Brevet FR2767361A1 — publié le 19990219

Dispositif destiné à influencer le décollement d'un courant d'un corps entouré par le courant L'invention concerne un dispositif destiné à influencer le décollement d'un courant d'un corps entouré par un courant, au moyen duquel une couche limite du courant, au-dessus du corps entouré par le courant, peut être excitée, par soufflage et aspiration périodiques, afin de s'opposer à ce que la couche limite se détache davantage du corps entouré par le courant, dans le corps entouré par le courant étant prévue au moins une cavité, qui présente au moins une ouverture menant à la surface du corps. Le corps entouré par le courant peut être par exemple l'aile portante d'un avion ou une pale de rotor d'un hélicoptère ou d'un compresseur. Un dispositif du type précité est connu par la demande de brevet EP 0 264 144 A2. Sous la surface du corps entouré par le courant sont disposées plusieurs cavités, qui présentent chacune une ouverture menant au courant passant sur le corps entouré par le courant. A chaque cavité est adjoint un haut-parleur à l'aide duquel des oscillations de pression peuvent être provoquées dans la cavité. Par suite des oscillations de pression dans la cavité, le fluide d'écoulement, c'est-à-dire en règle générale l'air, sort et entre à travers l'ouverture de la cavité. De cette façon, le courant passant sur le corps entouré par le courant est sollicité par soufflage et aspiration. Au moyen de cette excitation, le décollement complet du courant du corps entouré par le courant, peut être retardé, c'est-à-dire qu'il ne se produit que dans le cas de grands angles d'inclinaison ou de petites vitesses du corps entouré par le courant par rapport au courant c'est-à-dire pour de petits nombres de Reynolds. Le dispositif connu présente toutefois une construction complexe. Il faut prévoir non seulement les cavités et les haut-parleurs, mais il faut aussi avoir une alimentation en énergie pour les haut-parleurs. L'invention a pour but de fournir un dispositif du type précité, qui présente une construction particulièrement simple et qui puisse donc être réalisé avec un travail réduit. Ce but est atteint avec un dispositif suivant l'invention en ce que la cavité fait partie d'une cavité résonnante passive, la cavité résonnante étant mise en oscillations de pression par le courant et les oscillations de pression de la cavité résonnante excitant la couche limite. Le nouveau dispositif ne comporte donc aucun haut-parleur ni autre composant actif destiné à provoquer des oscillations de pression dans la cavité. Les oscillations de pression de la cavité résonnante, dont la cavité fait partie intégrante de l'invention, sont au contraire excitées par le courant à influencer lui-même. Les oscillations de pression de la cavité résonnante, excitées par le courant passant sur l'ouverture, provoquent de lour côté l'excitation voulue de la couche limite du courant passant sur le corps entouré par le courant, par soufflage et aspiration. Pour l'invention il suffit donc de prévoir des cavités et de les configurer en tant que parties de cavités résonnantes passives, afin d'influencer de manière voulue le décollement du courant du corps entouré par le courant. Aucun haut-parleur ni autre élément actif quelconque, ni alimentation en énergie de ces éléments actifs ne sont nécessaires. On obtient néanmoins avec l'invention d'influencer de manière significative le décollement du courant du corps entouré par le courant. C'est ainsi que l'angle d'inclinaison maximal d'un profil NACA 0012 peut être augmenté de plusieurs degrés. Ceci doit être considéré comme absolument surprenant par rapport au travail qui est fourni avec des excitations actives de la couche limite et qui ne conduit aussi qu'à influencer le décollement du courant du corps entouré par le courant, du même ordre de grandeur. Une cavité convenant au nouveau dispositif est fermée, à l'exception des ouvertures menant à la couche limite libre, afin de permettre, de façon particulièrement simple, la formation défminie d'une oscillation de pression. L'excitation de la couche limite s'effectue, dans l'invention, de manière caractéristique dans des zones