs horizontaux et verticaux. Le décollement aux surfaces mobiles, telles que volets, ailerons, etc. peut être évité au moyen de séries en dents de scie du type 60-70 ou 62-72, ayant leur première rangée disposée en avant 20 du point d'articulation, comme montré en 88. Un second rang 90 est disposé en aval du point d'articulation. Les fig. 11 et 12 montrent une façon particulière dont les enseignements de la présente invention peuvent être appliqués à une aile et un volet dans lesquels un volet fendu 95 du type Fowler 25 est monté sur une aile 96. Dans les fig. 11A. et 11B le volet 95 est dans sa position complètement rentrée dans l'aile 96. Dans cette position, aucune des séries d'éléments n'est exposée. Toutefois, comme montré dans les fig. 12& et 12B des doubles rangées en chevrons d'éléments sont placés en 100 de manière adjacente au 30 bord d'attaque du volet, et de cette façon obligent le flux s'é-chappant de la fente 102 à s'écouler le long de la surface supérieure du volet 95 au lieu de s'en écarter J)es séries 105 supp3émen-taires peuvent être utilisées sur la surface supérieure de l'aile (fig. 10) pour retarder le décollement de flux en toutes régions 35 qui se trouvent présenter l'angle minimal d'incidence critique. Dans toute application des inventions aux réalisations décrites ci-dessus, la configuration de l'ondulation, (c'est-à-dire sa longueur, la forme en plan et le profil longitudinal et transversal des éléments, l'espacement dans le sens du courant, et le fait que 40 des crêtes 32 ou creux 28 soient utilisés) est choisie d'après 69 23198 12 2012571 des considérations de, géométrie de surface, d'épaisseur de couche limite, de l'histoire antérieure de l'écoulement, et de gradient de pression. Par exemple, les séries 100 sur le volet d'aile 95 pourraient être plus facilement logées à l'intérieur de l'aile 5 dans la position rentrée de la fig. 11 si les générateurs utilisés étaient du type en creux. Lorsqu'il est fait usage d'une succession de séries, telle que 60-70 et 62-72 de la fig. 6, les éléments sont à orienter de telle manière qu'aux grands angles d'attaque les filets de courant près 10 de leurs crêtes divisent suivant leurs bissectrices les angles des éléments en V ou en dents de scie. Cette précaution est particulièrement importante pour réduire la trainée des éléments dans les applications transsoniques ou supersoniques. Dans certains cas, pourtant, la modification de direction de l'écoulement dans 15 la couche limite peut être si grande qu'on ne peut éviter une certaine trainée. Dans ces conditions on peut utiliser des séries rétractables, ou une construction semblable à celle des dégivreurs des anciens avions qui permettrait le gonflement des séries d'éléments lorsqu'on se rapprocherait de la configuration de début de 20 décollement, par exemple lors de l'approche de l'atterrissage. La fig. 13 représente l'application de l'invention à une ailette lourdement chargée de compresseur, de turbine ou similaire. Si l'ailette 110 était chargée légèrement, il pourrait s'agir d'une pale de ventilateur, d'hélice ou de rotor d'hélicoptère. Les séries 25 112 génératrices de tourbillons sont représentées comme étant placées dans la région d'écoulement trans-sonique, dans le cas d'un compresseur, où le choc de compression se produit quelque part entre le bord d'attaque 113 des séries et le bord arrière, suivant le nombre de ï&ch relatif des éléments de l'ailette. Dans 30 cette réalisation, les générateurs sont représentés sous la forme d'une série d'éléments en forme de V essentiellement comme représenté en 60 et 70 de la fig. 6, et les filets de courant 115 près du sommet de l'élément générateur divisent par moitiés l'angle aigu formé par les éléments dans chaque série, de telle façon que 35 les demi-angles 116 sont inférieurs à l'angle dont le sinus est l'inverse du nombre de îfech local au bord de la couche limite. La fig. 14 montre l'application de la présente invention à la surface interne d'un diffuseur 120. Dans cette application, comme en d'autres, une combinaison d'éléments peut être employée, comme 40 des éléments de crête 122 en forme de V, suivis à l'aval par des 69 23198 13 2012571 séries circulaires intérieures de creux 124 et de crêtes 