La simulation est la représentation par un modèle physique ou mathématique d’un phénomène complexe, du comportement d’un appareil ou de l’évolution d’un système, à des fins d’études, de mesures ou d’essais.
Les simulations par aéromodèles s’effectuent dans des souffleries. Des mécanismes impriment des mouvements à la maquette et la soufflerie recrée les conditions de vol à des fins d’études, de mesures et d’essais.
Une soufflerie est une installation servant à simuler les conditions aérodynamiques d’un déplacement dans l’air. L’action de l’air sur un objet en déplacement est équivalente à celle du vent généré dans la soufflerie sur l’objet. On peut effectuer des mesures très précises, ce qui est souvent impossible dans les conditions réelles de vol.
La mesure des dérivés aérodynamiques* est très importante pour les dynamiques du vol*. On les mesure sur l’aéromodèle auquel on imprime des mouvements d’oscillation périodique en tangage, lacet ou roulis grâce à des mécanismes. Les mesures des dérivés aérodynamiques déterminent les coefficients d’amortissement des petits mouvements de l’avion étudié.
Dans les souffleries on teste aussi des capsules ou des parachutes.
Exemple: Les tests du Concorde
Le montage sur mat girouette* de la maquette du Concorde a servi à l’étude de qualité statique et dynamique de l’avion. Les pesées sont effectuées à l’aide de balances adaptées aux différents types d’essais. Pour étudier l’influence du sol, on le figure par un plancher disposé sous l’aéromodèle en configuration d’atterrissage. A l’aide de fils placés sur une grille à l’arrière de la maquette on observe la nature de l’écoulement autour de l’aile. Ces fils s’orientent dans la direction locale du courant d’air.
Le centre de Modane a participé au développement de l’industrie aérospatiale grâce à sa soufflerie. Les grandes dimensions de certaines maquettes nécessitent une instrumentation importante. Par exemple les maquettes d’airbus qui nécessitent 1000 prises de pression, 6 mesures d’efforts, 3 mesures d’angles, 7 motorisations, 72 thermocouples... Deux ventilateurs de 14 mètres de diamètre occupent la soufflerie S1.
Les simulations sont aussi utilisées pour prédire les dépôts de glace lors de vols. Des profils de plus en plus performants et une motorisation plus faible rendront les avions futurs plus sensibles au givrage, ce qui nécessite une optimisation de leurs systèmes de protection. On a alors recours à des modèles numériques, développés à partir d’essais en souffleries givrantes, et capables de prédire les dépôts de glace. Les dépôts obtenus par calcul et ceux obtenus par simulation en soufflerie sont à peu près semblables.
Par exemple pour l’étude du dépôt de givre sur un profil :
www.onera.fr/images-science/souffleries/avion-subsonique-givrage.phpChaque profil est testé en soufflerie selon différents nombres de Reynolds.
Quelques exemples d’études en soufflerie :
-La vrille est une chute quasi verticale de l’aéronef accompagnée d’un mouvement de rotation. Des essais en soufflerie verticale et en vol permettent de connaître les divers modes de vrilles auxquelles peut être confronté l’avion et d’étudier les manœuvres des commandes de vol nécessaires pour en sortir. Les consignes qui permettent d’arrêter la vrille sont alors reportées dans le manuel de vol de l’avion. Si la sortie de vrille n’est pas obtenue de façon simple et rapide on modifie l’aéronef pour obtenir des résultats satisfaisants.
-La réduction de la traînée permet d’améliorer les performances des avions de transport, ce qui se traduit par une diminution de la consommation de carburant et d’émission de polluant.
Un moyen pour y parvenir est l’aspiration de l’air aux bords d’attaque des différents composants. Cette technologie fait l’objet de calculs et d’essais en soufflerie
-Les études de largage d’une charge aéroportée (bombe, réservoir, missile...) sont destinées à valider le déroulement d’un largage réel. Jusqu’à présent, on faisait appel aux essais en soufflerie. Ils consistent à larguer des aéromodèles libres dont le déplacement est filmé, ou à reconstituer des trajectoires à l’aide d’un support de charges motorisé, dont la géométrie peut être changée en cours d’essais. Actuellement, des techniques numériques particulières sont développées pour améliorer la prédiction des trajectoires.
On peut donc voir que les aéromodèles sont utilisés en souffleries comme la représentation des avions grandeur nature aussi bien au niveau des mouvements qu’au niveau des réactions au cours du vol.