déterminées, dans le sens d'écoulement du courant. En conséquence, la cavité est disposée transversalement au sens d'écoulement du courant, précisément au-dessous de cette zone de la couche limite. L'ouverture de la cavité, menant à la surface du corps, peut former une fente s'étendant transversalement au sens d'écoulement du courant. Dans ce cas la fente peut être interrompue, dans la direction de son extension principale, par des ponts, afin de maintenir la stabilité de la surface du corps entouré par le courant. Mais il est possible aussi que des trous individuels, par exemple avec une section circulaire, forment les ouvertures de la cavité, menant à la surface du corps. La forme de réalisation la plus favorable à cette application concrète dépend par exemple de la grandeur relative des cavités résonnantes. Par ailleurs, les conditions d'écoulement dans la direction de l'extension principale, par exemple d'une pale de rotor, peuvent être très différentes et peuvent exiger des cavités résonnantes de conformation différente, le long de cette direction, afin d'exciter la couche limite de manière optimale. Une cavité résonnante préférée dans le nouveau dispositif comporte, en tant que cavité, un cylindre creux s'étendant transversalement au sens d'écoulement du courant. Si la cavité présente plusieurs ouvertures, celles-ci peuvent mener à la surface du corps, dans au moins deux zones situées l'une derrière l'autre dans le sens d'écoulement du courant. Les ouvertures menant à la surface du corps, dans deux zones situées l'une derrière l'autre dans le sens d'écoulement du courant, ont pour avantage que l'excitation de la cavité résonnante peut s'effectuer par le courant dans une zone dans laquelle le courant présente des fluctuations de pression plus intenses ou une plus grande vitesse et permet donc une excitation plus forte de la cavité résonnante, tandis que l'excitation de la couche limite du courant, passant sur le corps entouré par le courant, sous l'effet des oscillations de pression de la cavité résonnante, se produit principalement dans une autre zone, dans laquelle le décollement du courant est influencé de manière particulièrement efficace par une aspiration et un soufflage alternés. Au moins une partie des ouvertures de la cavité résonnante est prévue là o la couche limite libre du courant commence à se décoller ou s'est précisément décollée du corps entouré par le courant. A cet endroit une influence de la couche limite du courant, destinée à influencer son comportement au décollement du corps entouré par le courant, est particulièrement efficace. Dans le cas d'une aile portante, servant de corps entouré par le courant, il est possible de prévoir concrètement des ouvertures de la cavité résonnante situées à x'/c = 0,005 à 0,050, c étant la longueur du corps entouré par le courant. Ces indications concernent en particulier des profils NACA tel que le profil NACA 0012. Il est essentiel que les ouvertures se trouvent aussi près que possible du point de décollement de la couche limite, qui dépend de la forme du profil du corps entouré par le courant et des conditions d'écoulement Des ouvertures supplémentaires de la cavité résonnante peuvent être prévues pour l'aile portante, à une distance de x'/c = 0,010 à 0,100 dans le sens d'écoulement, derrière les ouvertures (6') situées à x'/c = 0,005 à 0, 050. Cette zone se trouve de manière caractéristique derrière les points de commencement d'un décollement du courant du corps entouré par le courant et à cet endroit le courant convient particulièrement bien à une forte excitation de la cavité résonnante. La fréquence de résonance de la cavité résonnante peut se situer dans la gamme de fréquences de la fréquence naturelle d'instabilité de la couche limite libre, de la première sous-harmonique de la fréquence naturelle d'instabilité de la couche limite libre ou d'un dixième de la fréquence naturelle d'instabilité de la couche limite libre. Ces fréquences conviennent particulièrement bien à l'excitation d'une couche limite afin d'empêcher le décollement du courant d'un corps entouré par le courant. Pour l'accord de la cavité résonnante sur les gammes de fréquences indiquées ci-dessus, la