125 alternés. Toute combinaison de ces éléments peut être utilisée en vue d'assurer le retard de décollement de flux souhaité. Dans certains cas, on peut préférer placer la première série 122 de géné-5 rateurs de tourbillons en avant de l'étranglement du diffuseur, l'ondulation étant définie par les éléments 124 et 125 venant après en aval. De cette manière, la production des tourbillons elle-même, ne provoquera pas le décollement du flux. Au moyen de ces dispositions de contrôle de décollement, le rapport de finesse 10 (longueur sur diamètre maximal) pour la trainée minima de solides de révolution (sous-marins, avions, torpilles, réservoirs de pointe d'avions, nacelles de moteur, etc.) peut être réduit avec en conséquence une réduction de la trainée globale et une simplification de construction, résultant de l'augmentation du rapport du 15 volume à l'aire de la surface. Du fait que l'emploi des séries d'ondulations en V ou en dents de scie permettrait une diminution rapide du diamètre en arrière de la section maximale sans produire de décollement de flux, une nouvelle réduction de trainée serait facilitée par suite de l'augmentation qui en résulterait de la 20 surface relative de la couche limite laminaire par rapport à la couche limite turbulente. À titre d'exemple de l'application^des enseignements de la présente invention à une surface, un profil d'aile symétrique-ayant une corde de 37 cm, une envergure de 42 cm, avec des plaques d'ex-25 trémité de 55 cm de diamètre- a été montée sur une plaque tournante près du centre de la section transversale d'un tunnel aérodynamique, l'orientation de celle-ci pouvant être modifiée de façon continue de l'extérieur du tunnel. La vitesse du vent était de / 6 38 m/sec et le nombre Reynolds était 10. 30 Les générateurs de tourbillons se composaient d'éléments du type tige, figs. 7a et 8a, disposés sur tin seul rang en forme de V, comme représenté en 60 fig. 6. Les tiges formant les bras des V avaient un diamètre de 2,5 mm et une longueur de 45 mm; l'angle inclus total des V était de 25 degrés et leur espacement en tra- 35 vers de 30 mm. L'aile nue était à l'incidence critique, dans la zone située au milieu de l'envergure et de la corde, pour un angle d'attaque a de 14,7 degrés. Les générateurs de tourbillons furent alors fixés à la surface avec la pointe des V à 114 mm du bord d'attaque. L'é-40 coulement aux environs de la moitié de l'envergure ne décrocha 69 23198 14 2012571 pas jusqu'à a = 19°,5 et même alors le décrochage était limité à la région avoisinant le bord arrière. Les générateurs de tourbillons du type ondulé retardèrent le décrochage d'environ 5°, conduisant à une augmentation du coefficient de portance maximale 5 d'environ 0,5* Les résultats quantitatifs furent quelque peu affectés par l'écoulement latéral provenant des plaques d'extrémités aux plus grands angles d'attaque, mais l'emploi des générateurs de tourbillons produisit une augmentation de la portance maximale. L'essai fournit l'information technique suivante : 10 Une série d'un générateur du type en V renversé d'une hauteur de 0,5 d, d'une longueur de 9 d, avec un angle inclus total de 25°, et un espacement transversal de 6 d, avec le point milieu situé à 0,36 de la corde, retarde le décrochage de l'aile d'environ 59, augmentant de ce fait le coefficient de portance maximale 15 d'environ 0,5. par rapport à celui de l'aile dépourvue de générateurs . Considérant l'amplification des tourbillons transversaux quand ils franchissent une région concave, le résultat ci-dessus pourrait être amélioré en ajoutant taie ou plusieurs séries d'à peu 20 près les mêmes dimensions à des intervalles suivant la corde de 50 â 75 mm. D'autre part, le résultat ci-dessus pourrait être égalé, avec une réduction consécutive de l'augmentation de trainée, en utilisant environ trois séries avec une hauteur d'élément d'environ 0,25 d et des espacements dans le sens de la corde de 25 33 à 50 EEU Les essais montrent qu?un retard effectif du décollement de flux peut être obtenu avec ce type de générateur de tourbillons avec un rapport de la hauteur du générateur à l'épaisseur de la couche limite d'environ la moitié de celui qui est recommandé 30 pour le générateur du type à ailette. Aux vitesses trans-soniques et supersoniques les séries en dents de scie ou en forme de V renversé de la fig. 6 sont particulièrement avantageuses car la ligne des crêtes pourrait être balayée en-deça de l'angle de Mach [arc'si& g 3 Pour le nombre de 35 Mach maximal â atteindre; ainsi la trainée d'onde serait supprimée ou réduite à un minimum. Donc, par exemple, sur une surface portante où la production de tourbillons peut être nécessaire pour retarder le décollement de flux aux basses vitesses, la trainée aux grandes vitesses serait réduite. 