Les écoulements autour des ailes ventilées

Abstract

L'étude des écoulements autour des ailes cavitantes ou ventilées présente un intérêt technique considérable puisque son champ d'application concerne tous les mouvements relatifs rapides de profils ou d'obstacles au sein d'un liquide. On peut citer à titre d'exemple les ailes sous-marines et les pales d'hélices des navires rapides, les pompes supercavitantes, les entrées d'eau. Les études dont nous souhaitons exposer les résultats concernent des ailes portantes à cavitation de culot -ou cavitantes à la base-dont l'extrados mouillé permet d'escompter que la finesse ne s'abaisse pas au-dessous de 9 en écoulement tridimensionnel et de 12 ou 14 en configuration bidimensionnelle. La pression dans la cavité peut résulter de la présence de la vapeur seule ou de vapeur et d'air entraîné ou injecté. Dans les deux cas, la pression de cavité constitue l'un des paramètres essentiels du phéno-mène et l'hydrodynamique globale ne dépend pas d'une manière appréciable de la nature du gaz de la cavité, comme on peut aisément le vérifier par l'expérience. Techniquement, la ventilation retient l'attention par son influence prépondérante sur la traînée qu'elle réduit par l'augmentation de la pression de culot. L'utilisation des ailes ventilées tronquées se justifie par le fait que la répartition judicieuse des pressions sur l'extrados encore mouillé limite à des valeurs acceptables la diminution de portance que ne manquerait pas d'engendrer l'augmentation de pression dans la cavité. Bien entendu, les conditions de fonctionnement des ailes impliquent qu'on veille soigneusement à éviter toute cavitation de bord d'attaque.Lorsque les ailes circulent à très grande vitesse, les couches limites qui s'établissent sur les parois sont très minces et dans leur environnement proche la répartition des pressions locales ne s'écarte guère de celle du champ irrotationnel associé aux frontières effectives du profil. Si de plus l'aile et sa cavité forment un ensemble très allongé dans la direction privilégiée du déplacement (généralement la direction horizontale) on est fondé à penser que toute modélisation respectant au moins la géométrie de l'aile permet d'accéder sans trop d'erreur aux propriétés globales -portance, traînée, momentdont la connaissance est nécessaire au constructeur. En écoulement bidimensionnel, cette idée se trouve à la base de développements qui ont connu jusqu'à un passé proche un succès considérable [1] à [3] et il est commode de l'évoquer comme point de départ de recherches qui ont fait l'objet de travaux théoriques et expérimentaux récents. * * *De fait, l'observation expérimentale sur ce sujet joue un rôle assez déterminant et sa pratique inspire les principales remarques qui suivent. D'abord, la conduite d'essais de cavitation requiert des moyens importants (dimensions des tunnels ou des canaux, puissances mises en jeu) et assez performants. A l'Institut de Mécanique de Grenoble un effort particulier a été accompli [4] de manière qu'on puisse atteindre des nombres de cavitation a et des dépressions relatives de v cavités a...

Recherches récentes sur la cavitation à l'Institut de mécanique de Grenoble

“…Les programmes de recherches ont été depuis lors inspirés en grande partie par la Marine nationale. Schématiquement, deux thèmes principaux ont été abordés: celui du fonctionnement des ailes ventilées, lié au projet de constructions d'hydroptères rapides [4,5], puis à partir de ]980 environ, l'analyse physique de la cavitation développée sur des aubages d'hélices [6,7]. Les travaux que nous présentons maintenant sont relatifs à ce dernier thème.…”

Cavitation développée sur des parois à courbure continue : phisyque du détachement

“…Nous nous sommes intéressés à cette question après que des essais ponctuels menés sur un cylindre circulaire [9] aient montré que la position du détachement de la cavité dépend fortement de lâ vitesse à nombre av constant. Les travaux antérieurs de notre équipe à l'Institut de Mécanique de Grenoble [10] qui concernent les ailes supercavitantes ou ventilées à arrière tronqué dont les points de détachement de la cavité sont déterminés a priori par une discontinuité de la tangente, méritaient alors de recevoir un prolongement dans cette direction. Le problème est double : qu'en est-il dans le cas où la tangente et la courbure de la paroi sont continues ?…”