fréquence de résonance de la cavité résonnante peut être déterminée en tant que fréquence de résonance d'un résonateur de Helmholtz ou de manière analogue à un résonateur lambda/2, oscillant transversalement ou perpendiculairement au sens d'écoulement du courant. Il peut en résulter des dimensions très différentes des cavités résonnantes, adaptées de manière optimale à un cas particulier. D)ans le cas d'une pale de rotor, dans le cas d'un accord optimal, des cavités résonnantes juxtaposées dans la direction de son extension principale sont déjà conformées différemment. Tous les exemples concrets donnés ici de cavités résonnantes doivent donc être considérés sous cette réserve qu'ils sont accordés à des conditions d'écoulement déterminées. Diverses autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description faite ci-après. Des formes de réalisation de l'invention sont représentées à titre d'exemples non limitatifs sur les dessins annexés. La figure 1 est une vue de dessus d'un dispositif de mesure destiné à vérifier l'effet du nouveau dispositif sur un profil NACA 0012, la figure 2 est une vue en coupe transversale du dispositif de mesure de la figure 1, la figure 3 montre un détail de la vue en coupe transversale de la figure 2, la figure 4 représente un détail correspondant à la figure 3 dans une deuxième forme de réalisation du dispositif la figure 5 représente la distribution de la pression sur le côté extrados du profil NACA 0012 pour des angles d'inclinaison de 4 , 80 et 12 pour un nombre de Reynolds Re = 6,9 x 102, la figure 6 représente la distribution de la pression sur le côté extrados du profil NACA 0012 pour des angles d'inclinaison de 13 , 14 et 15 pour un nombre de Reynolds Re = 6,9 x 105 et la figure 7 représente la distribution de la pression sur le côté extrados du profil NACA 0012 pour un angle d'inclinaison de 14 , avec utilisation du nouveau dispositif, sans utilisation du nouveau dispositif et avec exclusion du nouveau dispositif par ouverture de la cavité résonnante. Les figures 1 et 2 représentent un profil NACA 0012 servant d'exemple de corps i entouré par un courant 2. Le courant est indiqué par des flèches. Le courant 2 forme une couche limite 11, à la surface 10 du corps 1 entouré par le courant. Dans le corps 1 entouré par le courant il est prévu, l'un derrière l'autre, une série de perçages de prise de pression 3, afin de déterminer la distribution de la pression sur le côté extrados du profil NACA 0012. Dans le profil NACA 0012, un côté extrados 12 et un côté intrados 13 du corps 1 entouré par le courant sont défmis uniquement par un angle d'inclinaison a du profil par rapport au courant 2. Le côté extrados 12 du profil NACA 0012 est le côté du corps 1 entouré par le courant, qui est incliné, de l'angle d'inclinaison c, en s'éloignant du courant 2. Le dispositif suivant l'invention destiné à influencer le décollement du courant 2 du corps 1 entouré par le courant, est constitué, selon les figures 1 et 2, d'une cavité résonnante 4 à 6. La cavité résonnante 4 à 6 comprend un cylindre creux 4 et une fente 5 avec son ouverture 6, menant à la surface 10 du corps 1. L'ouverture 6 de la cavité résonnante 4 à 6 se trouve dans le sens d'écoulement à x'/c = 0,013. C'est-à-dire qu'elle est prévue après 13/1.000 de la longueur c du corps 1 entouré par le courant, dans le sens d'écoulement. Il s'agit ici de la zone critique dans laquelle commence un décollement du courant 2 du corps 1 entouré par le courant, pour de grands angles d'inclinaison et/ou de petites vitesses de soufflage. La cavité résonnante 4 à 6 est représentée agrandie sur la figure 3. La fente 5 et l'ouverture 6 présentent une largeur w de 0,5 mm et une étendue b de 120 mm, perpendiculairement au plan du dessin. La profondeur t de la fente 5 et le diamètre d du cylindre creux 4 sont de 10 min. Le cylindre creux 4 présente une étendue B de 300 mrn, perpendiculairement au plan du dessin, et s'étend sur tout le corps I entouré par le courant, selon la figure 1. Si l'on suppose un résonateur de Helmholtz idéal, la fréquence de résonance FR de la cavité résonnante 4 à 6 s'obtient comme suit: FR = VS IA /(t*V0) V, est ici la vitesse du son, V0 le volume du cylindre creux 4, A la surface de la section transversale de la fente 5 ou de l'ouverture 6 et t la profondeur de la fente 5. A partir des valeurs indiquées ci-dessus on calcule que V0 est égal à 23.600 mm3 et A, 60 mm2. Il en résulte une fréquence de résonance FR d'environ 5. 