40 Lorsqu'ils sont utilisés sur des ailettes de stator et de 69 23198 15 2012571 rotor de compresseur ou de turbine, comme dans la fig. 13, les générateurs peuvent être utilisés pour éviter le décollement de flux, notamment sur des ailettes prévues pour une forte charge. Mais mime aux faibles charges, ils seraient efficaces pour retar-5 der ou éviter le " décollage par choc " aux positions radiales où l'écoulement relatif est trans-sonique. Dans ces positions les éléments d'ondulation en V ou en dents de scie 32 fixés à l'ailette en amont du point de choc, empêchent le décollement de flux dans la région de rétablissement rapide de la pression associé au 10 choc. Les éléments des séries seraient tous balayés en-deça de lTangle de Mach de l'écoulement en amont du choc. Dans toutes les applications aux vitesses trans-soniques et supersoniques on obtiendrait une trainée minimale si l'on a soin qu'en aucun point un filet de courant ne rencontre une rotation de 15 compression supérieure à l'angle de îfe.ch. Une possibilité de réduire la trainée serait de profiler les éléments de façon à les réduire graduellement à des pointes d'amplitude nulle aux points d'attaque et de fuite. L'invention permet d'éviter ou retarder le décollement de flux 20 dans l'écoulement autour des coudes ou parties semblables des conduites fermées, ou autres passages d'écoulement confinés, en plaçant des générateurs convenables dans la paroi de la conduite en amont de la région de décollement de flux. De plus, l'invention peut être utilisée pour éviter ou retarder le décollement de flux 25 dans les angles rentrants de véhicules spatiaux, par exemple à la jonction du corps et d'une fusée à la surface de missiles ou analogues. Cet organe permet d'augmenter le taux d'échange thermique entre le fluide et la surface, aussi bien que de retarder le décollement 30 de flux. Cette utilisation vient du fait que toute augmentation du brassage entre le courant extérieur et les couches du fluide adjacentes à la surface augmente l'échange de chaleur entre le fluide et la surface aussi bien qu'il retarde le décollement du flux. Ainsi, non seulement évitera-t-on la région de décollement 35 de flux avec son taux d'échange thermique très bas, mais, de plus, le taux d'échange thermique pourra être augmenté sur la totalité de la surface mouillée par l'apparition de tourbillons longitudinaux. Dans ce but, la surface entière pourrait être rendue ondulée comme le montrent les fig. 2 et 9 par exemple, les amplitudes 40 dans ce cas pouvant n'être que d'environ un tiers ou moins de 69 23î98 16 2012571 1*épaisseur de la couche limite. Si l'échangeur de chaleur comporte des lamelles de tôle parallèles très rapprochées, on peut y découper des ondulations en "V" ou en dents de scie 32, ayant des demi-angles au sommet 116 (fig. 13) de 20° à 40° par exemple. 5 Un échangeur de chaleur conforme à l'invention est montré en 200 à la fâg. 15* L'échangeur 200 utilise un grand nombre de lamelles en tôle 202 parallèles très rapprochées dans lesquelles on a formé les ondulations en V ou en dents de scie 32. Le demi-angle au sommet indiqué par 116 à la fig. 13, peut se situer entre 10 20° et 40°, et les éléments de l'ondulation peuvent être avantageusement emboutis dans les lamelles 202, formant ainsi des crêtes positives d'un côté de la tôle et des crêtes négatives sur la face opposée. Il est préférable, en empilant les lamelles 202 de l'é-changeur, de les disposer de manière qu'une crête sur l'une des 15 tôles soit opposée à un creux de la tôle suivante, bien que cela ne soit pas critique. Les tubes refroidissants 205 traversent normalement les tôles 202, et ont de préférence un coefficient de finesse