Brevet FR2633045A1 — publié le 19891222

La présente invention concerne une chambre d'essais de soufflerie à parois ventilées, Dans les souffleries connues actuellement, en particulier dans les souffleries dites subsoniques, transsoniques ou supersoniques, la chambre d'essais peut être dépourvue de parois, la chambre étant dite alors å veine libre, ou -équipée de parois pleines, la chambre étant dite alors à veine guidée, ou équipée de parois ventilées fixes ou déformables, la chambre étant alors dite à veine à fentes longitudinales ou transversales, ou équipéede parois perméables, la chambre étant alors dite a veine poreuse ou perforée. Dans tous ces types de souffleries, des perturbations apparaissent dans l'écoulement du. fluide autour des objets en essai, si les dimensions de l'objet ou de sa maquette sont importantes comparées aux dimensions transversales de la chambre d'essais. Pour réduire ces perturbations, des chambres d'essais à parois pleines et déformables ont été proposes, comme celles décrites dans le brevet FR-2.401.1i1. Cependant, le fonctionnement de ces chambres d'essais, bien que théoriquement correcte lorsque l'objet à tester est de type bidimensionnel et de dimensions relativement faibles, comme dans le cas d'une aile d'avion par exemple, ne peut convenir pour des objets fortement tridimensionnels, comme pour ' des corps de révolution d'un missile ou d'une automobile par exemple, ou pourdes objets de très grands encombrements par rapport aux dimensions de la chambre d'essais. Pour mieux appréhender les caractéristiques de la chambre d'essais conforme à l'invention et qui sera décrite plus loin, il va être considéré ci-après deux types d'écoulement subsonique et supersonique, respectivement, pour mieux poser les problèmes dûs aux perturbations de la veine fluide a l'intérieur de la chambre d'essais. Dans le cas d'un écoulement subsonique, l'écoulement du fluide autour d'un corps est continu, c'est-à-dire que les lignes de courant ne présentent pas de discontinuité de courbure. Cependant, une chambre d'essais avec des parois non adaptées provoque des variations de vitesse sur l'objet a tester, variations qui faussent d'autant plus les résultats des essais que les parois de la chambre sont plus proches de l'objet. Dans le cas d'un écoulement supersonique, l'expérience montre que .des ondes de choc apparaissent au bord d'attaque et au bord de fuite de l'objet à tester. Ces ondes de choc se réfléchissent sur les parois de la chambre d'essais et peuvent heurter l'objet en entrainant des résultats d'essais erronés. Un tel phénomène est d'autant plus important que l'objet est de grandes dimensions comparées à celles de la chambre d'essais. Dans les deux cas évoqués ci-dessus, on conçoit que les conditions limites de glissement entre les filets de la veine fluide, å une certaine distance des objets à tester et près des parois de la chambre d'essais, vont être très différentes suivant que l'écoulement du fluide est subsonique ou supersonique. Le but de l'invention est de réduire ou d'annuler les contraintes apportées par les parois de la chambre d'essais au fluide qui s'écoule dans la soufflerie. A cet effet, l'invention propose une chambre d'essais de soufflerie à parois ventilées, et qui se caracterise en ce qu'elle comprend des éléments montes mobiles par rapport aux parois de la chambre d'essais, du côté extérieur de celle-ci par rapport a l'écoulement du fluide s'écoulant à l'intérieur de la chambre d'essais et montés en regard des ouvertures des parois, et des organes d'actionnement associés aux éléments mobiles pour régler la section de passage du fluide au travers des ouvertures et, par suite, pour régler au moins localement et à volonté la porosité des parois ventilées. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, les ouvertures sont constituées dans l'une au moins des parois de la chambre d'essais par au moins une fente délimite entre -des éléments plans fixes, pleins ou perméables au fluide, juxtaposés les uns aux autres tant horizontalement que verticalement et constituant ladite paroi, ladite fente étant en particulier une fente longitudinale parallèle à la direction d'écoulement de la veine fluide dans la chambre, et les éléments mobiles sont constitués par des volets montés pivotants autour de charnières supportées par les éléments fixes de la paroi associée. Dans ce premier mode de réalisation, les volets sont avantageusement disposés suivant deux rangées de volets montés côte à côte et se faisant face deux à deux, au. moins deux volets se faisant face étant commandés ensynchronisme dans le même sens d'-ouverture et de fermeture par un même organe d'actionnement. Ainsi, selon ce premier mode de réalisation, il est possible d'avoir au moins une fente longitudinale a largeur ou hauteur variable sur tout ou partie de la longueur de celle-ci, la variation de largeur pouvant être discontinue tout au long de la fente. Selon un second mode de réalisation de l'invention, les ouvertures des parois de la chambre d'essais sont constituées par des perforations prévues dans les parois elles-mêmes. Dans ce cas, les -éléments mobiles peuvent être constitués par des volets, comme dans le premier mode de réalisation, ou peuvent être constitués par des éléments montés a l'extérieur de la chambre, animés d'un mouvement alternatif de va-et-vient rectiligne, placés en regard des perforations et qui viennent chacun coopérer avec une ou plusieurs perforations afin de faire varier la section de passage des ouvertures. Ainsi, une chambre d'essais conforme à l'invention conçue à partir des parois å porosité variable permet de donner & la chambre une configuration adaptée au type d'écoulement envisagé et aux dimensions, tant bidimensionnelles que tridimensionnelles, d'un objet à tester dans une soufflerie subsonique, transsonique ou supersonique. D'autres avantages, caractéristiques et détails de l'invention ressortiront de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés dàns lesquels - la figure 1 est une vue en perspective schématique d'une paroi d'une chambre d'essais selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe schématique suivant la ligne II-II de la figure 1, - la figure 3 est une vue de face, côté extérieur, d'une paroi d'une chambre d'essais selon un second mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 est une vue en perspective d'un module de construction schématiquement représenté à la figure 3, et - les figures 5 et 6 sont des vues de dessus simplifiées d'une paroi longitudinale d'une chambre d'essais selon deux variantes du second mode de réalisation de l'invention. D'une manière générale, une soufflerie est utilisee en aérodynamique pour étudier sur un corps l'action de l'écoulement d'un fluide, Une soufflerie comprend trois parties essentielles : un collecteur d'entrée ou convergent dans lequel le fluide tel que l'air est accéléré, une chambre dtessais dans laquelle est placé un objet ou une maquette de celui-ci, et un diffuseur de sortie ou divergent qui réduit la vitesse du fluide. Les parois de la chambre d'essais d'une soufflerie sont parfois des parois ventilées pour les raisons évoquées précédemment. La porosité de ces parois est alors fixe, tandis que l'invention concerne .des parois ventilées à porosité variable telles que décrites ci-apres. Sur les figures la représentation d'une soufflerie a été volontairement limitée à l'une des parois 1 ou'paroi longitudinale de la chambre d'essais pour illustrer le principe d'une paroi à porosité variable, les autres parties de la soufflerie étant considérées comme classiques et connues en soi. La paroi longitudinale 1 considérée ici est sensiblement parallèle à la direction dtécoulement Vo de la veine fluide qui s'écoule au travers de la chambre d'essais et qui est issue du convergent de la soufflerie. Cette paroi 1 est constituée à partir d'éléments plans fixes 2, pleins ou perméables au fluide, supportés par un châssis (non représenté). La porosité de la paroi 1 est obtenue par des ouvertures 4a,4b prévues