Les souffleries en F1
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Les souffleries en F1
par scuderia57 Jeu 30 Oct - 19:33
La Formule 1 est un sport de compétition où le meilleur sera celui qui fera progresser la voiture le plus rapidement. Le secteur aérodynamique représente un secteur crucial pour gagner de la vitesse. Toute les équipes ont donc un département aérodynamique très important avec bien entendu une soufflerie plus ou moins grande. Le principe de fonctionnement est simple il s'agit d'étudier l'influence de l'air à l'aide d'une grosse soufflerie et une maquette à l'échelle 1 ou 1/2. Dans la plupart des cas un tapis roulant sous la maquette simule le déplacement de la monoplace sur la piste pour représenter le plus fidèlement possible la réalité.
Jusqu’a trois programmes fonctionnent parallèlement : la voiture actuelle, la voiture future et les simulations. La soufflerie représente souvent le plus gros investissement d'une équipe. Certaines écuries en ont même deux. Au total pas moins de 8 écuries ont leur propre soufflerie plus ou moins grande. Ce qui fait la qualité d'une soufflerie est bien sûr la dimension mais surtout son efficacité à l'usage. Lors de la construction d'une soufflerie il faut un long moment pour la calibrer parfois plus d'une saison avant d'avoir des résultats "efficaces".
La solution logique mais coûteuse consiste a avoir deux souffleries et comparer les résultats. C'est la solution qu'à adoptée Red Bull Racing et Honda qui vont continuer à utiliser leurs anciennes souffleries, faisant confiance aux résultats enregistrés avant de basculer vers la nouvelle soufflerie une fois sûr que les résultats sont bien comparables. Red Bull Racing a ainsi annoncé que son ancienne soufflerie à Bicester restera la "référence" jusqu'à ce que les résultats de Bedford soient comparables avec ceux de Bicester. Par contre Toyota se servira à terme de deux souffleries identiques.
Ce procédé sera très coûteux et il reste encore à prouver s'il sera efficace. Il est bien plus simple et moins coûteux d'utiliser une maquette à taille réduite dans les souffleries. Toutefois le test à taille réelle offre de nombreux avantages et toutes les équipes visant la victoire se doivent de tester leur monoplace à taille réelle. Certaines écuries possèdent de très grande soufflerie qui permet de tel test comme Toyota. Mais ces tests représentent une toute petite partie du programme et ils peuvent très bien être réalisés dans des souffleries louées pour l'occasion.
Renault est championne du monde mais sa soufflerie n'est pas du tout à la taille de son talent. En effet cette soufflerie de l'équipe Franco-anglaise aurait besoin d'une sérieuse remise à niveau. Elle sert depuis fort longtemps et a connu de sérieux problèmes à ses débuts. Les dirigeants ont ainsi eu la mauvaise idée de pressuriser l'atmosphère à deux bars, en théorie cela devait améliorer la simulation mais en pratique Renault fut très vite induit en erreur. Malgré cette petite dimension la soufflerie de l'équipe Renault a été très efficace. Cette soufflerie qui ne possède même pas de tapis roulant métallique a su être utilisée au maximum pas l'équipe championne du monde.
La soufflerie de Mclaren est très atypique par sa conception. Sa soufflerie est convenable et surtout très bien intégrée dans l'usine. Elle est très moderne et possède tous les derniers développements , de plus la transition avec l'ancienne s'est très bien déroulée. Les résultats sont à la clé et ils semblent stables. Mais c'est surtout la seule soufflerie à disposer d'une technologie de murs à géométries variables ou parois adaptables dans la section de test. Cette technologie très astucieuse permet d'utiliser une maquette de bien plus grande taille qu'avec des murs droits et fixes. En résumé Mclaren dispose d'une soufflerie de taille moyenne qui rend les services d'une grosse installation.
