Étude expérimentale de la Structure d’écoulement sur une aile Delta Via les méthodes de visualisation de flux

L’objectif général de cette expérience est d’observer les écoulements tourbillonnaires instationnaires au-dessus d’une aile delta à l’aide de techniques de visualisation et d’étudier le mécanisme responsable des oscillations des emplacements de rupture des vortex de bord d’attaque. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés sur le phénomène d’écoulement instationnaire d’une aile delta cylindrique, telles que l’oscillation du bord d’attaque de l’emplacement de la rupture du sommet. Le principal avantage de cette technique est que le champ d’écoulement tourbillonnaire mondial de bord d’attaque à grande échelle et les sous-structures cellulaires à petite échelle peuvent être illustrés simultanément.

Commencez par le modèle de l’expérience. Pour cette expérience, le modèle est une aile delta en aluminium de 280 millimètres de long. Prenez le modèle à monter dans la soufflerie, qui est en boucle fermée et à basse vitesse.

Sa section d’essai est dotée de parois en verre pour permettre un accès optique à l’expérience. Ici, l’aile delta a été correctement montée dans la soufflerie. Deux lasers peuvent éclairer les structures d’écoulement, un laser à double impulsion de 532 nanomètres pendant la vélocimétrie d’image de particules ou un laser à ondes continues de 532 nanomètres lors de la visualisation de l’écoulement de fumée.

Ce schéma fournit des informations sur la configuration optique avec le laser continu. Une lentille convexe contrôle la taille du faisceau laser. Une lentille cylindrique élargit le faisceau en une feuille.

Un miroir réfléchit la feuille laser dans la soufflerie. Portez des lunettes laser appropriées et commencez par le laser continu. Pour plus de sécurité, réduisez la transmittance du faisceau à l’aide d’un filtre à densité neutre.

Commencez avec uniquement le laser, le filtre et le miroir en place. Ajustez le miroir pour introduire le faisceau dans la soufflerie. Assurez-vous que la poutre coupe le modèle à environ 1/4 de la longueur du modèle derrière sa face.

Ensuite, installez la lentille convexe et la lentille cylindrique. Ensuite, sur le modèle, mesurez la ligne laser qui la coupe pour vérifier l’épaisseur de la feuille laser. Ajustez la lentille convexe si nécessaire.

Arrêtez les réglages lorsque l’épaisseur souhaitée est obtenue. Placez une plaque cible d’étalonnage sur l’aile delta avec sa surface coïncidant avec la feuille laser. Avec le laser éteint, passez à la configuration de la caméra.

Utilisez un appareil photo numérique commercial pour visualiser le flux de fumée et faites-le fonctionner manuellement. Placez la caméra de manière à obtenir le champ de vision souhaité et faites-la pointer sur la plaque cible d’étalonnage. Lorsque l’appareil photo est prêt, prenez plusieurs images à des fins d’étalonnage.

Ensuite, retirez la plaque cible d’étalonnage. Allumez la soufflerie à basse vitesse et injectez des particules d’huile pour l’asseoir uniformément. Pour visualiser l’écoulement de la fumée, allumez la soufflerie à la vitesse souhaitée.

Ensuite, allumez le laser continu sans filtre. À l’aide de la caméra, capturez cinq à 10 instantanés de la structure de l’écoulement. Utilisez les images pour vérifier que la feuille laser se trouve à la section transversale longitudinale du noyau des tourbillons de bord d’attaque.

Cette image d’exemple montre un noyau et des sous-structures de vortex clairs, indiquant une feuille laser bien positionnée. Ajustez les paramètres de l’appareil photo selon vos besoins pour la qualité de l’image, et enregistrez des images et des vidéos. Lorsque vous avez terminé, coupez le flux d’air et approchez-vous du modèle.

Là, marquez la position de la feuille laser comme référence pour des mesures ultérieures. Terminez en éteignant le laser et en transférant les données sur l’ordinateur. Cette mesure nécessite un laser différent.

Remplacez le laser continu par le laser pulsé. Avec le laser allumé, vérifiez sa trajectoire et, si nécessaire, ajustez la lentille convexe. Assurez-vous que le faisceau coupe le modèle le long de la ligne marquant la position du laser continu.

Remplacez également l’appareil photo numérique. À sa place, remplacez-la par une caméra CCD haute vitesse. Contrôlez la caméra avec le synchroniseur et le laser à double impulsion.

Maintenant, allez dans le modèle et identifiez une région où les structures peuvent être observées. Encore une fois, placez une plaque cible d’étalonnage sur l’aile dans cette région. Concentrez-vous sur la plaque d’étalonnage et prenez plusieurs photos.

Retirez la plaque d’étalonnage avant de continuer. Démarrez le logiciel PIV et définissez les paramètres. Démarrez l’écoulement en soufflerie à la vitesse souhaitée.

Réglez le laser à son niveau de puissance le plus élevé. Utilisez le logiciel pour démarrer l’acquisition de données pendant 100 secondes. Si les images acquises sont acceptables, enregistrez-les et continuez en exécutant d’autres cas.

Il s’agit d’une image traitée de la section transversale longitudinale à partir de la visualisation de l’écoulement de fumée. Il y a une échelle de 10 millimètres pour référence. L’image révèle le noyau du vortex primaire du bord d’attaque, la couche de cisaillement enroulante avec des sous-structures tourbillonnaires, la rupture du vortex et le sillage turbulent.

Cette vidéo montre les oscillations des emplacements de rupture du vortex de bord d’attaque dans les sections transversales du transfert. L’analyse des emplacements de panne mesurés pour chaque instant indique une forte interaction antisymétrique. Il s’agit d’un résultat de vélocimétrie d’image de particules moyenné dans le temps montrant la vorticité sans dimension dans la section efficace longitudinale.

Le noyau du vortex primaire peut être identifié par la ligne d’inflexion de la vorticité positive et négative, marquée par la ligne pointillée noire. Des lignes continues entourent les régions dont la force de tourbillon locale est inférieure à zéro, indiquant des tourbillons de couche de cisaillement. Les sous-structures supplémentaires sont entourées de lignes pointillées blanches.

Ce résultat de vorticité de vélocimétrie d’image de particules moyenné dans le temps est à la section efficace dans le sens de l’envergure. L’écoulement se sépare du bord d’attaque, forme une couche de cisaillement et roule dans le noyau du vortex de chaque côté de l’aile. Il y a des sous-structures tourbillonnaires stationnaires à l’intérieur des couches de cisaillement.

Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en une heure si elle est bien réalisée. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon d’observer le phénomène d’écoulement instable d’une aile delta cylindrique à l’aide des techniques de visualisation de l’écoulement mentionnées ci-dessus. N’oubliez pas que travailler avec des lasers peut être extrêmement dangereux et que des précautions telles que le port de lunettes de protection laser doivent toujours être prises lors de chaque expérience.