Contrails ! Waviness Gauge
État de surface et laminarité
Les performances des machines évoluées, planeurs, avions, ULM reposent sur des surfaces portantes "laminaires".
Un état de surface de qualité est indispensable pour que l'écoulement reste laminaire sur une portions significative du profil.
Un petit appareil proposé par Alex Strojnik, aérodynamicien americano-slovaque, permet de se faire une idée de la qualité de réalisation de l'aile ou de l'empennage.
Un (très petit) peu de théorie
Laminaire ou turbulent ?
Dans un écoulement laminaire, les particules de fluide ont des trajectoires sensiblement parallèles (a).
Les forces de frottement sont très réduites lorsque l'écoulement est laminaire.
Si au contraire les trajectoires s'entrecroisent ou tourbillonnent, l'écoulement est dit turbulent (b).
Les frottements sont alors plus importants.
Le passage de laminaire à turbulent est appelé transition.
Le constructeur soucieux de performances souhaiterait que la majorité de l'écoulement sur les parois de sa machine soit laminaire.
Et en pratique ?
Choisir le bon profil
Sur un fuselage ou une aile "normaux", l'écoulement n'est laminaire qu'à l'avant, sur 10 à 20 % de la longueur ou de la corde, tout au plus.
Certains profils d'aile, dits "à laminarité étendue", permettent de conserver l'écoulement laminaire sur une grande partie de la corde (jusqu'à 60% dans les cas favorables).
La traînée est alors 2 à 3 fois inférieure à celle d'un profil conventionnel, pourvu que la géométrie soit respectée.
Notez que ces profils ont un point d'épaisseur maximale très reculé par rapport aux profils conventionnels (Cf paragraphe précédent).
Géométrie et état de surface
Malgré tous les efforts, une pièce réelle n'est jamais parfaitement conforme au dessin.
La surface (en noir) présente des ondulations plus ou moins amples (et parfois des stries ou des rayures, de longueur d'onde plus réduite).
La ligne moyenne (en bleu) présente toujours un écart par rapport à la géométrie théorique (en rouge).
Pour assurer un écoulement laminaire sur une portion significative de l'aile ou du fuselage, écarts de réalisation et ondulation doivent rester dans des limites étroites.
La Waviness Gauge d'Alex Strojnik permet de contrôler et quantifier la qualité de l'état d'une surface aérodynamique.
Contrôleur d'ondulation
L'outil proposé par Strojnik
Connu des constructeurs de planeurs de compétition, il est rarement utilisé pour les avions à moteur.
Pour fabriquer la Waviness Gauge ("Ondulomètre ?", "Rugosimètre" ?)
Un bloc de métal ou de bois dur.
Un comparateur au centième de mm.
3 pieds en Nylon.
L'écartement de 2 pouces est conservé, pour permettre une comparaison directe avec les mesures de Strojnik et des aérodynamiciens américains.
Fabrication
Le bloc peut être en métal ou en bois dur.
Ici, il est tiré d'une chute d'ipé, bois exotique très utilisé pour les terrasses et mobiliers d'extérieur.
Après perçage, la fente de serrage est sciée grâce à un petit montage à la circulaire.
Penser à percer un trou d'arrêt avant sciage, pour éviter de fendre le bloc au serrage.
Le bloc terminé.
L'ipé prend un beau poli à la coupe, pas besoin de ponçage.
Une couche de cire pour éviter les taches.
[L'auteur a pris note de revoir l'affûtage de sa fraise pour le trou de serrage ;-)]
Choix des comparateurs
L'aiguille du MITUTOYO à droite, fait un tour par mm, chaque petite division correspond à 0,01 mm.
Le SYNERGIE à gauche est plus précis (et plus cher). L'aiguille fait 5 tours par mm, l'écart entre les chiffres correspond à un centième, et les petites divisions à 0,002 mm soit 2 microns (2 μm).
La lecture sera plus facile.
NB : les Anglo-Saxons utilisent des comparateurs en millièmes de pouces
(~2,5 centièmes de mm), l'aiguille ne bougera guère lors d'une mesure.
L'outil terminé
Les vis Nylon de 6 se trouvent en grande surface de bricolage.
Extrémités arrondies pour assurer un contact ponctuel et un meilleur glissement.
Vidéos
Utilisation de l'outil
Test de l'outil sur une table en mélaminé.
La table est lisse (pas de secousses de l'aiguille).
La table présente une ondulation (déplacements de l'aiguille du comparateur).
En affichant la vidéo en plein écran, vous pouvez effectivement évaluer les ondulations de la table.
Mike Arnold & Bruce Carmichael
Deux grands messieurs de l'aérodynamique, Mike Arnold et Bruce Carmichael utilisent leur contrôleur d'ondulation pour évaluer la qualité aérodynamique de l'aile de l'AR5.
Inutile de dire que l'ondulation résiduelle du profil est très largement en-deça de la limite de laminarité !
Extrait de la vidéo de Mike Arnold :
Why It Goes So Fast
[Video offerte au public par la famille de Mike Arnold]
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06-06-2020 à 03:31:59