La Scudéria Ferrari possède un bel équipement avec ces deux souffleries. L’une d'entre elle la principale possède une très belle architecture et offre un haut débit. Ces installations sont fiables et les résultats ont bien été interprétés ces dernières années. Sur la principale le tapis roulant est bien trop court pour y étudier des modèles à taille réelle. Selon la rumeur Ferrari n'utiliserait plus les deux souffleries maintenant. En effet de nombreux spécialistes auraient quitté Maranello et l'élan se ralentit. Être au sommet pendant si longtemps nécessite même pour les plus grandes équipes une année ou deux de relâchement difficile à rattraper par la suite. On est donc en droit de se demander si la maintenance et le travail de calibrage sont toujours corrects
L'esprit de Toyota est un peu l'inverse de celui de Renault. Chez l'un chaque euro compte et doit être dépensé le mieux possible chez l'autre on ne doit pas compter l'investissement financier. C’est un peu la technique du rouleau compresseur. À l'heure actuelle Toyota ne possède qu'une soufflerie mais elle est très moderne et immense. Le tapis roulant est ainsi très long et est intégré dans une grande section d'essais. L'équipement est assez grand pour travailler sur des voitures à taille réelle. Au départ Toyota a eu un peu de mal à calibrer l'ensemble. Ces problèmes ont était réglés et l'équipe aborde une phase plus stable.La soufflerie fait partie de l'usine et tourne à plein régime les améliorations sur la maquette progressent vite et les résultats sont efficaces. Mais Toyota ne va pas se contenter de cette unique soufflerie et va bientôt s'équiper d'une seconde soufflerie identique! Il semble que Toyota na pas peur de dépenser son argent mais n'agit pas très intelligemment en faisant cela. Elle court le risque de s’enfermer dans une logique lui amenant trop de résultats et de ne pas savoir les interpréter. Par contre si elle garde le contrôle total des opérations sa tactique pourrait bien être payante. Mais que d'argent et d'énergie dépensés!
Williams possède deux souffleries l'ancienne étant encore bonne. Williams pourrait donc avoir une bonne combinaison malgré que l'équipe se soit égarée début 2005 avec son nouvel outil qui n'était pas géré de façon optimale. Williams travaille 24h/24 7j/7, et l'aéro de la FW28 semble très prometteur
Honda a commandé une toute nouvelle soufflerie qu'elle attend avec impatience. Le team Honda se sert pour l'instant d'une vielle installation et grâce à sa maîtrise, Honda arrive malgré tout à en tirer de bons résultats. Sa soufflerie provisoire utilise la technologie à veine ouverte ou Open Jet qui permet de tester un modèle plus gros. Honda va certainement pouvoir maintenir une bonne productivité et faire une bonne transition avec sa nouvelle soufflerie. En attendant l'arrive de cette soufflerie ultramoderne, Honda reste à la traîne par mis les grandes équipes
La nouvelle soufflerie a été mise en service au début de l'année 2006. Il s'agit en fait d'une simple remise à niveau de l'ancienne installation d'Arrows, Red Bull Racing disposant d'un budget réduit pour cette soufflerie située à Bedfort. Cette soufflerie est devenue un outil très moderne pour tester les modèles réduits mais l'infrastructure n'étant pas modifiée elle reste trop juste pour les tests à l'échelle réelle. Mais Red Bull Racing a du faire d'autres compromis radicaux faute de moyen comme ce tapis roulant trop court qui n'a pas de système d'animation de la maquette en assise et en lacet. Adrian Newey engagé très récemment chez Red Bull Racing trustera sûrement tout le département aéro pour utiliser au mieux cette soufflerie construite juste après la première guerre mondiale.
La soufflerie dernier cri voulu pas BMW à coûte très cher $57 millions. A ce prix cette soufflerie dispose bien entendu d'un tapis roulant métallique à l'intérieur d'une grosse section de test. Le souci c'est que BMW s'est peut être trop concentré sur les dimension gigantesques de sa nouvelle installation et donc des tests à taille réelle. Si l'équipe arrivent à gérer ce gigantisme elle pourrait tirer un avantage pour l'étude de la réduction de la traînée. Cette soufflerie a le défaut d'être située loin de l'usine mais BMW devrai régler le problème par une bonne gestion du département
Scudéria Toro Rosso :
La nouvelle écurie utilisera la vielle soufflerie de Fondmetal qu'utilisait déjà Minardi. Cette soufflerie est petite et d'une technologie très dépassée. Dans ces conditions obtenir des données viables et efficaces est très compliqué. Son avantage est qu'elle est très économique à exploiter. Elle donnera de "bon" résultats si l'équipe lui fourni une équipe d'aérodynamiciens très doués
Midland :
La petite équipe russe possède comme STR une soufflerie dépassée et petite. Difficile de dire laquelle est la meilleure cela dépendra comment chacune des deux souffleries sera utilisées.
