Un nouvel éclairage sur la transition laminaire-turbulent dans les ailes en flèche
Au cours des dernières années, la transition vers la turbulence dans les couches limites des ailes en flèche a fait l'objet de nombreuses recherches. Plusieurs expériences ont déjà mis en évidence l'importance des éléments distribués de microrugosité, montrant que de très petites imperfections de surface peuvent produire un effet majeur sur l'emplacement de la transition. Cependant, les efforts des chercheurs pour contrôler la transition avec ces éléments ont été infructueux, en raison de petites différences de niveau de bruit dans les souffleries utilisées pour les expériences actuelles. Des scientifiques financés par l'UE et travaillant sur le projet RODTRAC (Robustness of distributed micron-sized roughness-element for transition control) ont utilisé des techniques de modélisation numérique et mené des expériences en soufflerie pour tester la réceptivité de la couche limite à des perturbations externes telles que la turbulence de flux libre et les ondes acoustiques. La réceptivité est le mécanisme par lequel les perturbations de flux libre pénètrent dans la couche limite et créent les conditions initiales pour des ondes instables. Des simulations numériques détaillées ont permis d'évaluer et d'expliquer de façon minutieuse les effets des perturbations acoustiques et tourbillonnaires, en conjonction ou séparément. Ces simulations s'accompagnaient de calculs de stabilité et d'analyses de réceptivité. Les résultats ont montré, indépendamment du niveau de turbulence de flux libre, que les tourbillons stationnaires de croisement de flux constituent les principaux mécanismes d'instabilité lorsque des éléments de microrugosité sont présents. De plus, l'interaction des ondes acoustiques et des éléments de rugosité provoquait une excitation des tourbillons tangentiels instables. Des expériences avec une turbulence et des perturbations acoustiques contrôlées ont complété le travail numérique et ont été utilisées pour valider les résultats. Dans les niveaux de faible turbulence, les éléments distribués de microrugosité stabilisaient les écoulements de couche limite et déplaçaient la transition plus en aval. Dans de tels cas, des champs acoustiques dans certaines plages de fréquences se sont avérés déstabiliser encore plus la position de la transition. Les niveaux de haute turbulence n'ont pas retardé la transition laminaire-turbulent. RODTRAC a amélioré les connaissances concernant l'interaction des différentes sources de perturbations sur la transition dans les couches limites de l'aile en flèche. Les résultats et les conclusions du projet seront utilisés pour améliorer les prévisions concernant les performances des avions équipés d'ailes laminaires, ce qui facilitera la conception d'avions de pointe.
Mots‑clés
Transition laminaire-turbulent, ailes en flèche, microrugosité distribuée, RODTRAC, turbulence flux libre