dans la paroi 1, et des éléments mobiles 3 sont associés à ces ouvertures 4a,4b pour régler la section de passage du fluide de l'intérieur vers l'extérieur de la chambre d'essais au travers des ouvertures 4a,4b et réaliser ainsi une paroi ventilée à porosité variable. Selon un premier mode de réalisation représenté aux figures 1 et 2, les éléments 2 constitutifs de la paroi 1 sont . des éléments plans longitudinaux, s'étendant parallèlement à la direction Vo, juxtaposés suivant leur longueur dans la direction Vo et suivant leur largeur dans une direction transversale par rapport à la direction Vo. Les éléments 2 sont disposés suivant des rangées parallèles à la direction Vo, espacées et délimitant deux & deux une ouverture 4a en forme de fente longitudinale s'retendant parallèlement à la direction Vo. Les éléments mobiles 3 sont constitués par des volets montés en regard des fentes 4a et à l'extérieur de la chambre d'essais.Avantageusement, les volets sont disposés le long de chaque fente 4a suivant deux rangées parallèles de volets 3a et 3b qui sontrespectivement articulés aux éléments fixes 2 adjacents de la paroi 1 autour de charnières longitudinales schématisées en 5. Les volets 3a,3b sont associés à des organes d'actionnement 6 qui commandent leur pivotement de manière à pouvoir occuper une position dite de fermeture où chaque volet 3a,3b se retrouve sensiblement caplanaire avec la paroi 1, et un ensemble de positions dites d'ouverture où chaque volet 3a,3b est écarté plus ou moins de la paroi 1 pour augmenter ou diminuer la section de passage au travers des fentes 4a. Avantageusement, les volets 3a,3b au niveau de chaque fente 4a sont associés deux à deux dans la direction transversale à la direction Vo, et chaque paire de volets 3a,3b sont commandés en synchronisme et simultanément par un même organe d'actionnement 6 dans le sens d'ouverture où ils s'écartent l'un de l'autre et dans le sens de fermeture où ils se rapprochent l'un de l'autre. Des moyens de rappel, tels des ressorts de torsion (non représentés) situés au niveau des charnières 5 par exemple, appliquent en permanence des efforts qui tendent à maintenir les volets 3a, 3b en position de repos ou de fermeture, position dans laquelle ces volets sont sensiblement coplanaires avec les éléments rigides fixes 2. En se reportant à la figure 2, l'organe d'actionnement 6 de chaque paire de volets 3a,3b est constitué par des cabales 7 dont une extrémité est fixée à chaque volet 3a,3b en au moins un point distant et non aligné avec la charnière associée 5, et dont 1J autre extrémité est reliée à un moto-réducteur de commande par exemple (non représenté) avec interposition de poulies de renvoi et de guidage 8 des cibles 7. Dans un second mode de réalisation représenté aux figures 3 et 4, les ouvertures de la paroi longitudinale 1 ne se présentent plus sous la forme de fentes longitudinales comme précédemment, mais sous la forme de perforations 4b prévues dans la paroi 1 elle-même. Tel que schématiquement représenté à la figure 3, la porosité variable de la paroi -1 est obtenue par une structure modulaire montée à l'extérieur de la paroi 1 et constituée de plusieurs modules du type de celui illustré à la figure 4. Un module la comprend deux volets 3a,3b respectivement articulés autour de deux charnières longitu;dinales 5 -supportées par deux éléments fixes 9 parallèles et espacés ltun de l'autre Les deux volets 3a, 3b se débattent dans l'espace délimité entre les deux éléments fixes 9 et viennent en position de fermeture s'appliquer contre la face extérieure de la paroi 1 en obstruant l'ensemble des perforations situées directement en regard de ces volets 3a3b, c'est-à-dire l'ensemble des perforations 4b de la paroi qui se trouvent à l'intérieur de l'espace délimité par les deux éléments fixes 9. Ces deux volets 3a,3b sont commandés suivant un mouvement pivotant, en s'écartant de la paroi î avec mise en communication progressive des perforations 4b avec l'extérieur de la chambre d'essais, par un organe