Jusqu’a trois programmes fonctionnent parallèlement : la voiture actuelle, la voiture future et les simulations. La soufflerie représente souvent le plus gros investissement d'une équipe. Certaines écuries en ont même deux. Au total pas moins de 8 écuries ont leur propre soufflerie plus ou moins grande. Ce qui fait la qualité d'une soufflerie est bien sûr la dimension mais surtout son efficacité à l'usage. Lors de la construction d'une soufflerie il faut un long moment pour la calibrer parfois plus d'une saison avant d'avoir des résultats "efficaces".
La solution logique mais coûteuse consiste a avoir deux souffleries et comparer les résultats. C'est la solution qu'à adoptée Red Bull Racing et Honda qui vont continuer à utiliser leurs anciennes souffleries, faisant confiance aux résultats enregistrés avant de basculer vers la nouvelle soufflerie une fois sûr que les résultats sont bien comparables. Red Bull Racing a ainsi annoncé que son ancienne soufflerie à Bicester restera la "référence" jusqu'à ce que les résultats de Bedford soient comparables avec ceux de Bicester. Par contre Toyota se servira à terme de deux souffleries identiques.
Ce procédé sera très coûteux et il reste encore à prouver s'il sera efficace. Il est bien plus simple et moins coûteux d'utiliser une maquette à taille réduite dans les souffleries. Toutefois le test à taille réelle offre de nombreux avantages et toutes les équipes visant la victoire se doivent de tester leur monoplace à taille réelle. Certaines écuries possèdent de très grande soufflerie qui permet de tel test comme Toyota. Mais ces tests représentent une toute petite partie du programme et ils peuvent très bien être réalisés dans des souffleries louées pour l'occasion.
Renault est championne du monde mais sa soufflerie n'est pas du tout à la taille de son talent. En effet cette soufflerie de l'équipe Franco-anglaise aurait besoin d'une sérieuse remise à niveau. Elle sert depuis fort longtemps et a connu de sérieux problèmes à ses débuts. Les dirigeants ont ainsi eu la mauvaise idée de pressuriser l'atmosphère à deux bars, en théorie cela devait améliorer la simulation mais en pratique Renault fut très vite induit en erreur. Malgré cette petite dimension la soufflerie de l'équipe Renault a été très efficace. Cette soufflerie qui ne possède même pas de tapis roulant métallique a su être utilisée au maximum pas l'équipe championne du monde.
La soufflerie de Mclaren est très atypique par sa conception. Sa soufflerie est convenable et surtout très bien intégrée dans l'usine. Elle est très moderne et possède tous les derniers développements , de plus la transition avec l'ancienne s'est très bien déroulée. Les résultats sont à la clé et ils semblent stables. Mais c'est surtout la seule soufflerie à disposer d'une technologie de murs à géométries variables ou parois adaptables dans la section de test. Cette technologie très astucieuse permet d'utiliser une maquette de bien plus grande taille qu'avec des murs droits et fixes. En résumé Mclaren dispose d'une soufflerie de taille moyenne qui rend les services d'une grosse installation.
La Scudéria Ferrari possède un bel équipement avec ces deux souffleries. L’une d'entre elle la principale possède une très belle architecture et offre un haut débit. Ces installations sont fiables et les résultats ont bien été interprétés ces dernières années. Sur la principale le tapis roulant est bien trop court pour y étudier des modèles à taille réelle. Selon la rumeur Ferrari n'utiliserait plus les deux souffleries maintenant. En effet de nombreux spécialistes auraient quitté Maranello et l'élan se ralentit. Être au sommet pendant si longtemps nécessite même pour les plus grandes équipes une année ou deux de relâchement difficile à rattraper par la suite. On est donc en droit de se demander si la maintenance et le travail de calibrage sont toujours corrects
L'esprit de Toyota est un peu l'inverse de celui de Renault. Chez l'un chaque euro compte et doit être dépensé le mieux possible chez l'autre on ne doit pas compter l'investissement financier. C’est un peu la technique du rouleau compresseur. À l'heure actuelle Toyota ne possède qu'une soufflerie mais elle est très moderne et immense. Le tapis roulant est ainsi très long et est intégré dans une grande section d'essais. L'équipement est assez grand pour travailler sur des voitures à taille réelle. Au départ Toyota a eu un peu de mal à calibrer l'ensemble. Ces problèmes ont était réglés et l'équipe aborde une phase plus stable.La soufflerie fait partie de l'usine et tourne à plein régime les améliorations sur la maquette progressent vite et les résultats sont efficaces. Mais Toyota ne va pas se contenter de cette unique soufflerie et va bientôt s'équiper d'une seconde soufflerie identique! Il semble que Toyota na pas peur de dépenser son argent mais n'agit pas très intelligemment en faisant cela. Elle court le risque de s’enfermer dans une logique lui amenant trop de résultats et de ne pas savoir les interpréter. Par contre si elle garde le contrôle total des opérations sa tactique pourrait bien être payante. Mais que d'argent et d'énergie dépensés!