supérieur à l'unité, avec leur plus grand axe dans le sens du courant princi-20 pal. Les éléments d'ondulation 32 et les tubes 205 sont de préférence espacés de façon à former une paire de tourbillons entre chaque paire de tubes. Les éléments d'ondulation sur les lamelles 202 donnent naissance et amplifï ent une série de tourbillons dans le sens du courant 25 avec des sens de rotation alternés. Si le nombre de Reynolds de la couche limite est d'environ 500 ou au-dessus, les tourbillons engendrés créent un régime turbulent, et le taux d'échange de chaleur est sensiblement majoré par rapport à celui d'un échangeur de chaleur classique. 30 En d'autres termes, les tourbillons longitudinaux augmentent le taux d'échange thermique que la couche limite soit laminaire ou turbulente, et, dans le cas où elle est laminaire,1'éffet âesl tourbillons provoque le passage au régime turbulent, provoquant une augmentation supplémentaire du taux d'échange thennique. Les tu- 31 bes de refroidissement 205 sont soumis à une composante notable d'écoulement axial qui fait partie du champ d'écoulement tourbil-lonnaire. Le champ d'écoulement incliné qui en résulte tend à retarder le décollement de flux et augmente davantage le taux d'échange thermique. 40 On voit ainsi que cette invention fournit des moyens situés 69 23198 17 2012571 dans la couche limite de créer des tourbillons et capables dEmpêcher ou de retarder le décollement de flux d'un fluide s'écou-lant sur une surface courbe. Les générateurs à l'intérieur de la couche limite peuvent prendre la forme soit de concavités dans la 5 surface, soit de crêtes qui définissent des concavités sur leur face aval, et sont disposés en séries de telle façon que des séries postérieures entraînent l'amplification des tourbillons produits par les séries antérieures. Les générateurs de tourbillons de la présente invention sont en conséquence particulièrement 10 adaptés à être utilisés sur des corps à symétrie axiale ou autres à trois dimensions, dans les diffuseurs et passages courbes, sur des surfaces de contrôle, sur des ailettes de compresseurs ou de turbines, et analogues, à des vitesses relatives subsoniques, trans-soniques et supersoniques où le trainage, la production de 15 bruit, l'encombrement, le prix et le poids des générateurs du type à Ailettes ne sont pas justifiés ni réalisables. Les dimensions et les configurations des séries en zig-zag ou en forme de V sont à déterminer pour utiliser au maximum le tourbillonnement de la couche limite (en orientant, dans le sens du courant, les 20 vecteurs tourbillons de la couche limite) pour la formation de tourbillons dans le sens du courant afin de retarder le décollement de flux et/ou augmenter l'échange de chaleur. En comparaison, le dispositif du type à ailettes, qui avance plus de deux fois plus loin dans le courant dépend, pour la forma 25 tion des tourbillons, . Bien que les dispositifs et les procédés ci-dessus décrits constituent des réalisations préférées de l'invention, il doit être entendu que celle-ci n'est pas limitée à ces formes particu-35 lières de dispositifs et de procédés et que des modifications peuvent y être apportées sans sortir du domaine de l'invention tel qu'il est défini dans les revendications annexées. 69 23198 18 2012571 REVENDICATIONS 1 - Procédé de contrôle de la couche limite dans un écoulement de fluide pour retarder ou empêcher le décollement de flux sur une surface courbe et pour améliorer le taux d'échange thermique 5 entre cette surface et ce fluide, caractérisé en ce que l'on provoque en une région discrète amont de la couche limite la formation d'un tourbillon dans le sens du courant, et en ce qu'on amplifie ce tourbillon dans la couche limite en une série de régions discrètes aval sur cette surface. 