400 Hz. Si l'on considère le cylindre creux 4 comme un résonateur lambda/2, dans lequel l'étendue B correspond à la moitié de la longueur d'onde de la première oscillation de base, la fréquence de résonance de base FGR de la cavité résonnante 4 à 6 est de 2V8/B = 550 Hz et les harmoniques de la cavité résonnante ont des fréquences égales n*550 Hz. Ces fréquences de résonance se situent toutes dans la gamme de fréquences de la fréquence d'instabilité (instabilité Kelvin-Helnholtz) ou de la première sous- harmonique de la fréquence d'instabilité de la couche limite libre dans la plage des nombres de Reynolds de Re = 105 à 106. Les fréquences d'instabilité peuvent être déterminées par des mesures à fil chaud sur le corps entouré par le courant. Concrètement, avec la fente à l'emplacement x'/c - 0,013, on a observé rexcitation de la cavité résonnante 4 à 6 dans le sens d'un résonateur lambdal2. Dans le cas d'une même cavité résonnante, pourvue toutefois d'une fente à l'emplacement x'/c = 0,050, on a observé une excitation dans le sens d'un résonateur de Helmholtz. Les oscillations de pression présentent dans ce cas, dans la cavité résonnante 4 à 6, une plus grande amplitude que pour x'/ = 0,013. Ceci est volontairement exploité dans la forme de réalisation de la cavité résonnante 4 à 6, selon la figure 4, qui dans le cas de vitesses et d'angles déterminés de soufflage, présente des avantages particuliers, tandis que dans le cas de grandes vitesses et grands angles de soufflage seule la fente située le plus en avant s'est révélée favorable pour l'excitation contrôlée de la couche limite libre. Selon la figure 4, deux fentes 5' et 5" mènent du cylindre creux 4 au courant 2. Dans ce cas, l'ouverture 6' de la fente 5' est prévue à l'emplacement x'/c - 0,013 et l'ouverture 6" de la fente 5", à l'emplacement x'/c = 0,050. Avec cette configuration, des oscillations de pression sont excitées dans la cavité résonnante 4 à 6, essentiellement par des interactions du courant avec l'ouverture 6" de la fente 5", tandis que les oscillations de pression développent leur action principale au- dessus de l'ouverture 6' de la fente 5', en ce qu'à cet endroit elles excitent la couche limite 11 du courant 2. Un composant actif, qui provoque des oscillations de pression dans la cavité résonnante 4 à 6, n'est pas prévu dans le dispositif. L'excitation de l'oscillation de pression de la cavité résonnante 4 à 6 s'effectue par des fluctuation de pression dans le courant 2 et/ou par l'effet tranchant, à ma manière d'une flûte, procuré par les bords, tournés vers le courant, des ouvertures menant à la surface du corps entouré par le courant. On obtient néanmoins des retardements considérables du décollement du courant 2 du corps 1 entouré par le courant. Ceci ressort clairement des figures S et6. La figure 5 illustre la variation de la distribution de la pression sur le côté extrados du profil, lorsque l'angle d'inclinaison croîit, dans le cas d'n profil NACA 0012. Le coefficient de pression négatif - Cp qui peut être atteint croit lorsqu'augmente l'angle d'inclinaison. La dépression maximale sur le côté extrados s'obtient juste avant le décollement du courant du corps 1 entouré par le courant, c'est-à-dire juste avant que soit atteint l'angle d'inclinaison critique. Dans le profil NACA 0012, représenté sur les figures 1 et 2, et dans le cas d'une vitesse de soufflage, de 34,5 m/s, ce qui correspond à un nombre de Reynolds Re - 6,9 x 105, l'angle d'inclinaison critique se situe entre 13 et 14 . Ceci est illustré par la figure 6. Dans le cas d'un angle d'inclinaison de 13 , on obtient encore un coefficient de pression négatif maximal -Cp d'environ 4. Dans le cas d'un angle d'inclinaison de 14 ou même de 15 , on n'obtient plus en revanche de dépression maximale notable. Avec l'invention l'angle d'inclinaison critique peut toutefois être relevé à plus de 14 . C'est ce