MONOPLAN D'ENVERGURE INFINIE EXPÉRIMENTALE

Ecoulement plan théorique et expérimental.

La théorie des ailes sustentatrices d'envergure infinie est basée sur l'étude d'écoulement plan des fluides, ce qui suppose que toutes les particules fluides se meuvent dans le même plau parallèle à un plan fixe contenant le profil d’aile, de telle façon que, dans chacun de ces plans, l'écoulement reste identique à lui-même, ayant les mêmes vitesses et mêmes pressions sur une ligne perpendiculaire au plan fixe. Dans ces conditions, l’écoulement est déterminé dès que l’on connaît ce qui se passe dans l’un de ces plans.

Au point de vue de la confrontation entre la théorie et l’expérience, il est indispensable que les expérimentateurs transposent dans le domaine des réalisations possibles les concepts abstraits, qui ont été posés comme la base de la théorie. Donc, pour se rapprocher de la théorie des ailes sustentatrices d'envergure infinie, et pour que les résultats expérimentaux puissent être comparables avec ceux obtenus par la théorie, il est nécessaire, que toutes les composantes de vitesse, dans le courant plan expérimental réalisé, soient contenues dans des plans perpendiculaires aux génératrices de l’aile ayant pour section droite le profil considéré.

Les nombreux auteurs, qui ont confronté les résultats établis théoriquement et ceux mesurés dans les écoulements réels d’un fluide visqueux et compressible, ont cherché à réaliser un écoulement plan expérimental.

Ainsi, l’école allemande, avec M. BETZ (t), a réalisé un dispositif expérimental qui supprime l’intercommunication intrados-extrados à l’aide des labyrinthes en papier fixés, d’une part, sur l'aile expérimentée et, d'autre part, par les embouts qui l’éloignent des parois du tunnel. Le dispositif avec des labyrinthes est placé à l’intérieur de la veine fluide.

Un autre dispositif expérimental a été réalisé par MM. PRANDTL el WIESELSBERGER (2). Cette méthode consiste à utiliser une veine semi-guidée avec des parois verticales rigides et des labyrinthes en papier destinés à supprimer l’intercommunication intrados-extrados. Ces labyrinthes sont fixés, d’une

(1) Berz. — Z.F. M. Bd. 6, S. 173, 1915.

(2) Ergebnisse der Aerodynamischen Veruchsanstalt zu Gôttingen. Lieferung I, S, 55.

Er

part, sur l'aile pesée, et, d'autre part, sur les parois verticales, de telle sorte que tout le dispositif des labyrinthes se trouve à l’extérieur de la veine fluide.

En vue de vérifier les résultats théoriques par ceux que donne l’expérience, M. CARAFOLI a également réalisé un courant plan expérimental. La méthode de M. Cararorr consiste à freiner l’intercommunication intradosextrados en prolongeant l’aile expérimentée jusqu'aux parois du tunnel.

Il est intéressant de constater que tous ces expérimentateurs ont préconisé de supprimer ou freiner l’intercommunication intrados-extrados, laissant de côté la perturbation due au frottement sur les parois du tunnel, dans le cas des expériences de MM. PRANDTL et CARAFOLI, ou sur les parois des labyrinthes dans le cas de celles de M. BETz.

Pourtant, cette perturbation joue un rôle considérable sur le changement de la vitesse le long de l’envergure de l’aile. En effet, la vitesse sur les parois du tunnel ou des labyrinthes, étant nulle, commence à croître jusqu'à une certaine distance où elle devient constante. Donc, il existe un gradient de vitesse et un gradient de pression statique entre deux points sur une même génératrice, ce qui donne des vitesses locales qui diffèrent.

Nous laissons de côté l’influence due à la liaison entre le modèle et la balance par des fils ou des supports rigides disposés à l’intérieur du courant fluide, dont l'interaction est presque impossible à chiffrer au point de vue de la distribution des vitesses.

Toutes les méthodes citées ne satisfont pas les concepts abstraits posés par la théorie et, par conséquent, ne peuvent pas représenter un écoulement plan expérimental dont les résultats puissent être comparables avec ceux déduits par la théorie.