d'actionnement 6, par exemple du même type que celui décrit précédemment. En revenant à la figure 3, les perforations 4b peuvent être prévues sur une partie seulement de la paroi î, le reste lb de ladite paroi 1 constituant une partie pleine fixe. Sur la figure 5, il a été représentée une variante du second mode de réalisation des figures 3 et 4 ou la paroi 1 est également pourvue de perforations 4b. Dans cette variante de réalisation, chaque élément mobile 3 associé à la paroi 1 est constitué par une aiguille 10 à bout conique iOa en regard de chaque perforation 4b. Chaque aiguille 10 est animée d'un mouvement alternatif de va-et-vient rectiligne sous l'action d'un organe d'actionnement (non représente), de manière à ce que la partie conique lOa de chaque aiguille 10 vienne régler la mise en communication avec l'exterieúr de la perforation 4b associée. Toutes ces aiguilles 10, montées à l'extérieur de la chambre et en regard des perforations 4b associées, sont par exemple guidées dans leur déplacement au travers d'ouvertures 11 prévues dans une paroi intermédiaire 12 parallèle a la paroi 1. Sur la figure 6, il a été représentee une. autre variante du second mode de réalisation décrit aux figures 3 et 4. Dans cette variante, les perforations 4b de la paroi 1 débouchent à l'extérieur de la chambre dans des alveoles 15, de section transversale carrée ou rectangulaire, la paroi 15a de chaque alvéole 15 opposee et parallèle à la paroi 1 étant percée d'au moins un orifice 15b. Selon cette variante, plusieurs perforations 4b de la paroi 1 débouchent au sein d'une même alvéole 15, mais ces perforations 4b ne peuvent déboucher à l'extérieur que par l'orifice 15b associé à chaque alvéole 15. A chaque orifice 15b est associé un élément mobile d'ouverture et de fermeture 3 de cet orifice, monté dans l'axe de l'orifice et animé d'un mouvement alternatif de va-et-vient rectiligne au moyen d'un organe d'actionnement 6 (non représenté) et tel qu'un vérin pneumatique ou hydraulique. L'élément mobile 3 est par exemple une tige 16 dont une extrémité supporte un disque 16a destiné à régler la section de communication de l'orifice 15b avec l'extérieur de la chambre d'essais. Les organes d'actioinement 6 qui assurent la commande en déplacement des éléments mobiles 3 peuvent agir individuellement ou peuvent agir en synchronisme pour certains d'entre eux et assurer ainsi un même degré d'ouverture ou de fermeture pour les éléments mobiles 3 associés suivant le type d'écoulement considéré. Dans le mode de réalisation représenté aux figures 1 et 2 avec des ouvertures- constituées par au moins une fente, on appellera degré de perméabilité ou de porosité de la paroi 1 le rapport de la surface des fentes 4a à la surface totale de la paroi 1. La présence des volets mobiles 3a,3b disposés en regard des fentes 4a permet de faire varier sensiblement de n% a 0% la perméabilité de la paroi 1. De manière générale, en supposant qu'une fente 4a a une largeur ou une hauteur d2, que la largeur ou la hauteur des éléments fixes 2 est D et que la distance séparant les deux bords adjacents des volets 3a,3b est dl, le degré de porosité de la paroi 1 est défini par: n = dl/(Dtd2), avec 0 d dl S d2. Il en résulte que si n est voisin de 100%, cas d'une veine fluide très perméable, les volets 3a, 3b, suivant leur nombre et leur disposition, peuvent assurer à eux seuls une variation de perméabilité de OXo (volets en position fermée) à sensiblement 100 S (volets position ouverte) au moins localement sur une surface déterminée de la paroi 1 ou sensiblement sur toute la surface de la paroi 1. Pour des écoulements subsoniques par exemple, il est possible d'associer une paroi 1 à fentes longitudinales 4a à largeur réglable avec une déformation transversale des parois de la chambre d'essais, comme décrit dans le brevet précité, afin d'obtenir des conditions limites correctes au niveau des parois. Aussi, des mesures de pression faites sur les parois permettent de comparer le champ de vitesse aérodynamique réel au