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Visualisation du flux dans un tunnel d'eau : Observation du Vortex de pointe au-dessus d'une aile delta

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Les ailes d'avion, et leur conception, sont essentielles pour définir les caractéristiques de performance d'un aéronef. L'aile delta est un design populaire dans les avions à grande vitesse en raison de ses excellentes performances dans les régimes de vol transsoniques et supersoniques.

L'aile delta a un petit rapport d'aspect, qui est défini comme l'envergure divisée par la longueur moyenne du cordon. Pour une aile delta, c'est la demi-longueur du cordon racinaire. D'autres conceptions communes d'aile, comme l'aile rectangulaire et l'aile balayée-conique, ont des rapports d'aspect plus élevés.

L'aile delta a également un angle de balayage élevé, qui est défini comme l'angle entre la ligne d'accord de 25% et l'axe latéral. Ces caractéristiques de l'aile réduisent la traînée à des régimes de vol sous-soniques, transsoniques et supersoniques élevés. Fait important, l'aile delta a un angle de décrochage élevé par rapport aux ailes à rapport d'aspect élevé.

En aérodynamique, l'angle de décrochage est le point où l'angle d'attaque est trop élevé, ce qui entraîne une diminution de la portance. L'angle de décrochage élevé d'une aile delta est dû à une portance améliorée par un vortex d'avant-garde au-dessus de l'aile, appelé ascenseur vortex. L'élévation du vortex se produit lorsqu'une aile delta est soumise à des angles d'attaque plus élevés, ce qui provoque une séparation du débit au bord d'attaque de l'aile, au lieu de se produire en aval près du bord de fuite, comme ce serait le cas pour une aile rectangulaire.

Le remorquage des tourbillons d'avant-garde induit une basse pression sur la surface supérieure de l'aile. Ce différentiel de pression améliore l'ascenseur. Ces tourbillons partent du sommet de l'aile et progressent en aval. À un moment donné, ils ont éclaté, appelé panne de vortex, en raison du gradient de pression défavorable élevé.

Une fois que la panne de vortex se produit, le vortex ne peut plus induire la basse pression. À de faibles angles d'attaque, la rupture du vortex se produit en aval du bord de fuite. Cependant, à mesure que l'angle d'attaque augmente, l'emplacement de la dégradation du vortex se déplace en amont jusqu'à un point où la dégradation se produit sur la majeure partie de la surface de l'aile. Cela réduit l'ascenseur et provoque le décrochage de l'aile.

Dans cette expérience, nous utiliserons un tunnel d'eau avec teinture pour visualiser ces modèles de vortex sur un modèle d'aile delta et suivre l'emplacement de la dégradation du vortex à différents angles d'attaque.

Pour mener cette expérience, vous aurez besoin d'accéder à un tunnel d'eau. Tout d'abord, obtenir trois contenants de 500 ml et remplir chacun au moins la moitié de teinture. Utilisez un récipient pour le colorant bleu, un autre pour le colorant vert, et le dernier pour le colorant rouge.

Le modèle d'aile delta utilisé dans notre expérience a tubing déjà connecté aux trois récipients de teinture. Il a également trois robinets d'injection de colorant, qui disperseront un colorant différent à trois régions différentes de l'aile. Les mesures de distance sont marquées sur l'aile à l'aide de marques de tiques de 1 cm. L'aile delta doit déjà être fixée à un support C-strut. Connectez-le au tunnel avec des vis, en gardant l'angle de lacet aussi près que 0 que possible.

Une fois l'aile delta en place, remplissez le tunnel d'eau d'eau. Assurez-vous d'attacher un papier avec des marques de tiques pour fournir une référence pour la vue latérale. Ensuite, placez une caméra pour capturer la vue du haut de l'aile. Placez une deuxième caméra pour capturer la vue latérale. Maintenant, appuyez sur 'Record' sur chaque caméra pour capturer des images de l'injection de colorant et les tourbillons suivants.

Réglez manuellement l'angle d'attaque à 0 en ajustant l'angle sur la jambe C. Ensuite, placez la vitesse d'écoulement du tunnel d'eau à 4 po/s. Une fois que le débit s'est stabilisé, la pression d'alimentation vers les réservoirs de teinture à l'aide de la pompe manuelle.

Observez les stries de colorant, puis ajustez le débit de teinture à l'aide des trois boutons pour générer une strie continue. L'application des trois couleurs à la fois nous permet de visualiser les interactions vortex dans différentes régions de l'aile. Observez les interactions vortex et identifiez le rouleau de vortex et le noyau de vortex primaire.

Après avoir enregistré au moins 10 secondes du vortex, changez l'angle d'attaque à cinq degrés. Attendez que les lignes d'écoulement et de stries se stabilisent et enregistrez les tourbillons pendant au moins 10 s.

Répétez la mesure en augmentant l'angle d'attaque par incréments de 5 degrés jusqu'à 55 degrés. Enregistrez au moins 10 s du modèle de vortex strié à chaque fois.

Si l'eau devient trop trouble, ce qui donne l'impression que les lignes de stries sont ternes, fermez l'alimentation en colorant et éteignez le tunnel. Égoutter l'eau et la remplacer par de l'eau douce avant de procéder.

Lorsque tous les essais sont terminés, éteignez la caméra et fermez l'alimentation en colorant. Puis éteignez le tunnel et égouttez l'eau. Assurez-vous de laver la teinture du tunnel lorsque vous avez terminé.

De l'expérience, nous pouvons identifier les pannes de vortex à différents angles d'attaque. La distance entre l'apex de l'aile et la dégradation du vortex, étiquetée LB, est mesurée, comme indiqué. Pour plus de simplicité, nous référons cette distance comme un pourcentage de la longueur d'accord du bord de fuite.

Examinons maintenant la distance entre le bord de fuite et la ventilation du vortex pour chaque angle d'attaque. Comme indiqué ici, l'emplacement de la panne de vortex se déplace progressivement en amont à mesure que l'angle d'attaque augmente. Lorsque l'angle d'attaque est égal à 40 degrés, la dégradation du vortex se produit à 96 % de l'emplacement des accords à partir du bord de fuite. En d'autres termes, presque jusqu'au sommet de l'aile. À cette attitude, l'aile delta connaît un décrochage complet. En d'autres termes, il connaît une perte totale de portance.

En résumé, nous avons appris comment le faible rapport d'aspect et l'angle de balayage élevé d'une aile delta contribuent à son soulèvement vortex et au décrochage retardé. Nous avons ensuite observé le phénomène d'écoulement du vortex sur une aile delta modèle dans un tunnel d'eau, et utilisé la ventilation du vortex pour estimer l'angle de décrochage.

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