Brevet FR2228168A1 — publié le 19741129

La présente invention a pour objet un procédé pour assurer la déviation d'un écoulement fluide le long d'une paroi convexe en mouvement relatif par rapport à 11 écoulement et des dispositifs de mise en oeuvre du procédé, la paroi pouvant Aetre un corps immergé dans un courant de fluide, un canal par exemple, un diffuseur contenant un courant de fluide ou une surface portante d'aérod-ne ou d'hydroptère, hypersustentée se déplaçant dans l'atmosphèreO Bien que l'invention soit décrite plus particulièrement selon les lois de l'aérodynamiquet elle s'applique aussi bien aux liquides qu'aux gaz, à l'air, à un mélange ou émulsion de liquides et de gaz. Il est connu que l'écoulement sur llextrados d'une aile munie de volets de courbure faiblement braqués est dévié, ce qui assure une meilleure portance à l'aéroeyne, par contre aux forts braquages il se nroduit un décollement de 11 écoulement à la jonction aile-volet avec formation de tourbillons. On a essayé de remédier à cet inconvénient en injectant suivant une fente transversale à cette jonction, du fluide, de l'air par exemple, pour alimenter ltespace entre le volet et l'écoulement afin d'éviter la formation de tourbillons et assurer la déviation correcte de ltécoulernen-tO Ce procédé conduisait à une consommation prohibitive de fluide injecté et un résultat médiocre. La présente invention permet de retarder et meme d 'sévi ter le décollement de l'écoulement sur une paroi de forte convexité: On peut citer comme principales applications non limitatives - en écoulement externe : l'hypersustentation des surfaces portantes d'aérodynes et d'hydroptères. - en écoulement interne : diffuseurs d'angle élevé0 Suivant l'invention, on dispose au droit de la naissance de la forte courbure une cavité formée dans la paroi, de section sensiblement circulaire ouverte en regard de l'écoulement, et disposée transversalement au sens de déplacement de l'écoulement, et lton injecte et/ou lton aspire, sensiblement selon l'axe de la cavité, d fluide, de préférence de même nature que celui de ltécoulementO Ainsi on crée ou tout au moins on renforce la formation d'un tourbillon interne dans la cavité dont la vitesse de rotation est considérablerzent augmente ce qui est favorable à une déviation sans tourbillons parasites de l'écoulement0 Ainsi pour des vitesses élevées de cet écoulement, on a pu constater le recollement de lSécoulement en aval de la cavité pour des déviations de l'ordre de 250 entre l'amont et l'aval de la cavité de paroi. On a montré que dans certaines formes de cavité il était possible d'obtenir des tourbillons stables e Cependant la vitesse périphérique du cylindre ou volume fluide ainsi constitué, est insuffisante pour que l'effet recherché sur l'écoulement (type effet Magnus) soit efficace. L'injection d'un débit au centre du cylindre entraine, par transfert de la quantité de mouvement du jet, une accélération du fluide en rotation.Le centre du tourbillon étant dépressionnaire on peut arriver à une configuration stable de jet axial et bénéficier d'un effet d'amplification de la vitesse périphérique du cylindre ou volume fluide0 Suivant un mode de réalisation adapté à l'hypersusten- tation de voilure, la cavité est délimitée par l'extrémité aval du profil et l'extrémité amont du volet qui est articulé à ce profil, ou dans l'extrémité amont seule du volet, Cette cavité présente, en ltespèce sensiblement la forme d'un cylindre ouve t en regard de l'écoulement et fermé à ses bases.Cette cavité est ouverte lorsque le volet est braqué (configuration d'hypersLstenta- tion) et fermée lorsque le volet est non braqué (configuration lisse)0 L'axe d'articulation du volet est disposé soit selon ltaxe de la cavité, les tuyères de soufflage et/ou d'aspiration étant associées aux charnières d'articulation, soit selon un axe différent, les tuyères étant alors solidaires soit du profil fixe soit du volet mobiles L'alimentation en fluide des tuyères de soufflage peut autre assurée, sans dispositif générateur auxiliaire, par la différence de pression existant entre la pression dynamique de l'écou- lement et la pression statique au niveau de la cassure du volet où existe une zone de survitesse importante génératrice de dépres sinon, La tuyère est alors alimentée par des conduits reliés soit à des tubes qui sortent à