10 2 - Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on provoque la formation, dans la couche limite de fluide adjacente à la surface/l'une série de tourbillons de sens de rota-tion alternés et dirigés dans le sens du courant par rapport à cette surface, afin de provoquer le brassage du courant de fluide 15 dans la couche limite® 3 - Dispositif de contrôle de la couche limite dans un é coule-ment fluide pour déplacer ou retarder l'amorçage d'un décollement de flux sur une surface courbe et pour améliorer le taux d'échange thermique entre ce fluide et cette surface, comportant une série 20 d'éléments de surface disposés sur la surface précitée, caractérisé en ce que ces éléments de surface constituent des régions concaves génératrices de tourbillon, certains de ces éléments étant disposés en aval par rapport à d'autres de ces éléments pour produire une amplification du tourbillon et ces éléments ayant dans 25 ces régions concaves une hauteur efficace inférieure à l'épaisseur de la couche limite de fluide adjacente. 4 - Dispositif conforme à la revendication 3* caractérisé en ce que certains de ces éléments forment sur la surface précitée des crêtes orientées de façon générale transversalement par rap- 30 port à la direction de l'écoulement, les régions concaves étant formées sur le côté aval de ces éléments. 5 - Dispositif conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que ces crêtes ont une hauteur sensiblement égale à la moitié de l'épaisseur de la couche limite. 35 6 - Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que certains au ifloins de ces éléments définissent des creux dans ladite surface, les axes de ces creux étant orientés de façon générale transversalement par rapport à la direction de l'écoulement du fluide. 40 7 - Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en 69 23198 19 2012571 ce que les dits éléments sont disposés en séries adjacentes d*éléments composées de plusieurs rangées généralement transversales par rapport à la direction de l'écoulement, les éléments dans chacune de ces rangées étant inclinés à un certain angle par rap-5 port à ceux d'une rangée voisine et à la direction de l'écoulement, en zig-zag alternés, de manière que chaque série engendre un tourbillon ayant un sens de rotation opposé à celui engendré par une série adjacente. 8 - Dispositif conforme à la revendication 7, caractérisé en 10 ce que les éléments constituent d'autres séries disposées à l'aval par rapport à une série amont correspondante; les éléments de la série aval étant disposés de manière à intercepter et à renforcer les tourbillons de même signe qui ont été engendrés par la série amont. 15 9 - Dispositif conforme à la revendication 3» caractérisé en ce qu'au moins certains des éléments sont disposés en rangées orientées de manière générale transversalement par rapport à la direction de l'écoulement, ces rangées étant espacées l'une de l'autre d'une distance comprise-entre cinq et vingt fois l'épaisseur de 20 la couche limite. 10 - Dispositif conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que les éléments alternent entre crêtes et creux dans le sens d'écoulement du fluide. 11 - Dispositif conforme à la revendication 3» caractérisé en ce 25 que les éléments sont disposés sur la surface en une suite de séries en V, les pointes de ces séries étant orientées dans la direction de l'écoulement du fluide et les filets de courant divisant les angles au sommet des séries suivant leur bissectrice. 12 - Dispositif conforme à la revendication 11, caractérisé en 30 ce que le demi-angle au sommet des séries en V est un angle aigu et est inférieur à l'angle dont le sinus est l'inverse du nombre de Mach local au bord de la couche limite. 13 - Dispositif conforme à la revendication 3, pour l'amélioration du taux d'échange thermique entre deux milieux fluides et 35 comprenant une série de lamelles espacées et de tubes de refroidissement traversant ces lamelles, caractérisé en ce que ces lamelles comportent un certain nombre d'éléments d'ondulation de surface ayant une amplitude inférieure à l'épaisseur de la couche limite de fluide, ces éléments d'ondulation s'étendant de façon 40 générale transversalement par rapport à la direction de l'écou 69 23198 20 2012571 lement du fluide au-dessus de ces lamelles pour y créer et y amplifier des tourbillons longitudinaux. 14 - Dispositif conforme à la revendication 13, caractérisé en ce que les éléments d'ondulation forment un certain nombre de crêtes en forme de V ayant un demi-angle au sommet compris entre 20° et 40°. 15 - Dispositif conforme à la revendication 13, caractérisé en ce que les tubes de refroidissement ont un rapport de finesse supérieur à l'unité.