CHAPITRE II

La SOUFFLERIE

La soufflerie.

Elle doit donner une vitesse de 150 m/s pour l'étude des ailes, et 200 à 400 m/s pour celle des hélices, la pression étant aussi grande que possible et la température étant basse si possible. L'emploi d’une soufflerie à dépression est sous ce rapport défavorable, une vitesse de 400 m/s n'étant obtenue qu'avec une pression de 0,32 atmosphère, mais les souffleries par compression exigent l'emploi d’un compresseur centrifuge, dont le débit décroît rapidement si l’on diminue la vitesse de l’air en mouvement; or, si l’on veut conserver un nombre de franges comparables quand la vitesse de l’air diminue, il faut augmenter l'épaisseur de l'écoulement et, par conséquent, augmenter le débit. On est done conduit à construire deux ou plusieurs souffleries distinctes avec leurs compresseurs propres. Comme on connaît mal les dimensions à donner pour une étude optique aussi nouvelle, on risque ainsi de s'engager dans une voie non seulement coûteuse, mais assez aléatoire. L'Institut de Mécanique des Fluides disposant d’une canalisation de 12 cm de diamètre branchée sur le réseau d’air comprimé de Paris, une solution simple consiste à utiliser la détente de l’air fourni par ce réseau. Un tunnel parallélépipédique en aluminium fondu de dimensions systématiquement un peu trop grandes permet, par l’adjonction de quatre cales intérieures en bois et de formes appropriées, de-réaliser des souffleries de sections el de formes aussi variées qu'il est nécessaire. Chaque cale étant simplement fixée à la paroi d'aluminium du tunnel par deux vis à bois, leur changement s'effectue très rapidement et permet des essais très nombreux. En fait des difficultés se produisent, les fuites peu sensibles pour des vitesses de 150 m/s deviennent considérables pour les vitesses supersoniques; on les oblure en plaçant entre les cales et la paroi d'aluminium un matelas de picéine, substance plastique à faible température et durcissant au refroidissement. Une autre difficulté peut provenir de la contraction du bois que dessèche à la longue l'air comprimé; dans ce cas, on emploie des cales d'aluminium.

L'ensemble de la soufflerie se présente comme une conduite verticale émergeant du plancher. À la base et à portée de main, une vanne permet de régler le débit; sa manœuvre est assez rapide pour établir le régime maximum en 3 à 5 secondes. Au-dessus se trouve la soufflerie proprement dite, pièce en aluminium fondu, composée d’un divergent suivi d’un convergent qui se lermine

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rapidement par le tunnel de section rectangulaire et constante; à la fin de ce tunnel se trouvent deux ouvertures pratiquées dans deux parois opposées, la maquette d’aile à l’étude est placée entre deux glaces encastrées dans ces ouvertures. Entre le divergent et le convergent est logée une plaque percée de trous, au niveau de laquelle la pression de l'air se transforme en vitesse et dont le rôle est de régulariser la vitesse de l'air. L'air est ensuite évacué à l’extérieur par un coude qui traverse le mur de la pièce; ce coude, de section légèrement croissante, forme diffuseur et augmente la vitesse dans le tunnel. Des jambes de force, scellées dans le sol cimenté, viennent saisir la conduite un peu en dessous de la soufflerie et assurent la rigidité nécessaire pour éviter toute vibration, le scellement du diffuseur dans le mur augmente encore cette rigidité. La disposition verticale a l'avantage d’être peu encombrante el de permettre un accès aisé du tunnel, elle facilite considérablement le réglage de l’interféromètre, dont toutes les pièces optiques deviennent visibles el accessibles pour un observateur assis, qui n’a pas besoin de se déplacer pour effectuer ce réglage; enfin, cette disposition permet au montage oplique, qui demande une dizaine de mètres de longueur, de s'effectuer entièrement dans un plan horizontal, à hauteur d'œil d’un observateur assis.