que montre la figure 7 pour laquelle toutes les courbes 7 à 9 ont été tracées pour un angle d'inclinaison de 14 . La courbe 7 supérieure correspond à la forme de réalisation de l'invention selon les figures 1 à 3. La courbe 7 montre que malgré l'angle d'inclinaison de 14 , on obtient un coefficient de pression négatif maximal - Cp supérieur à 4. Par comparaison la courbe 9 représente encore une fois la distribution de la pression sans l'invention et correspond donc à la courbe 14 de la figure 6. Comme autre valeur comparative, la figure 7 représente la distribution de la pression dans le cas o le cylindre creux 4 est ouvert sur les côtés du corps 1 entouré par le courant, de sorte que le dispositif 4 à 6 perd sa fonction de la cavité résonnante et qu'aucune oscillation de pression ne peut se former. Dans ce cas aussi, contrairement à l'invention, à 14 l'angle d'inclinaison critique est déjà nettement dépassé. L'invention se caractérise de manière étonnante en particulier par la complexité réduite qui suffit pour retarder nettement le décollement du courant du corps entouré par le courant. REVENDICATIONS 1. Dispositif destiné à influencer le décollement d'un courant d'un corps entouré par un courant, au moyen duquel une couche limite du courant, au-dessus du corps entouré par le courant, peut être excitée, par soufflage et aspiration périodiques, afin de s'opposer à ce que la couche limite se détache davantage du corps entouré par le courant, dans le corps entouré par le courant étant prévue au moins une cavité, qui présente au moins une ouverture menant à la surface du corps, caractérisé en ce que la cavité (4) fait partie d'une cavité résonnante (4 à 6) passive, la cavité résonnante (4 à 6) étant mise en oscillations de pression par le courant (2) et les oscillations de pression de la cavité résonnante (4 à 6) excitant la couche limite. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cavité (4) est fermée à l'exception de la (des) ouverture(s) (6) menant à la surface du corps (1). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une fente (5), s'étendant transversalement au sens d'écoulement du courant (2), forme la (les) ouverture(s) (6) de la cavité (4), menant à la surface (10) du corps (1). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la cavité présente un cylindre creux (4), s'étendant transversalement au sens d'écoulement du courant (2). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la cavité (4) présente plusieurs ouvertures (6', 6"), qui mènent à la surface (10) du corps (1), dans au moins deux zones situées l'une derrière l'autre dans le sens d'écoulement du courant (2). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1. à 5, caractérisé en ce que des ouvertures (6, 6') de la cavité résonnante (4 à 6) sont prévues là o la couche limite libre du courant (2) commence à se décoller ou s'est précisément décollée du corps (1) entouré par le courant. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le corps (1) entouré par le courant est une aile portante et en ce que des ouvertures (6') de la cavité résonnante (4 à 6) sont prévues à x'/c = 0,005 à 0,050, c étant la longueur du corps (1) entouré par le courant. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que d'autres ouvertures (6") de la cavité résonnante (4 à 6) sont prévucs, à une distance de x'/c 0,010 à 0,100, derrière les ouvertures (6') situées à x'/c = 0,005 à 0, 050. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à X, caractérisé en ce que la cavité résonnante (4 à 6) présente une fréquence de résonance, qui se situe dans la gamme de fréquences de la fréquence d'instabilité naturelle de la couche limite (11) libre, de la première sous-harmonique de la fréquence d'instabilité naturelle de la couche limite libre ou d'un dixième de la fréquence d'instabilité naturelle de la couche limite libre. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la fréquence de résonance de la cavité résonnante (4 à 6) est déterminée en tant que fréquence de résonance d'un résonateur de Helmholtz ou en tant que fréquence de résonance d'un résonateur lambda/2 oscillant transversalement ou perpendiculairement au sens d'écoulement du courant (2).