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Contrails ! Étude d'un tunnel radiateurs

p51
© GTH

 

La Pierre Skunk Works

gif soufflerie
Doc GTH
Lors de la conception des radiateurs du MCR 4S, nous disposions de peu d'éléments. Une fois le faisceau défini, il restait à dessiner un canal, ou tunnel aussi efficace que possible, en minimisant la traînée de refroidissement.

Les sources les plus précieuses : les rapports du NACA cités en référence, l'ouvrage de Küchemann & Weber Aerodynamics of propulsion et les conseils de Michel Colomban.
A noter également le livre de S. Hoerner sur la traînée.

Pour le reste, peu d'études récentes sinon celles de Miley. Beaucoup d'articles répètent ce qu'ils ont lu ou inventent.

N'ayant pas les moyens de calculer ou simuler, j'ai dû mesurer et visualiser. Les travaux se sont déroulés de l'automne 2003 au printemps 2004 dans un laboratoire ultra-secret des Alpes.

La Pierre Skunk Works ?

Labo secret

grange
Photo GTH

 

Sous ce nom de code se cache... la grange de mon beau-père, où furent menées en secret l'étude du tunnel radias et la construction de Lorem Ipsum.


Caractérisation du bloc radiateurs

Canal radiateurs
Doc NACA

 

La première étape consiste à mesurer le coefficient de résistance du bloc radias. Pour cela, un élément de l'ensemble est traversé par l'écoulement et l'on mesure la différence de pression statique (Δp) entre l'entrée et la sortie, ainsi que la pression dynamique à l'entrée (q= ρV²/2).


Matériel mesure delta p/q
Photo GTH

Le montage fait appel à des tuyaux de PVC, les prises de pression sont en tube de laiton.
Le débit est assurée par un aspirateur de copeaux.

Ces mesures permettent de calculer le coefficient de résistance C = Δp/q correspondant à notre bloc. Le fait de travailler en vraie grandeur élimine les principaux effets d'échelle.
Dans la gamme de vitesses du montage, le coefficient reste pratiquement constant.

Montage mesure delta p/q
Photo GTH

La connaissance de ce paramètre permet dès à présent de dimensionner l'entrée d'air du diffuseur.

On définit la perméabilité du faisceau par λ = 1/√(1+C).
Si l'entrée d'air a une section supérieure ou égale à 1,5×λ - 0,5×λ², on constate que le débit dans le tunnel et le bloc radias ne dépend pratiquement plus que de la section de sortie.
Le pilotage du débit peut alors s'effectuer entièrement par le volet de capot en sortie.

La partie externe du carénage des radiateurs peut être dessinée au sentiment, pour assurer une "jolie courbe" (Michel Colomban), avec un rayon de lèvre d'entrée suffisant pour éviter les décollements extérieurs.

Il est maintenant possible de dessiner un diffuseur standard d'après les ouvrages de référence. La littérature propose en effet un certain nombre de tracés mathématiques pour les parois de diffuseurs, censés éviter les décollements.
Les constructeurs intéressés peuvent trouver les travaux de Küchemann & Weber et Breguet & Devillers sur la page biblio.
Le résultat sera certainement acceptable, sans être assurés toutefois d'un rendement optimal.
Ce procédé peut convenir à un constructeur qui n'a pas la possibilité de faire des essais plus approfondis

 

Étude en soufflerie

Soufflerie en marche
Photo GTH

 

Sur les conseils de Michel Colomban, j'ai réalisé une soufflerie aérodynamique pour dessiner l'entrée d'air selon une méthode moins calculatoire, mais plus proche de l'optimum.

Il est en effet établi qu'en dessinant les parois du diffuseur d'après les lignes de courant du bloc radiateur en plein vent, aucun décollement n'est à craindre.


Premier souffle sur le radiateur
Photo GTH

Premier souffle sur le radiateur. On constate que la majorité de l'écoulement contourne le faisceau.
La photo ne donne qu'une simple indication car la tension du fil unique fausse la visualitsation de la ligne de courant. Un relevé correct à la canne à pêche exige un fil fin et court pour explorer la veine.


Soufflerie sur table
Photo GTH

Le bloc radiateurs est installé dans la soufflerie qui travaille entre panneaux

Le collecteur découpé au fil chaud régularise l'écoulement, au prix d'une légère chute du débit. Les mesures montrent qu'avec ce montage la forme des lignes de courant ne dépend pas de la vitesse de l'écoulement.


Image cloison radiateur
Photo GTH

Pose d'une petite cloison au bas du faisceau pour stabiliser l'écoulement à ce niveau.

La veine d'essai est équipée de prises de pression statique en différents points, et d'une prise de pression totale sur la face avant du faisceau.

Relevé à la canne à pêche de la ligne de courant correspondant au bas du bloc. Ce tracé sera utilisé pour dessiner la paroi du diffuseur.


Report sur plans
Photo GTH

Le résultat est reporté sur le plan de l'installation moteur. Cette paroi correspondra en fait au plafond du diffuseur, pour laisser la place au pot d'échappement. Des ajustements locaux sont nécessaires pour réduire les virages trop brusques à l’entrée du faisceau


Etapes suivantes

Un plafond correspondant au tracé relevé est mis en place dans la veine, et la procédure répétée pour la ligne de courant inférieure car la présence du plafond en courbe modifie l'écoulement.
Tests de différentes combinaisons de plafonds et de lèvres inférieures avec quelques variantes locales pour améliorer l'écoulement à l'approche du faisceau. Essai de quelques variantes "loi des aires".

 

Extrait du rapport d'essai N°14

 

Essai n°14 jeudi 8/04/2004

Configuration B3/T3

Plafond T3 : basé sur la courbe "libre", prolongée comme dans le plan papier jusqu'au haut du radiateur. Descendue de queques mm par rapport au plan pour le jeu avec le silencieux. La partie avant de la courbe a été remplacée par une ligne droite jusqu'à l'entrée de la soufflerie.
Dans cet essai l'angle de l'écoulement général se rapproche de ce qu'il sera en montée.

Plancher B3 : déjà testé avec un autre plafond. Il faudra lui définir un bord d'attaque plus aérodynamique, 1/4 d'ellipses, bord d'attaque d'une profondeur de MCR, etc... Idem pour la forme du "ventre" du pod, l'extérieur du plancher.

Essai n° 14

Constatations :

- A l'oeil, vue par l'avant de la soufflerie, l'ouverture de 25 mm semble correcte.
- Pas de décollement
- Au fil de laine tous les tubes du radiateur sont alimentés

Fil tube superieur
Photo GTH

 

 

Tout en haut

 

Fil tube central
Photo GTH

 

 

Au milieu

Fil tube inferieur
Photo GTH

 

 

Tout en bas

Avec les pressions moyennes relevées on obtient un rendement de diffuseur d'environ 89 %.

Il est sûrement possible de faire mieux, en y passant du temps. La configuration de l'essai 14 semble tout à fait acceptable pour le MCR 4S n°20. Il reste à faire des essais en fermant graduellement le volet de capot.
[...]

 

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20-04-2021 à 12:10:44

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