Williams possède deux souffleries l'ancienne étant encore bonne. Williams pourrait donc avoir une bonne combinaison malgré que l'équipe se soit égarée début 2005 avec son nouvel outil qui n'était pas géré de façon optimale. Williams travaille 24h/24 7j/7, et l'aéro de la FW28 semble très prometteur
Honda a commandé une toute nouvelle soufflerie qu'elle attend avec impatience. Le team Honda se sert pour l'instant d'une vielle installation et grâce à sa maîtrise, Honda arrive malgré tout à en tirer de bons résultats. Sa soufflerie provisoire utilise la technologie à veine ouverte ou Open Jet qui permet de tester un modèle plus gros. Honda va certainement pouvoir maintenir une bonne productivité et faire une bonne transition avec sa nouvelle soufflerie. En attendant l'arrive de cette soufflerie ultramoderne, Honda reste à la traîne par mis les grandes équipes
La nouvelle soufflerie a été mise en service au début de l'année 2006. Il s'agit en fait d'une simple remise à niveau de l'ancienne installation d'Arrows, Red Bull Racing disposant d'un budget réduit pour cette soufflerie située à Bedfort. Cette soufflerie est devenue un outil très moderne pour tester les modèles réduits mais l'infrastructure n'étant pas modifiée elle reste trop juste pour les tests à l'échelle réelle. Mais Red Bull Racing a du faire d'autres compromis radicaux faute de moyen comme ce tapis roulant trop court qui n'a pas de système d'animation de la maquette en assise et en lacet. Adrian Newey engagé très récemment chez Red Bull Racing trustera sûrement tout le département aéro pour utiliser au mieux cette soufflerie construite juste après la première guerre mondiale.
La soufflerie dernier cri voulu pas BMW à coûte très cher $57 millions. A ce prix cette soufflerie dispose bien entendu d'un tapis roulant métallique à l'intérieur d'une grosse section de test. Le souci c'est que BMW s'est peut être trop concentré sur les dimension gigantesques de sa nouvelle installation et donc des tests à taille réelle. Si l'équipe arrivent à gérer ce gigantisme elle pourrait tirer un avantage pour l'étude de la réduction de la traînée. Cette soufflerie a le défaut d'être située loin de l'usine mais BMW devrai régler le problème par une bonne gestion du département
Scudéria Toro Rosso :
La nouvelle écurie utilisera la vielle soufflerie de Fondmetal qu'utilisait déjà Minardi. Cette soufflerie est petite et d'une technologie très dépassée. Dans ces conditions obtenir des données viables et efficaces est très compliqué. Son avantage est qu'elle est très économique à exploiter. Elle donnera de "bon" résultats si l'équipe lui fourni une équipe d'aérodynamiciens très doués
Midland :
La petite équipe russe possède comme STR une soufflerie dépassée et petite. Difficile de dire laquelle est la meilleure cela dépendra comment chacune des deux souffleries sera utilisées.
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Re: Les souffleries en F1
par scuderia57 Jeu 30 Oct - 19:43
Une soufflerie (en anglais Wind Tunnel) est une installation d'essais utilisée en [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien] pour étudier les effets d'un écoulement d'air sur un corps, généralement un modèle de dimension réduite par rapport au réel.
On peut effectuer dans une soufflerie des mesures, par exemple d'efforts, et des visualisations d'écoulement le plus souvent impossibles à faire dans les conditions réelles de déplacement.
Il existe plusieurs centaines de souffleries dans le monde, dont le plus grand nombre sont aux USA.