Le but d’une soufflerie est la réalisation d’une vitesse de l'air stable et unniforme en tous les points de la zone où l'on doit placer l'aile. L'emploi de l’interféromètre, en donnant la répartition des vitesses en l’absence de l'aile, permet de vérifier si ce but est atteint; on constate alors la nécessité de placer une toile métallique contre les trous de la plaque entre le divergent et le convergent, afn d'éviter que les filets d'air ne s’entrechoquent et produisent des mouvements de franges continuels. Avec cette disposition, les jets se mêlent et les franges deviennent parfaitement stables; on ne note alors aucune varialion de vitesse, sauf une très légère variation au voisinage des parois qui ne peut avoir aucune influence aérodynamique; elle pourrait causer cependant de légères erreurs dans les mesures opliques, puisque la vitesse doit être constante tout le long d’un même rayon lumineux; on verra qu'en général cetle erreur est négligeable.

Celle soufflerie se transforme sans difficulté en soufflerie supersonique sans autre modification que l’adjonction de cales de formes appropriées, placées au niveau de la fenêtre optique; pour assurer l'étanchéité, ces cales sont recouverles d’une mince épaisseur de caoutchouc du côté des glaces.

La fixation de l’aile.

La fixation de l'aile entre les deux glaces des fenêtres est assez délicate, et il est nécessaire qu'elle soit bien assurée, car les couples exercés sur laile sont assez forts, l’aile peut alors tourner et se mettre en travers de l’écoulement, ce qui provoque une surpression suffisante pour briser les glaces (1). Les fixations par frottement sur le verre sont à rejeter. On peut constiluer une

(1) C'est un accident qu'il faut d'autant plus éviter que les débris de glace sont lancés sur les pièces optiques de l'interféromètre qui peuvent être endommagées.

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bonne fixalion en prenant la moitié inférieure ou supérieure (côté bord de fuite ou bord d'attaque) de l’aile entre deux plaques métalliques un peu flexibles que l’on serre contre l’aile par un dispositif à vis et écrou (serre-joint, ensemble de deux lames rigides serrées à leurs extrémités par deux tiges filetées avec leurs écrous, etc.). Il faut toutefois, prendre soin de ne pas exercer sur les bords de fuite des maquettes des efforts exagérés susceptibles de les déformer. En opérant ainsi le passage de la paroi opaque à la paroi de verre se fait au niveau de l’aile, au lieu de se faire en avant et loin de cette aile et le raccordement est moins facile; mais l'inconvénient le plus grand est l'obligation d'étudier séparément les deux moitiés de l’aile; il n’y a d’ailleurs pas là une impossibilité, car l'écoulement de cette soufflerie est très régulier ({) et la vanne donne un réglage assez précis de la vitesse; ce n’en est pas moins une complication el une cause de diminution de la précision.

Nous avons, après différents essais, adoplé le montage suivant: la maquette est en laiton @) et porte un axe pris dans sa masse el dont chaque extrémilé passe par un trou pratiqué dans le verre des glaces; deux bras de leviers, montés à l’extérieur sur ces extrémités, fixent l’aile dans une position délerminée que l’on règle par deux vis (voir fig. 20). On peut se contenter de n'uliliser qu’un seul bras de levier; si l’on utilise les deux, on les place de telle manière que l’un cache l’autre, de façon à ne pas diminuer le champ visible; l'ensemble de ces deux bras est tourné du côté de l’intrados où les variations de densités sont plus faibles et plus régulières que sur l’extrados, afin que le raccordement des courbes de densité dans la partie cachée par les bras soit plus précis. Ce dispositif a le grand avantage d’assurer une vue pratiquement complète de toute la zone qui entoure l'aile; de plus, il donne par un simple réglage des vis tous les angles d'incidence possibles, ce qui permet un gain de temps appréciable si l’on doit faire l’étude des écoulements sous des incidences variées; cependant, comme il est difficile de percer le verre avec précision, on est obligé de laisser un certain jeu entre l’axe de l’aile et lé perçage correspondant des glaces, en sorte que, pendant l'écoulement du gaz, la position de celle aile peut changer très légèrement et le parallélisme des rayons lumineux et des génératrices de l’aile n’est plus aussi rigoureux; il serait donc préférable de soutenir la maquelle par des bras métalliques correctement ajustés et qui ne gêneraient pas sensiblement la vue; ce serait également préférable pour les régimes supersoniques, pour lesquels les efforts exercés sur cette maquette risquent de causer une compression du verre au niveau de l’axe suffisante pour amener une déformation des franges. Nous n’avons cependant pas utilisé ce dispositif, les efforts transmis étant trop faibles pour modifier la position des franges, ce que l’on constate expérimentalement en exerçant des efforts équivalents sur le verre par l'intermédiaire de l’axe qui traverse les glaces.