l'extrados du profil lorsque le volet est braqué, soit à des orifices qui se découvrent à l'intradosO Il est bien évident que l'alimentation en fluide des tuyères de soufflage peut autre également assurée par du fluide sous pression (par exemple de l'air comprimé) fourni par un compresseur auxiliaire, prélevé sur le compresseur du moteur ou par une réserve de fluide sous pression. De même les tuyères dtaspiration peuvent autre reliées à une source de fluide déprimogène (pompe à vide, éjecteur) ou à un tube de venturi disposé dans l'écoulement, par exemple à l'extré- mité de l'aile ou dans le vent du propulseur. Suivant une disposition avantageuse de l'invention, une tuyère de soufflage est associée avec un carénage pour former une trompe permettant de réaliser un ensemble disposé suivant ltaxe de la cavité, injectant du fluide d'un cgté et aspirant le fluide ambiant de l'autre ; une pluralité de tels ensembles pourrait ainsi autre disposée suivant l'axe de la cavité. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, fera bien comprendre comment l'invention peut autre réalisée, les particularités qui ressortent tant des dessins que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention a La figure 1 est une vue en perspective schématique d'uni profil d'aile prolongé par un volet de courbure en configuration lisse. La figure 2 est une vue similaire à celle de la figure 1, mais dans laquelle le volet de courbure est braqué et découvre une cavité non munie des dispositifs d'injection et/ou d'aspiration, La figure 3 est une vue identique à celle de la figure 2, dans laquelle la cavité est pourvue de dispositifs d'injection et/ ou d'aspiration. La figure 4 est une vue en perspective d'un mode de réalisation de l'invention0 La figure 5 est une vue de détail de l'ensemble injecteur-aspirateur. Les figures 6 et 7 sont des vues en perspectives de l'application de l'invention à des diffuseurs respectivement de révolution et bîdimentionnel. En regard de la figure 1, on peut voir un profil 1 d'aile d'aérodyne, prolongé par un volet de courbure 2 représenté en position non braquée (configuration lisse) sur lequel ont été figurées les lignes de courant de l'écoulement 3 épousant la forme dudit profil, A la jonction du profil et du volet est aménagée dans le volet 2, une cavité 4 de section sensiblement circulaire,fermée en configuration lisse, par l'extrémité aval du profil 1. Dans la position braquée, (confIration dlhypersusten- tation) figure 2, le volet 2 qui a pivoté autour de son axe, démasque la cavité 4. Le volet étant fortement braqué, les lignes de courant décollent au niveau de la jonction profil-volet avec formation d'une zone de turbulence située entre le volet et le prolongement du profil. Lorsque l'on met en oeuvre l'invention, clest-à-dire si l'on injecte et/ou aspire suivant l'axe de la cavité, il se crée dans la cavité un mouvement tourbillonnaire 5 dans le sens de l'écoulement, induisant la couche liminaire qui se dévie, entrainant avec elle un écoulement qui s'attache par effet de paroi au volet, améliorant ainsi considérablement la portance de l1aile sans création d'une zone de décollement parasite. Sur la figure 4, un volet dthypersustentation 2 est articulé en 6 à l'extrémité aval du profil 1. En position braquée du volet 2, la cavité 4 est démasquée. Ladite cavité 4 comporte des injecteurs 7 aménagés suivant l'axe de la cavité et des tuyères d'aspiration 8, également aménagées suivant l'axe de la cavité de telle façon qu'en regard d'une tuyère de soufflage 7 soit disposée une tuyère d'aspiration 8. Suivant la variante de la figure 5, une tuyère de soufflage et une tuyère d'aspiration sont combinées. La tuyère de soufflage 7 est alimentée en fluide par un conduit 9 raccordé à une prise de pression dynamique, à un compresseur ou tout autre moyen connu délivrant un fluide sous pression. Cette tuyère 7 est entourée par un carénage 10 en forme de trompe de façon que le jet inducteur issu de la tuyère induise le fluide ambiant se trouvant en arrière de la trompe. On réalise ainsi un ensemble compact éjectant du fluide suivant l'axe de la cavité, dans une direction et aspirant le fluide ambiant également suivant l'axe de la cavité. Une pluralité de tels ensembles est disposée le long de l'axe de la cavité à une distance appropriée fonction en particulier des niveaux relatifs de