En réalité, toutes ces méthodes, quoi qu’elles soient loin d’un écoulement plan expérimental, donnent un allongement fictif supérieur à l'allongement géométrique de l'aile expérimentée. C’est d’ailleurs, ce qui correspond plus ou moins aux expériences réalisées avec des plaques de garde.

D’après ce qui précède, il est évidemment nécessaire, pour obtenir un écoulement plan expérimental, dont les résultats puissent être comparables avec ceux déduits par la théorie, d'éliminer non seulement lintercommunication intrados-extrados, mais surtout les perturbations dues, soit au frottement sur les parois du tunnel, soit aux supports ou fils destinés à la liaison entre le modèle expérimenté et la balance, dont l'interaction paraît être considérable. En d’autres termes, il est nécessaire d’éloigner l’aile expérimentée des parois du tunnel en conservant la continuité du profil, ce qui conduit à la notion des embouts; de supprimer ou freiner autant que possible l’intercommunication intrados-extrados par un dispositif convenable et, enfin, de réaliser une liaison entre le modèle et la balance à l’extérieur de la veine fluide.

La méthode des embouts était préconisée par MM. HuGuENARD et MARTINOT-LAGARDE et réalisée par M. GirErD (1) à l’Institut Aérotechnique

() M. GirarD. — Contribution à l'étude expérimentale du biplan d'envergure infinie, S. T. I. Aé. n° 53, 1934,

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de Saint-Cyr, avec une liaison entre le modèle et la balance complètement à l'extérieur de la veine fluide. Une étude systématique faite par M. GIRERD a montré que les embouts doivent être suffisamment longs pour, non seulement faire sortir l'aile expérimentée de la zone perturbée par le frottement, mais aussi l’éloigner assez de cette zone pour que les perturbations dues aux variations transversales de vitesse ne se fassent plus sentir au droit de l’aile.

En toute rigueur, pour se rapprocher de plus près des concepts posés par la théorie, il eut fallu supprimer l’intercommunication entre les embouts et le tronçon pesé, mais les essais effectués montrent que le freinage de l’intercommunication intrados-extrados obtenu par une petite fente entre l’aile pesée et les embouts assure des résultats qui sont comparables avec une suffisante approximation avec la théorie. L'écart de 15 % entre la pente théorique et expérimentale obtenu dans les expériences antérieures est réduit dans ce cas à la moitié.

Au point de vue expérimental, quoi qu'il soit délicat de transposer dans le domaine des réalisations les concepts abstraits posés par la théorie, si les résultats expérimentaux obtenus sont indépendants de l’allongement géométrique du modèle expérimenté, on peut dire qu'un dispositif convenablement choisi assure l’envergure infinie expérimentale.

Réalisations expérimentales.

1° Courant plan.

La grande soufflerie aérodynamique, de deux mètres de diamètre (fig. 11) de la section d’expérimentation de l’Institut Aérotechnique de Saint-Cyr, dans laquelle nous avons effectué nos essais, est munie d’un dispositif spécial qui permet les expériences en courant plan. Cette réalisation du courant plan a été obtenue, il y a plusieurs années, par MM. ToussainT et CARArFoLI grâce à des panneaux plans verticaux qui forment dans la section d’expérimentation habituelle une veine rectangulaire guidée sur une longueur de deux mètres.

Les panneaux sont constitués par des cadres de chêne recouverts de contreplaqués, chaque cadre étant divisé en trois parties, ce qui facilite un montage rapide. Les rails en bois, boulonnés aux parois métalliques du tunnel, servent comme le support et tiennent les panneaux parallèles. En réalité, pour assurer le parallélisme des panneaux, la mesure exacte des cotes n’est pas suffisante. Il peut arriver que le courant présente une petite déviation par rapport à l’axe du tunnel. Dans ce cas, les vitesses prises sur une ligne normale aux parois peuvent varier d’une paroi à l’autre et l'écoulement est loin d’être un courant plan. Par conséquent, une étude préliminaire sur la distribution des vitesses entre les parois est nécessaire. Les vitesses prises sur des lignes transversales en différentes sections et à différentes hauteurs, de même que sur des lignes longitudinales dans toute l’étendue du courant, doivent être sensiblement constantes.

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