champ théorique, et les positions des volets 3a, 3b et la déformation des parois 1 sont alors ajustées automatiquement en temps réel par un calculateur de manière a provoquer la superposition des champs théoriques et expérimentaux. Lorsque les champs de vitesse sont superposables, les essais aérodynamiques effectués sur des maquettes par exemple placées dans la chambre d'essais, après réglage des parois et des ouvertures de celle-ci, sont alors considérées comme non perturbées par la présence des parois de la chambre d'essais. En considérant le mode de réalisation décrit aux figures 3, 4 et en considérant que la pression à l'extérieur de la veine fluide est supposée rendue inférieure à la pression intérieure de la veine, par un moyen extérieur approprié, un écoulement transversal de vitesse Vn prend naissance au travers de la paroi perforée 1. La grandeur de ce vecteur vitesse Vn peut être réglée à la valeur nécessaire par simple ouverture ou fermeture des volets mobiles 3a,3b. En écoulement supersonique par exemple, lorsqu'une onde de choc prend naissance au bord d'attaque d'un objet et se réfléchit sur la paroi perforée 1, à l'amont de l'impact de l'onde de choc avec la paroi 1, les volets 3a,3b sont plaqués contre la paroi perforée 1. En aval du point de contact de l'onde de choc avec la paroi 1, les volets 3a,3b sont ouverts.La pression P2 à l'extérieur de la chambre étant réglée à un niveau inférieur à la pression P1, par des moyens extérieurs appropries, un écoulement perpendiculaire à la paroi 1 prend naissance. La direction du vecteur vitesse aval de l'onde de choc étant correctement définie, la réflection de l'onde sur la paroi 1 peut être annulée et l'écoulement au niveau de l'objet à tester n'est plus alors influencé par 'la présence des parois. Dans le cas d'un écoulement tridimensionnel, l'onde de choc issue de l'avant de l'objet à tester est conique. L'intersection de cette onde de choc avec l'une des parois planes de la chambre d'essais donne naissance à une trace de forme hyperbolique.Pour ce type d'écoulement, la forme de l'onde de choc peut être prévue théoriquement, si bien que toutes les caractéristiques de cette onde au niveau de la paroi 1 peuvent être déterminées par le calcul. Chaque élément modulaire la équipé de volets mobiles 3a,3b doit alors être réglé de manière à reproduire les conditions d'écoulement transversal local, le plus proche de l'écoulement théorique propice à la suppression de la réflection de l'onde Bien entendu, les perturbations de vitesse provoquées par les parois 1 seront d'autant plus réduites que le nombre d'éléments modulaires la munis de volets mobiles 3a,3b est grand. Dans les précédents modes de réalisation décrits, les organes d'actionnement 6 sont commandés sélectivement, individuellement ou en groupe, à partir d'un programme par exemple exécuté par un calculateur. Les organes d'actionnement 6 des différents modes de réalisation décrits peuvent être assurés par des systèmes à biellettes, à engrenage ou analogue, commandés par des vérins hydrauliques ou pneumatiques, des électro-aimants,... Dans l'exemple considéré aux figures 1 et 2, la paroi 1 est pourvue de fentes longitudinales 4a, mais selon le principe de l'invention, ces fentes peuvent être également transversales. Les fentes 4a peuvent s étendre sur toute la longueur ou sur une partie seulement de la paroi longitudinale. A titre d'exemple, chaque volet 3a,3b s'étend sur une longueur de 2m environ. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment, mais couvre tous les moyens équivalents aux moyens décrits et qui sont à la portée de l'homme du métier. En particulier, la forme et la structure des éléments mobiles 3 associés a une ou plusieurs ouvertures d'une paroi, ainsi que leur articulation à -cette paroi, peuvent être conçues différemment suivant la forme des ouvertures qui peuvent présenter, au moins localement, des sections de passage différentes des autres ouvertures de la paroi. BEVENDICATIO 1.