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| Essai d'un avion réel à Langley en 1936 |
Les souffleries sont des tunnels, ronds ou rectangulaires, dans lesquels le vent est produit par des ventilateurs dans le but d’essayer des objets fixes comme des avions ou des automobiles, des maquettes de bâtiments ou de quartiers entiers.
Pour un avion une soufflerie est une machine à « voler » immobile, pour un ouvrage d’art la soufflerie va reproduire l’action du vent. Il y a en effet équivalence entre essayer un objet fixe dans un « courant d’air » et essayer un objet mobile dans un air « fixe ».
L’objet à tester est connecté à une instrumentation qui permet de mesurer les pressions, les moments et les forces exercées.. Les souffleries sont utilisées pour définir tous les nouveaux modèles d’avions ou d’automobiles – en particulier le fameux Cx – et pour éviter la conception de stades ou l’on s’enrhume à la moindre brise. On peut aussi améliorer l’efficacité d’éléments comme une bouche de ventilation, la forme d’un rétroviseur ou d’un radiateur.
Aujourd’hui tous les constructeurs d’avions ou d’automobiles et les centres techniques qui s’intéressent à l’aérodynamique utilisent une soufflerie. La NASA en a 42 principales, certaines permettant de tester un avion de 30m d’envergure, d’autres très petites permettant de tester une allumette.
Types de souffleries
Une soufflerie est d’abord caractérisée par son diamètre utile et la vitesse du « vent » qui y est réalisable mais il existe plusieurs architectures possibles
- Soufflerie à veine ouverte « système Eiffel » . La soufflerie est un tunnel droit avec au centre une chambre d’essai. L’air qui y entre est celui contenu dans le bâtiment qui abrite la soufflerie, il est éjecté dans ce même bâtiment. On distingue le collecteur qui va s’amincissant vers la chambre d’essai pour augmenter la vitesse de l’air et le diffuseur qui reprend l’air en sortie de chambre d’essai pour s’élargir vers le ventilateur ( dans une soufflerie le ventilateur est situé en sortie et aspire). Une grille en nid d’abeille disposée à l’entrée du collecteur améliore la qualité du flux ;
- Soufflerie à retour. L’air après être passé dans la chambre d’essai est guidé dans un tunnel en boucle et réinjecté. On dispose des déflecteurs dans les angles afin d’améliorer la qualité du flux.
- Soufflerie climatique. En plus du vent la soufflerie reproduit des conditions climatiques comme la pluie, la neige ou le sable.
- Soufflerie pressurisée. Les conditions de pression y sont supérieures à la normale. Ceci permet d’avoir une bonne similitude d’écoulement avec de petites maquettes en augmentant, par la pression, la masse volumique de l’air. L’inconvénient est que la pression dynamique sur la maquette augmente et donc que la maquette est soumise à de plus grands efforts et risque de se déformer.
- Soufflerie cryogénique. Un autre moyen d’augmenter la masse volumique de l’air est de diminuer la température, ce qui diminue aussi la viscosité de l’air et ne change pas les efforts sur la maquette.
- Soufflerie à rafale. Il n’est pas possible d’obtenir des vitesses hypersoniques (mach 5 et plus) de façon continue en soufflerie : on génère des rafales par détente du gaz issu d’une tuyère vers une sphère à vide.
- Soufflerie à arc. C’est une réalisation possible d’une soufflerie à rafale par déclenchement d’arc électrique dans un gaz ce qui le chauffe et le comprime. On obtient ainsi de très hautes températures et pressions durant moins d’une seconde.
- Soufflerie à choc. Autre variante des souffleries à rafale ou on utilise un long tube divisé en deux enceintes séparées par un diaphragme, l’une à haute pression, l’autre à basse pression. La rupture du diaphragme provoque une onde de choc.
Les souffleries à veine ouverte (de type Eiffel) ont les avantages suivants :
- Couts de construction bas
- Refroidissement naturel (les souffleries à boucle fermée réutilisant le même air doivent disposer d’échangeurs ou d’un système de refroidissement pour un fonctionnement à des vitesses élevées)
- Adaptées à l’étude des moteurs ou de la visualisation de la fumée puisqu’il n’y a pas d’accumulation de résidus dans l’air de la veine.
Et les inconvénients suivants :
- L’espace autour de la soufflerie doit être important afin d’éviter des dissymétries dues aux objets proches du collecteur. La qualité du flux des souffleries en boucle fermée est supérieure.
- Si la prise d’air est externe, le vent et les conditions météo influencent le fonctionnement de la soufflerie
- Le cout d’exploitation est important puisque l’air doit être constamment accéléré.
- Le fonctionnement est bruyant.
La chambre d’expérimentation peut avoir plusieurs dispositions. Elle peut être rectangulaire, ce qui facilite la manipulation (le diffuseur et le collecteur apparaissent comme deux orifices circulaires de même diamètre sur deux murs opposés de la chambre) ou au contraire être une simple portion du tunnel. Suivant la cas la veine est dite libre ou guidée.
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| La modeste soufflerie des frères Wright | 1912 Eiffel Auteuil. Soufflerie à veine ouverte libre | 1936 S2 IAT St Cyr Soufflerie à veine ouverte semi-guidée (rénovée en 1966) |
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| 1930 S2Ch Onera Meudon. Soufflerie à veine ouverte guidée (déménagée et rénovée en 1962) | 1934 DVL Adlershorf Soufflerie à veine fermée guidée | 1940 NACA (NASA) Ames lab Deux souffleries à veine fermée guidée |
On peut distinguer les types de souffleries suivant la vitesse du « vent » :
- Souffleries subsoniques : 0 à 200m/s ( 720km/h). Utilisées pour la simulation d’un vent réel, par exemple pour les bâtiments ouvrages d’art, ou pour le déplacement des véhicules terrestres, des avions de tourisme ou ceux en phase d’atterrissage et de décollage.
- Souffleries transsoniques : 0,7 <Mach < 1,5, pour les avions de transport civils
- Soufflerie supersoniques : 1,5 < Mach <5, pour les avions de combat.
- Soufflerie hypersoniques : 5 < Mach <15, obligatoirement du type par rafales, pour les missiles, lanceurs,..