Études expérimentales et numériques de l'effet de déformations de surface sur la transition laminaire-turbulent

par Jean-Charles Bonaccorsi

Thèse de doctorat en Dynamique des fluides

Sous la direction de Daniel Arnal.

Soutenue en 2002

à École nationale supérieure de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse ; 1972-2007) .

mots clés

• Transition laminaire-turbulent
• Instabilité laminaire
• Contrôle de laminarité
• Déformation de paroi bidimensionnelle et tridimensionnelle
• Surfaces (mathématiques) -- Déformation -- Thèses et écrits académiques
• Stabilité -- Thèses et écrits académiques
• Analyse numérique -- Thèses et écrits académiques

Résumé

Réduire la traînée d'un avion permet de diminuer les coûts du transport aérien, enjeux des plus stratégiques. Dans ce but, le maintien d'une couche limite laminaire étendue permet une forte réduction de la traînée de frottement. Les progrès réguliers dans ce domaine ont débouché sur l'optimisation des profils d'aile, et sur la sensibilisation de la couche limite par aspiration au travers de parois poreuses. Ces techniques ont été testées en vol sur la voilure d'un Falcon 900, avec Dassault Aviation, faisant apparaître des écarts entre prévisions et mesures de transition. Ces écarts ont été attribués à des défauts de géométrie (ondulations) de la voilure, et ont motivé un important travail d'analyse. Il a été décidé de développer une nouvelle génération de critères de tolérance de forme, basés non plus sur des corrélations empiriques globales, mais sur les analyses de stabilité de la couche limite. La théorie de la stabilité permet, en effet, de caractériser la croissance des instabilités, la mesure de cette croissance se faisant au moyen du facteur N. Une modélisation du saut de facteur N en fonction des paramètres caractérisant la déformation géométrique permet de prévoir, à partir de l'étude de la géométrie de base, quels seront les effets sur la transition. La démarche employée consiste en une série d'études expérimentales et numériques, de complexité croissante, permettant d'affiner progressivement les lois de variations physiques et leur modélisation. L'ensemble de ces travaux a permis l'élaboration d'un critère tenant compte de l'ensemble des paramètres étudiés et permettant une bonne estimation de la position de transition pour les différentes configurations. Enfin des déformations tridimensionnelles ont été examinées ; cette étude à mis en évidence, pour certaines configurations, la prépondérance des effets tridimensionnels.

Titre traduit

Experimental and numerical studies of surface waviness effects on the laminar-turbulent transition

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