- Chambre d'essais de soufflerie à parois ventilées au travers d'ouvertures, caractérisée en ce qu'elle comprend des éléments (3) montés mobiles par rapport aux parois (1) de la chambre d'essais, du côté extérieur de celle-ci par rapport à l'écoulement du fluide s'écoulant a l'intérieur de la chambre d'essais et montés en regard des ouvertures (4a,4b > des parois, et des organes d'actionnement (6) associés aux éléments mobiles (3) pour régler la section de passage du fluide au travers des ouvertures (4a,4b) et, par suite, pour régler au moins localement et à volonte la porosité des parois ventilées. 2.- Chambre d'essais- selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites ouvertures sont constituées par au moins une fente (4a) prévue dans au moins des parois (1), 3.- Chambre d'essais selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite fente (4a) est délimitée entre des éléments plans fixes (2), pleins ou perméables au fluide, juxtaposés les uns aux autres tant horizontalement que verticalement et constituant ladite paroi (1). 4.- Chambre d'essais selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite fente (4a) est une fente longitudinale parallèle à la direction d'écoulement Vo de la veine fluide à l'intérieur de ladite chambre d'essais. 5.- Chambre d'essais selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites ouvertures sont constituées par des perforations (4b) prévues dans la parois (1). 6.- Chambre d'essais selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que les éléments mobiles (3) sont constitués par des volets (3a,3b) montés pivotant autour de charnières (5) supportées par les parois pleines (2). 7.- Chambre d'essais selon la revendication 6, caractérisée en ce que lesdits volets 8.- Chambre d'essais selon la revendication 7, caractérisée en ce que la largeur de ladite fente (4a) varie d'une manière discontinue sur la longueur de celle-ci. 9.- Chambre d'essais selon la revendication 5, caractérisée en ce que les éléments mobiles (3) sont constitués par des volets (3a,3b) montés pivotant.autour de charnières (5) supportées par des éléments fixes (9) placés à l'extérieur des parois (1) de manière a ce que lesdits volets (3a,3b) en position de fermeture viennent s'appliquer contre les parois 1 pour obstruer les perforations (4b) en regard desdits volets (3a,3b). 10.- Chambre d'essais selon la revendication 9, caractérisée en ce que deux éléments fixes (9) et deux volets (3a,3b) articulés par des charnières (5) à ces deux éléments 11.- Chambre d'essais selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisée en ce que des éléments de rappel élastique tels- des ressorts de torsion rappellent automatiquement les volets (3a,3b) en position de fermeture, lesdits volets t-3a,3b) étant sensiblement coplanaires avec la paroi (1) associée. 12.- Chambre d'essais selon la revendication 11, caractérisée en ce que lesdits éléments de rappel élastique sont logés dans les charnières (5). 13.- Chambre d'essais selon la revendication 5, caractérisée en ce que les éléments mobiles (3) sont constitués par des éléments (10,10a) montés à l'extérieur des parois (1) en regard desdites perforations 14.- Chambre d'essais selon -la revendication 5, caractérisée en ce que plusieurs perforations (4b) débouchent à l'extérieur des parois (1) dans au moins une alvéole (15) munie d'au moins un orifice (15b) de mise en communication avec l'extérieur. 15.- Chambre d'essais selon la revendication 14, caractérisée en ce que les éléments mobiles (3) sont constitués par des éléments (16,16a) montés à l'extérieur des alvéoles (15) en regard desdits orifices (15b) et animés d'un mouvement alternatif de va-et-vient rectiligne sous l'action des organes d'actionnement (6). 16.- Chambre d'essais selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisée en ce que plusieurs organes d'actionnement (6) sont commandés en synchronisme. 17.- Soufflerie, caractérisée en. ce qu'elle comprend une chambre d'essais à porosité ' variable telle que définie par l'ure quelconque des revendications 1 à 16.