Une soufflerie désigne aussi un simulateur de chute libre. Dans ce cas l'écoulement d'air est dirigé vers le haut.
Les premières expériences visant à tester l'écoulement de l'air sur des corps ont été faites soit par chute libre soit avec des manèges, notamment par [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien] vers 1800; le corps étant supporté par un bras tournant. Cette deuxième méthode ayant l'inconvénient d'introduire des effets centrifuges et de faire évoluer le corps dans son propre sillage aérodynamique, l'idée est venue de créer un mouvement d'air sur un corps immobile. La première soufflerie a été inventée et réalisée en Angleterre par Francis Herbert Wenham en 1871. [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien] construit et expérimente la première soufflerie russe en 1897. Les [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien], cherchant à analyser et améliorer les performances de leurs planeurs, ont également fabriqué une petite soufflerie en 1901. Après celle de [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien], les premières souffleries française sont celles de Gustave Eiffel en 1909 et 1912. La première soufflerie à circuit fermé est celle de [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien] au [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien] en 1909.
Avec le développement de l'aéronautique militaire à partir de 1910, et suivant la première guerre mondiale, les grandes nations ont construit des souffleries de plus en plus grandes; celle de Chalais-Meudon était la plus grande en 1929.
1923 Variable Density Tunnel à Langley Field1931 Full Scale Tunnel à Langley Field1936 First supersonic tunnel à Peenenemunde1944 40- by 80-Foot Tunnel NACA Ames à Moffet Field
Une soufflerie se compose d'un circuit aérodynamique comportant une veine d'essais. Le circuit d'air peut être ouvert ou fermé :
La veine d'essais peut être ouverte ou "libre" comme dans les souffleries Eiffel, guidée (par exemple par un plancher pour tester des automobiles) ou fermée. Dans la plupart des souffleries à retour, la veine d'essais est fermée, ce qui permet de contrôler (et de modifier) la température et la pression de l'air.
Le flux d'air est généralement aspiré et non soufflé sur le modèle, le ventilateur (ou compresseur) étant disposé en aval de la veine d'essais.
[*]Arrivée d'air ou collecteur, prenant l'air soit à l'extérieur, soit dans un bâtiment, ou bien l'air revenant de la veine d'essais (circuit à retour)
[*]Chambre de tranquillisation de grande dimensions, comprenant un filtre à alvéoles de type nid d'abeille pour redresser les filets d'air et des grillages très fins pour réduire la turbulence
[*]Convergent (nozzle)servant à accélérer l'air vers la veine d'essais. Le taux de contraction peut dépasser 10
[*]Veine d'essais avec les équipements de mesure. La section de la veine est le plus souvent rectangulaire ou polygonale (rectangulaire avec des panneaux à 45° dans les angles), quelquefois circulaire ou elliptique.
[*]Diffuseur ou divergent; l'air y est progressivement ralenti en élargissant la section avec une conicité faible (environ 2° pour chaque paroi).
[*]Ventilateur ou compresseur; la section de la veine est circulaire au niveau des pales. Les plus grandes souffleries de type ouvert (Chalais-Meudon et Moffet Field) présentent plusieurs rangées de ventilateurs disposés dans un veine rectangulaire ou elliptique.
[*]Sortie d'air (soit à l'extérieur, soit dans un local) ou bien continuité du circuit (circuit à retour). Dans ce cas le circuit présente généralement 4 coudes à 90° équipés de déflecteurs (guide vanes). Les souffleries dites ouvertes placées dans un bâtiment fermé sont en fait des souffleries à retour, le retour se faisant à l'intérieur du bâtiment.
Dans le cas d'un mobile (avion, véhicule), on considère que l'effet de l'air en mouvement sur le modèle à l'arrêt est le même que sur le modèle en mouvement dans une masse d'air fixe. Pour avoir des résultats d'essais valables à échelle réduite, il faut suivre la loi de similitude qui demande de conserver le [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien] traduisant le rapport entre les forces d'inertie et de viscosité de l'air.
