Brevet FR2908167A1 — publié le 20080509

Dispositif pour retarder le décollement d'une couche limite L'invention concerne un dispositif pour retarder le décollement d'une couche limite dans un écoulement d'air sur une paroi, telle par exemple qu'une aile d'avion ou une carrosserie de véhicule automobile. On sait que le décollement de la couche limite, dans le cas d'une aile d'avion, se produit quand l'angle d'attaque de l'aile par rapport à l'écoulement devient important, ce qui arrive au décollage, à l'atterrissage et pendant les manoeuvres, et se traduit par une diminution de la portance et par la génération d'une traînée et donc par une diminution sensible des performances aérodynamiques de l'avion. On a déjà proposé, pour retarder ce décollement, d'utiliser des jets continus ou pulsés, qui sont produits par alimentation en air sous pression d'orifices formés dans la paroi et inclinés par exemple dans une direction perpendiculaire à l'écoulement et à 45 par rapport à la surface de la paroi, ces jets générant des tourbillons qui augmentent le frottement de l'écoulement sur la paroi et s'opposent au décollement de la couche limite. Ces jets, continus ou pulsés, sont commandés par des moyens tels que des électrovannes et ne sont générés que pendant les phases de vol où ils sont utiles. Les jets pulsés sont moins efficaces que les jets continus mais ont l'avantage de consommer moins d'air comprimé prélevé sur un moteur de l'avion car ce prélèvement se traduit par une diminution du rendement du moteur. La présente invention a notamment pour but d'améliorer les performances des dispositifs du type précité à jets pulsés. Elle propose à cet effet un dispositif pour retarder le décollement d'une couche limite dans un écoulement d'air sur une paroi, comprenant des orifices formés dans la paroi avec une inclinaison déterminée par rapport à la direction de l'écoulement sur la paroi et par rapport à la surface de la paroi, des conduits reliant ces orifices à des vannes alimentées en air sous pression, et des moyens de commande des vannes en ouverture et 2908167 2 en fermeture, caractérisé en ce que la fréquence des cycles d'ouverture et de fermeture des vannes et la durée d'ouverture des vannes dans chaque cycle sont déterminées pour que des pics de survitesse qui se produisent en sortie des orifices à l'ouverture des vannes, se succèdent de façon 5 quasi-continue. Cette détermination de la fréquence des cycles d'ouverture et de fermeture des vannes et de la durée d'ouverture des vannes dans chaque cycle permet d'optimiser les conditions de génération des jets pulsés et d'utiliser au mieux les pics de survitesse créés à l'ouverture des vannes, 10 pour se rapprocher des résultats obtenus avec des jets continus, tout en consommant beaucoup moins d'air comprimé. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la durée d'ouverture des vannes est comprise entre 5 et 10ms environ en fonction de la longueur des conduits. La fréquence du cycle d'ouverture et de 15 fermeture des vannes est de préférence comprise entre 30Hz et 200Hz en fonction de la longueur des conduits. La pression (en valeur relative) de l'air d'alimentation des orifices est comprise entre 1 et 8 bars environ, le diamètre des orifices étant compris entre 2 et 10mm environ et la longueur des conduits d'alimentation de ces 20 orifices entre 10cm et 1 m environ. Les jets pulsés peuvent être produits par des orifices inclinés de la même façon et dans le même sens par rapport à la surface de la paroi et génèrent alors des tourbillons co-rotatifs (qui tournent dans le même sens). En variante, les jets pulsés peuvent être produits par des orifices qui 25 sont deux à deux inclinés dans des sens opposés par rapport à la surface de la paroi, et génèrent alors des tourbillons contra-rotatifs (qui tournent dans des sens opposés). L'invention s'applique en particulier à une aile d'avion ou à une carrosserie de véhicule automobile, l'air comprimé alimentant les orifices 30 précités étant alors prélevé sur un compresseur d'un moteur de l'avion ou 2908167 3 du moteur du véhicule automobile, respectivement, ou sur un compresseur auxiliaire. De façon générale, l'invention permet d'augmenter d'environ 70 % le frottement de l'air sur la paroi, en aval des orifices précités, tout en 5 consommant, selon les configurations, deux à cinq fois moins d'air environ qu'un dispositif équivalent à jets continus. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins 10 annexés dans lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un écoulement d'air sur une paroi profilée telle qu'une aile d'avion ; - la figure 2 représente schématiquement les moyens essentiels d'un dispositif selon l'invention ; 15 - les figures 3 et 4 représentent respectivement des orifices à jets co- rotatifs et contra-rotatifs ; - la figure 5 est un graphe représentant la variation de la vitesse d'un jet pulsé pendant la durée d'un cycle d'ouverture et de fermeture d'une vanne. 20 - la figure 6 est un graphe représentant la variation de la vitesse de sortie d'un jet pulsé en fonction du temps dans le dispositif selon l'invention. En figure 1, on a représenté schématiquement un écoulement d'air 10 sur une paroi profilée 12 telle qu'une aile d'avion avec un décollement de couche limite dans une zone D de l'extrados, ce décollement se 25 traduisant par une réduction de la portance et par une augmentation de la traînée et donc par une dégradation des performances aérodynamiques de l'avion. Pour retarder ce décollement, le dispositif selon l'invention comprend au moins une rangée d'orifices 14 qui sont formés dans la paroi 12 le long 30 d'une ligne perpendiculaire à l'écoulement 10 et qui sont alimentés en air sous pression par des tubes ou conduits 16 reliés par des électrovannes 18 2908167 4 à une source 20 d'air sous pression, cet air étant prélevé sur un compresseur d'un moteur de l'avion ou sur un compresseur auxiliaire. Les