pression au droit des cavités. Les figures 6 et 7 représentent schématiquement un autre mode de réalisation de l'invention appliquée aux diffuseurs respectivement de révolution et bidimensionnel. En se reportant à la figure 6, on peut voir un diffuseur constitué par un conduit cylindrique 11, une partie de transition conforme à l'invention et un conduit tronconique 12a La partie de transition aménagée à la naissance de l'évasement du conduit tronconique 12 comprend une cavité 13 de forme sensiblement torique disposée à l'extérieur de la périphérie du diffuseur mais en communication avec ce dernier.Suivant la ligne médiane de cette cavité 13, sont disposés régulièrement des injecteurs 14 soufflant dans un même sens.Ces injecteurs 14 sont alimentés soit à partir d'une source de pression auxiliaire soit à partir d'un piquage sur le conduit en aval du diffuseur0 De même, comme montrée figure 7, l'invention peut s'appliquer à un diffuseur constitué d'un conduit rectangulaire 15 s'évasant suivant deux cotés 16a et 16b opposés et restant plan sur les deux autres, Au droit des évasements sont disposées deux cavités 17a et 17b sensiblement cylindriques ouvertes vers l'intérieur du diffuseur chacune étant munie d'au moins une tuyère de soufflage 18 et une tuyère d'aspiration 19 situées suivant son axe et en regard l'un de l'autre. Le fonctionnement de ces diffuseurs pourvus du dispositif suivant l'invention est sensiblement le mAeme que pour celui des volets hypersustentateurs. L'écoulement de fluide parcourant le conduit 11 ou 15 subit un décollement en l'absence du dispositif suivant l'invention, au droit de l'amont de ltévasement. Idae création d'un touri-,i"oc dans la (ou les) cavité 13 (ou 17a et 17b)r7ttesse élevée grtce à l'injection de fluide suivant l'axez analogue à un cylindre fluide assure le recollement de l'écoulement Bien entendu, les tuyères de soufflage et d'aspiration peuvent être avantageusement remplacées par un ensemble compact ou trompe tel que décrit en regard de la figure 5. Dans le cas du diffuseur rectangulaire, un autre diffii- seur peut autre disposé en aval de la sortie du premier de manière à assurer soit un évasement des faces restées planes, soit pour provoquer un évasement plus accentué des faces déjà évasées De meme 011 peut réaliser un diffuseur conportant un évasement de toutes ses faces0 Dans ces différents modes de réalisation, un dispositif selon l'invention sera aménagé dès que ltévasernent sera suffisamment important pour provoquer le décollement de I'écouleent, Il va de soi que les modes de réalisation décrits ne sont que des exemples et lton pourrait les modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques sans sortir pour cela du cadre de l'invention REVEIEDICATIONS 1. Procédé pour favoriser la déviation d'un écoulement de fluide le long dtune paroi à surface convexe, caractérisé en ce que l'on aménage, à la naissance de l'augmentation de convexité de ladite paroi, une cavité qui, en fonctionnement, est ouverte en regard de l'écoulement; et en ce que l'on aspire et l'on injecte du fluide suivant l'axe ou la ligne médiane de ladite cavité pour y créer ou y renforcer un tourbillon qui induit l'écoulement le long de ladite paroi. 2. Dispositif pour favoriser la déviation dgun écoulement de fluide le long d'une paroi à surface convexe, caractérisé en ce qu'il comprend - une cavité ménagée à la naissance de l'augmentation de convexe xité de ladite paroi, ladite cavité étant ouverte, en fonc tionnement, en regard de l'écoulement; et - au moins une trompe qui aspire et qui injecte du fluide sui- vant l'axe ou la ligne médiane de ladite cavité pour y créer ou y accélérer un tourbillon qui entrain l'écoulement 1 long de ladite paroi. 3. Application du procédé selon la revendication ou du dispositif selon la revendication 2, à l'hypersustentation de surfaces portantes d'aéronefs ou d'hydroptères, dans laquelle ladite cavité sSouvre à à l'écoulement lors du braquage des vo- lets d'hypersustentation0 4. Application du procédé selon la revendication 1 ou du dispositif selon la revendication 2, à des diffuseurs de ré volition, Sa Application du procédé selon la revendication 1 ou du dispositif selon la revendication 2, à des diffuseurs bidimentionnels, selon laquelle ladite cavité est située à la naissance de ltévasement dBau moins une face du diffuseur.