Nombre de Reynolds : Re = V . L . rho / mu V : vitesse de l'air, L : longueur du corps (la corde du profil pour une aile)rho : masse volumique de l'air, mu : viscosité dynamique
Compte tenu des dimensions des avions les plus grands (gros porteurs), on doit obtenir en soufflerie des nombres de Reynolds très élevés; pour cela on peut jouer sur V, L et rho. Pour L et V, on doit augmenter la taille du modèle et le vitesse de l'air : cela conduit à des souffleries plus grandes et des motorisations plus puissantes. On peut aussi augmenter rho (la masse volumique de l'air) en augmentant la pression d'air dans la soufflerie (soufflerie pressurisée) ou en diminuant la température de l'air (soufflerie cryogénique), ou les deux.
L'air étant compressible, il faut aussi respecter le [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien] dans le cas des grandes vitesses. La plupart des avions de ligne (à réaction) volent à plus de M 0.8.
[*]
Types de souffleries aérodynamiques
En fonction des besoins de vitesse et de Reynolds, les caractéristiques physiques de l'écoulement peuvent être modifiées :
Souffleries d'étude
Modèles simples à visée éducative, généralement à circuit ouvert. Dimension de la veine de l'ordre de 60 x 60 cm. Les moins puissantes ont une puissance de quelques kilowatts, ce qui permet de mettre en mouvement une veine fluide de quelques décimètres carrés de section.
Souffleries universitaires
Veines de 1 à 5 m² de section, vitesse de l'ordre de 40 à 60 m/s, permettent des essais de modèles de planeurs et d'avions à basse vitesse (moins de 200 km/h). Exemples, la soufflerie S4 de l'ISAE, ou celle de l'Université d'Orléans.
Veines de 5 à 8 m² de section, vitesse de l'ordre de 50 à 100 m/s, permettent des essais de modèles d'avions plus grands, à vitesse plus élevée. Exemple typique, la soufflerie américaine Texas University 7 x 10 ft (6.32 m²)
Souffleries subsoniques
Ces souffleries ont une vitesse d'air jusqu'à 100 m/s (360 km/h ou M 0.3). On peut y tester les véhicules routiers et les avions en phase de décollage ou d'atterrissage. Exemples, souffleries F1 (pressurisée) et F2 de l'Onera.
Très grandes souffleries
La plus grande soufflerie subsonique à retour est celle de l'[Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien] à [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien] (plus de 120 mètres de circuit, veine d'expérience de 8 m de diamètre), mise en service en [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]. Très puissante (88 MW), on peut y tester des modèles de 4 m d'envergure, à plus de 300 m/s. La soufflerie subsonique en circuit ouvert la plus grande est celle de du NASA Ames Research Center; elle a une section de test ouverte de 80 x 120 ft soit 24 x 36 m, près de 900 m²; elle dispose de 6 ventilateurs d'une puissance totale de 100 MW (135 000 cv).
Souffleries transsoniques
Elles ont une vitesse d'air allant de M 0.5 à M 1.3 permettant de tester les avions à réaction de transport civil volant généralement autour de M 0.80-0.85. La soufflerie transsonique cryogénique Européenne ETW (European Transonic Wind Tunnel) est établie à Cologne, en allemagne. La combinaison de la pression (jusqu'à 4.5 bars ) et de la température très basse (jusqu'à - 160 deg) permet d'obtenir un Nombre de Reynolds équivalent à celui des plus grands avions de ligne (Re 80 M pour l'aile de l'A380). La puissance installée est de 50 MW (68 000 cv).
Souffleries supersoniques
Fonctionnant de M 1.5 à 5, elle permettent de tester les avions de combat et les missiles. Exemples, la soufflerie Onera S2 MA
Souffleries hypersoniques
Les souffleries à rafales, soufflant un air stocké sous haute pression dans des cuves, permettent d'atteindre de très grandes vitesses, jusqu'à 25 [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien] pour tester les véhicules hypersoniques et la rentrée dans l'atmosphère. Exemples, les souffleries Onera S3 (Mach 5.5) et S4 (Mach 12).
On peut effectuer dans une soufflerie des mesures, par exemple d'efforts, et des visualisations d'écoulement le plus souvent impossibles à faire dans les conditions réelles de déplacement.
Il existe plusieurs centaines de souffleries dans le monde, dont le plus grand nombre sont aux USA.
Une soufflerie désigne aussi un simulateur de chute libre. Dans ce cas l'écoulement d'air est dirigé vers le haut.