jets d'air sous pression sortant des orifices 14 génèrent des tourbillons qui ont pour effet d'augmenter le frottement de l'air sur la paroi 5 12 dans la couche limite et donc de retarder le décollement de cette couche limite. Les études qui ont été faites par divers auteurs sur les dispositifs à jets continus ou à jets pulsés ont montré que de bons résultats pouvaient être obtenus lorsque les tourbillons produits tournent dans le même sens, 10 ce que l'on obtient lorsque les axes des orifices 14 sont inclinés d'un même angle a et dans le même sens par rapport à la paroi 12, comme représenté en figure 3, les tourbillons pouvant également être contra-rotatifs, ce qui est obtenu lorsque les axes des orifices 14 sont inclinés d'un même angle a par rapport à la paroi 12 mais deux à deux dans des sens opposés comme 15 représenté schématiquement en figure 4. Dans un mode de réalisation préféré, les orifices 14 sont cylindriques à section circulaire, leurs axes sont perpendiculaires à la direction générale de l'écoulement 10 et leur angle d'inclinaison par rapport à la paroi 12 est de 45 . 20 Les vannes 18 sont commandées en ouverture et en fermeture de façon cyclique, par exemple par un système 22 à microprocesseur, pour produire des jets pulsés en sortie des orifices 14. La variation de la vitesse de sortie d'un jet pulsé pendant la durée T d'un cycle d'ouverture et de fermeture de la vanne correspondante, est représentée par la courbe C en 25 figure 5. On voit qu'il se produit un pic de survitesse P au début de l'ouverture de la vanne après quoi la vitesse de sortie du jet oscille et se rapproche d'une valeur Vc qui correspond à la vitesse de sortie d'un jet continu sortant du même orifice alimenté par la même pression d'air, la vitesse s'annulant ensuite quand la vanne est fermée en F à un moment 30 qui correspond à 50% de la durée T du cycle d'ouverture et de fermeture, dans l'exemple représenté. 2908167 5 Au pic P, la vitesse de sortie du jet pulsé est supérieure d'environ 50% à la vitesse Vc d'un jet continu généré dans les mêmes conditions, le pic de survitesse étant probablement dû à un phénomène de résonance dans le tube 16 à l'ouverture de la vanne 18. 5 Selon l'invention, la durée d d'ouverture de la vanne dans un cycle et la fréquence 1/T des cycles d'ouverture et de fermeture de la vanne sont déterminées de façon à ce que les pics de survitesse P dans les différents cycles d'ouverture se suivent de façon quasi-continue comme représenté schématiquement en figure 6. 10 Une valeur optimale de d est comprise entre 5 et 10ms, la fréquence des cycles d'ouverture et de fermeture des vannes étant comprise entre 30 et 200Hz. De façon préférée, la durée d'ouverture des vannes est voisine de 5ms et la fréquence des cycles d'ouverture et de fermeture des vannes est 15 voisine de 70Hz. La longueur des tubes 16 est choisie pour augmenter la valeur du pic de survitesse P, qui peut atteindre jusqu'à 170 % de la vitesse Vc d'un jet continu produit dans les mêmes conditions, cette longueur de tube étant de façon générale comprise entre 0,1 et 1m environ, le diamètre des 20 orifices 14 étant compris entre 2 et 10mm. Lorsque les orifices 14 sont alimentés comme représenté schématiquement en figure 6, le débit total d'air comprimé est égal à environ 35% du débit des jets continus à la même pression d'alimentation. Pour une pression (relative) d'alimentation de 2 bars, la vitesse de sortie 25 des jets pulsés atteint une valeur maximale de 70ms. Le gain en frottement dans la couche limite, en aval des orifices 14, est alors de l'ordre de 70%. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour retarder le décollement d'une couche limite dans un écoulement d'air sur une paroi, comprenant des orifices (14) formés dans la paroi (12) avec une inclinaison déterminée par rapport à la direction de l'écoulement (10) sur la paroi et par rapport à la surface de la paroi, des conduits (16) reliant ces orifices à des vannes (18) alimentées en air sous pression, et des moyens de commande des vannes en ouverture et en fermeture, caractérisé en ce que la fréquence des cycles d'ouverture et de fermeture des vannes (18) et la durée d'ouverture des vannes dans chaque cycle sont déterminées pour que des pics de survitesse (P) qui se produisent en sortie des orifices à l'ouverture des vannes, se succèdent de façon quasi-continue. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la durée 15 d'ouverture des vannes est comprise entre 5 et 10ms. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la durée d'ouverture des vannes est d'environ 5ms. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la fréquence des cycles d'ouverture et de fermeture des vannes est 20 comprise entre 30 et 200Hz. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fréquence des cycles d'ouverture et de fermeture des vannes est d'environ 70Hz. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé 25 en ce que la pression relative de l'air alimentant les orifices (14) est comprise entre 1 et 8 bars environ. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre des orifices (14) est compris entre 2 et 10mm. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé 30 en ce que la longueur des conduits (16) reliant les orifices (14) aux vannes (18) est comprise entre 0,1 et 1m. 2908167 7 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les axes des orifices (14) sont inclinés dans le même sens par rapport à la paroi (12) ou sont inclinés deux à deux d'un même angle dans des directions opposées par rapport à la paroi (12). 5 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est appliqué à une aile d'avion ou à une carrosserie de véhicule automobile. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'air comprimé alimentant les orifices (14) de la paroi (12) est prélevé sur le 10 moteur de l'avion ou du véhicule automobile ou est fourni par un compresseur auxiliaire.