(1) A l'œil on ne note guère de mouvements des franges pendant l'écoulement. Il a été possible d'obtenir avec des durées de pose de cinq minutes des interférogrammes satisfaisants. L'écoulement est done remarquablement régulier.

(2) Le bois ne résiste pas aux particules de rouille entrainées par l'air comprimé, le laiton est facile à travailler et résiste assez bien (Il se ternit toutefois assez vite, ce qui est une gène pour le réglage optique du parallélisme des rayons lumineux et des génératrices de l'aile); l'acier courant rouillerait et ne peut être employé. Nous avons utilisé avec succès des maquettes en acier inoxydable au nickel-chrome à haute résistance mécanique,

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Un autre défaut consiste dans la mauvaise transmission mécanique du couple entre l’axe de l’aile et son bras de levier : la clavette qui transmet cet effort est nécessairement petite, puisque l’axe est aussi pelit que possible pour ne pas gêner la vue de l'aile; étant petite, cette clavette est difficile à ajuster, et elle présente un jeu, que l’on peut cependant éliminer en exerçant un léger effort initial en sens inverse sur chacun des bras de levier. Dans ces condilions, il semblerait que l’aile soit parfaitement fixée, mais on constate aux grandes vilesses qu’elle tourne d’un angle très appréciable par suite de déformations

Fig. 18. — Fixation du bras de levier sur l'axe de la maquette

élastiques; cela ne nuit évidemment pas à la précision des mesures, mais constitue un défaut à éviter, puisqu'on ne peut obtenir exactement l’angle d'incidence choisi. Il semble qu’à la place du système de liaison de l’axe de l’aile aux bras de levier par des clavettes, il serait préférable d'employer une liaison par cône d’angle très faible, le bras de levier se terminant par un cône creux s’emmanchant sur un cône plein porté par l’axe de l'aile. Ce dispositif supprime complètement le jeu dû à la clavette, de plus il transmet les efforts par l’ensemble de la périphérie, ce qui autorise une légère diminution du diamètre de l’axe, d’où une augmentation du champ aérodynamique visible (dans le cas d'ailes minces). Le serrage des deux pièces bras et axe se ferail par un simple écrou à oreilles enlevé après cette opération et remplacé, s’il y a lieu, par un écrou ordinaire. Le démontage se ferait au moyen: d’une clef spéciale, sorte de vis à oreille prenant point d'appui sur l'extrémité de l’axe

de la maquette, et se vissant sur un filetage porté par le bras de levier de manière à tirer celui-ci (voir fig. 18).

Les profils d’aile et leur axe sont taillés dans la masse, afin d'assurer la rigidité de celte pièce. Pour les profils minces (l’industrie fabrique des aïilettes de soufflantes de 6 em de corde, dont l'épaisseur n'atteint pas 2 mm), il y a intérêt à employer l'acier à haute résistance : 1° pour éviter toute déformation des profils; 2° pour diminuer le champ aérodynamique caché par l’axe. Il est commode, pour le réglage optique du parallélisme des rayons lumineux et des génératrices de la maquette, d'utiliser un acier susceptible d’un beau poli.

La fixation des fenêtres du tunnel.