Les premières expériences visant à tester l'écoulement de l'air sur des corps ont été faites soit par chute libre soit avec des manèges, notamment par [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien] vers 1800; le corps étant supporté par un bras tournant. Cette deuxième méthode ayant l'inconvénient d'introduire des effets centrifuges et de faire évoluer le corps dans son propre sillage aérodynamique, l'idée est venue de créer un mouvement d'air sur un corps immobile. La première soufflerie a été inventée et réalisée en Angleterre par Francis Herbert Wenham en 1871. [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien] construit et expérimente la première soufflerie russe en 1897. Les [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien], cherchant à analyser et améliorer les performances de leurs planeurs, ont également fabriqué une petite soufflerie en 1901. Après celle de [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien], les premières souffleries française sont celles de Gustave Eiffel en 1909 et 1912. La première soufflerie à circuit fermé est celle de [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien] au [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien] en 1909.
Avec le développement de l'aéronautique militaire à partir de 1910, et suivant la première guerre mondiale, les grandes nations ont construit des souffleries de plus en plus grandes; celle de Chalais-Meudon était la plus grande en 1929.
1923 Variable Density Tunnel à Langley Field1931 Full Scale Tunnel à Langley Field1936 First supersonic tunnel à Peenenemunde1944 40- by 80-Foot Tunnel NACA Ames à Moffet Field
Une soufflerie se compose d'un circuit aérodynamique comportant une veine d'essais. Le circuit d'air peut être ouvert ou fermé :
- Soufflerie à circuit ouvert, dit de "type Eiffel" (par exemple la soufflerie de [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien] construite en [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien] rue Boileau à [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien], qui est toujours en exploitation ).
- Soufflerie à retour (en circuit fermé) (ex: [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien] de l'[Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien] à [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]-[Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien] en Savoie).
La veine d'essais peut être ouverte ou "libre" comme dans les souffleries Eiffel, guidée (par exemple par un plancher pour tester des automobiles) ou fermée. Dans la plupart des souffleries à retour, la veine d'essais est fermée, ce qui permet de contrôler (et de modifier) la température et la pression de l'air.
Le flux d'air est généralement aspiré et non soufflé sur le modèle, le ventilateur (ou compresseur) étant disposé en aval de la veine d'essais.
[*]Arrivée d'air ou collecteur, prenant l'air soit à l'extérieur, soit dans un bâtiment, ou bien l'air revenant de la veine d'essais (circuit à retour)
[*]Chambre de tranquillisation de grande dimensions, comprenant un filtre à alvéoles de type nid d'abeille pour redresser les filets d'air et des grillages très fins pour réduire la turbulence
[*]Convergent (nozzle)servant à accélérer l'air vers la veine d'essais. Le taux de contraction peut dépasser 10
[*]Veine d'essais avec les équipements de mesure. La section de la veine est le plus souvent rectangulaire ou polygonale (rectangulaire avec des panneaux à 45° dans les angles), quelquefois circulaire ou elliptique.
[*]Diffuseur ou divergent; l'air y est progressivement ralenti en élargissant la section avec une conicité faible (environ 2° pour chaque paroi).
[*]Ventilateur ou compresseur; la section de la veine est circulaire au niveau des pales. Les plus grandes souffleries de type ouvert (Chalais-Meudon et Moffet Field) présentent plusieurs rangées de ventilateurs disposés dans un veine rectangulaire ou elliptique.
[*]Sortie d'air (soit à l'extérieur, soit dans un local) ou bien continuité du circuit (circuit à retour). Dans ce cas le circuit présente généralement 4 coudes à 90° équipés de déflecteurs (guide vanes). Les souffleries dites ouvertes placées dans un bâtiment fermé sont en fait des souffleries à retour, le retour se faisant à l'intérieur du bâtiment.
Dans le cas d'un mobile (avion, véhicule), on considère que l'effet de l'air en mouvement sur le modèle à l'arrêt est le même que sur le modèle en mouvement dans une masse d'air fixe. Pour avoir des résultats d'essais valables à échelle réduite, il faut suivre la loi de similitude qui demande de conserver le [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien] traduisant le rapport entre les forces d'inertie et de viscosité de l'air.
Nombre de Reynolds : Re = V . L . rho / mu V : vitesse de l'air, L : longueur du corps (la corde du profil pour une aile)rho : masse volumique de l'air, mu : viscosité dynamique
Compte tenu des dimensions des avions les plus grands (gros porteurs), on doit obtenir en soufflerie des nombres de Reynolds très élevés; pour cela on peut jouer sur V, L et rho. Pour L et V, on doit augmenter la taille du modèle et le vitesse de l'air : cela conduit à des souffleries plus grandes et des motorisations plus puissantes. On peut aussi augmenter rho (la masse volumique de l'air) en augmentant la pression d'air dans la soufflerie (soufflerie pressurisée) ou en diminuant la température de l'air (soufflerie cryogénique), ou les deux.
L'air étant compressible, il faut aussi respecter le [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien] dans le cas des grandes vitesses. La plupart des avions de ligne (à réaction) volent à plus de M 0.8.
[*]
Types de souffleries aérodynamiques
En fonction des besoins de vitesse et de Reynolds, les caractéristiques physiques de l'écoulement peuvent être modifiées :
- Soufflerie classique, atmosphérique,
- Soufflerie pressurisée (4 à 10 bars ou plus); le nombre de Reynolds augmente avec la masse volumique de l'air
- Soufflerie cryogénique
- Soufflerie dite à rafale, caractérisée par un temps de fonctionnement limité (de l'ordre de la minute)
- Soufflerie à arc, caractérisée par un temps de fonctionnement très court (quelques secondes) permettant de simuler des conditions extrêmes telles que l'échauffement causé par une rentrée dans l'atmosphère.
Souffleries d'étude
Modèles simples à visée éducative, généralement à circuit ouvert. Dimension de la veine de l'ordre de 60 x 60 cm. Les moins puissantes ont une puissance de quelques kilowatts, ce qui permet de mettre en mouvement une veine fluide de quelques décimètres carrés de section.
Souffleries universitaires
Veines de 1 à 5 m² de section, vitesse de l'ordre de 40 à 60 m/s, permettent des essais de modèles de planeurs et d'avions à basse vitesse (moins de 200 km/h). Exemples, la soufflerie S4 de l'ISAE, ou celle de l'Université d'Orléans.
Veines de 5 à 8 m² de section, vitesse de l'ordre de 50 à 100 m/s, permettent des essais de modèles d'avions plus grands, à vitesse plus élevée. Exemple typique, la soufflerie américaine Texas University 7 x 10 ft (6.32 m²)
Souffleries subsoniques
Ces souffleries ont une vitesse d'air jusqu'à 100 m/s (360 km/h ou M 0.3). On peut y tester les véhicules routiers et les avions en phase de décollage ou d'atterrissage. Exemples, souffleries F1 (pressurisée) et F2 de l'Onera.
Très grandes souffleries
La plus grande soufflerie subsonique à retour est celle de l'[Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien] à [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien] (plus de 120 mètres de circuit, veine d'expérience de 8 m de diamètre), mise en service en [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]. Très puissante (88 MW), on peut y tester des modèles de 4 m d'envergure, à plus de 300 m/s. La soufflerie subsonique en circuit ouvert la plus grande est celle de du NASA Ames Research Center; elle a une section de test ouverte de 80 x 120 ft soit 24 x 36 m, près de 900 m²; elle dispose de 6 ventilateurs d'une puissance totale de 100 MW (135 000 cv).
Souffleries transsoniques
Elles ont une vitesse d'air allant de M 0.5 à M 1.3 permettant de tester les avions à réaction de transport civil volant généralement autour de M 0.80-0.85. La soufflerie transsonique cryogénique Européenne ETW (European Transonic Wind Tunnel) est établie à Cologne, en allemagne. La combinaison de la pression (jusqu'à 4.5 bars ) et de la température très basse (jusqu'à - 160 deg) permet d'obtenir un Nombre de Reynolds équivalent à celui des plus grands avions de ligne (Re 80 M pour l'aile de l'A380). La puissance installée est de 50 MW (68 000 cv).
Souffleries supersoniques
Fonctionnant de M 1.5 à 5, elle permettent de tester les avions de combat et les missiles. Exemples, la soufflerie Onera S2 MA
Souffleries hypersoniques
Les souffleries à rafales, soufflant un air stocké sous haute pression dans des cuves, permettent d'atteindre de très grandes vitesses, jusqu'à 25 [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien] pour tester les véhicules hypersoniques et la rentrée dans l'atmosphère. Exemples, les souffleries Onera S3 (Mach 5.5) et S4 (Mach 12).
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