La fixation des glaces nécessite d’abord une rectification parfaite des surfaces métalliques du tunnel sur lesquelles ces glaces s'appuient, ceci afin d'éviter : 1° les fuites d’air qui peuvent modifier la répartition des vitesses;

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Fig. 19. — Fixation des fenêtres du tunnel

2° la flexion et, par suite, la rupture des glaces sous la poussée des vis qui les maintiennent. Chaque glace est, en effet, maintenue par deux rangées latérales de quatre vis, qui appuient sur celles-ci par l'intermédiaire d’une bande métallique, suivie d’une épaisseur de caoutchouc pour réparlir la pression. Aux faibles vitesses, ce dispositif suffit en général; si les fuites deviennent gênantes, on interpose une petite feuille de caoutchouc entre le verre et la surface métallique sur laquelle ce verre repose. Le bord d'entrée des glaces (bord situé du

2,7. Vie

côté de l’arrivée de l’air) appuie également sur une surface métallique par l'intermédiaire, soit d’une substance plastique, soit d’une feuille de caoutchouc assurant la continuité des surfaces intérieures el évitant les fuites, et la pression sur ce joint est réglée par deux vis appuyant sur le bord de sortie de la glace par l'intermédiaire d’une bande métallique suivie d’une bande de caoutchouc (fig. 19).

Les glaces pénètrent légèrement dans la tuyauterie d'évacuation et finissent à l'air libre; par l’orifice ainsi constitué, l'air extérieur est vigoureusement aspiré et l’interféromètre se trouve dans un air continuellement brassé, ce qui assure la stabilité des franges, comme on le verra. Ce dispositif n’est pas obligatoire, et peut être remplacé par un ensemble de deux ventilateurs convenablement disposés pour brasser l’air qui entoure l’interféromètre.

Il faut éviter la présence d’un ressaut au passage de la paroi opaque du tunnel à la paroi de verre, l’interstice qui subsiste étant obturé, s’il y a lieu, avec une substance plastique assurant la continuité. De même, l’interstice entre l'axe de la maquette et le verre des glaces, doit être comblé avec une substance plastique assurant la continuité de la surface plane des glaces. Ces précaulions sont encore plus importantes en régime supersonique, et pour éviter que le ressaut au passage de la paroi du tunnel à la glace ne provoque une onde de choc, les glaces doivent être d’une seule pièce et s'étendre jusque dans la région subsonique, assez en avant de la gorge.

Les couloirs latéraux à densité atmosphérique.

La réduction des interférogrammes ne pouvant s'effectuer qu'à partir d'une zone de densité connue, des couloirs latéraux à densité atmosphérique sont aménagés le long des parois. Ils sont constitués par des cales en laiton de formes appropriées, placées à l’intérieur du tunnel d'aluminium (fig. 20), et en communication avec l'air extérieur par de larges ouvertures pratiquées dans la paroi extérieure de la cale et dans celle du tunnel d'aluminium. Il est difficile d'assurer l'étanchéité du contact verre laiton par du caoutchouc, si les cales ne sont pas correctement rectifiées et ajustées à leur emplacement, car l'épaisseur de la paroi de laiton est réduite à 2 mm pour masquer le moins possible la vue des franges. Des fuites peuvent se produire, elles ne peuvent changer la pression à l’intérieur des couloirs, mais elles peuvent changer un peu la température. En pareil cas, il faut rétablir la température de l'air par ventilation; dans ce but, un conduit pratiqué dans les cales relie les cavités supérieures à la tuyauterie d'évacuation qui est toujours en dépression; air est donc aspiré dans les couloirs sans que sa pression soit modifiée. D'ailleurs, dans ces cavités supérieures (côté évacuation), la majorité des fuites ont ce même effet d'aspiration, surtout pour les cavités qui sont en face de l’extrados de l'aile. Il existe un moyen simple de contrôler l’action de ces fuites, c’est de mesurer par voie interférométrique la densité dans la cavité face à l’intrados, à partir de la densité dans la cavité face à l’extrados, où les fuites ont sûrement lieu par dépression; on constate alors que la densité de l'air des deux cavités est la même et la ventilation forcée par aspiration n’est qu’une précaution.

LR:

Pour les tunnels construits sans faire usage de cales, ces couloirs latéraux sont très ficilement réalisés en laissant légèrement déborder les fenêtres de part et d'autre des parois, dont l'épaisseur doit être réduite au minimum. Les fuites sont alors faciles à obstruer.

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