Le givre en aéronautique

 

Le givre est un véritable ennemi en aéronautique : il modifie les efforts aérodynamiques sur les ailes (diminution de la portance, augmentation de la traînée) pouvant entraîner le décrochage de l'avion. Il a aussi des impacts sur les appareils de mesure. Lutter contre la formation de givre sur les avions, et particulièrement sur les ailes, est indispensable pour les performances et la sécurité.

Les conditions givrantes en aéronautique apparaissent dans certains nuages qui contiennent des gouttes d'eau en surfusion : c'est un équilibre instable de l'eau qui reste liquide à température négative. La moindre perturbation, et à plus forte raison le passage de l'avion, déclenche la solidification de l'eau liquide.

Les paramètres influant sur ces conditions sont :

Environ 10% des vols sont concernés par les conditions givrantes, et généralement seulement pendant quelques minutes.

 

Comment lutter contre le givre

Il existe deux types de systèmes pour lutter contre le givre :

  • les systèmes de dégivrage : ils permettent de briser la glace que l'on a laissé s'accumuler dans une certaine limite
  • les systèmes d'antigivrage : ils fonctionnent en permanence afin de prévenir toute formation de glace sur l'aile

Le système étudié par Liebherr dans le cadre de notre projet est un système d'antigivrage : il consiste à dévier une partie de la chaleur du moteur, sous forme d'air chaud sous pression. Cet air est injecté dans l'aile juste sous la paroi au niveau du bord d'attaque de l'aile. La paroi ainsi chauffée empêche les gouttelettes incidentes de se solidifier.

                                           source : Liebherr

 

Il existe d'autres systèmes d'antigivrage tels que le tapis chauffant. Ce système consiste à poser des résistances chauffantes sur le bords d'attaque de l'aile. Ce système peut être utilisé en système antigivrage ou dégivrage. Il est à l'étude chez Liebherr Aerospace Toulouse et ne sera pas étudié lors de ce projet.

Objectifs du projet

 

L'objectif du projet est d'étudier le comportement du film d'eau qui se forme à la surface de l'aile :

  • dans les conditions givrantes
  • avec le système d'anti-givrage à air chaud mis en place par Liebherr

Les données apportées par Liebherr sont :

  • les conditions extérieures : température, altitude, vitesse de l'avion, LWC (Liquid Water Content), MVD (Median Volume Diameter)
  • les caractéristiques de l'air chaud soufflé sous la paroi : flux de chaleur linéique le long de la paroi
  • les caractéristiques d'incidence des gouttes au bord d'attaque : coefficient de captation le long du profil d'aile

Nous supposerons dans cette étude que :

  • la glace ne se forme pas : le film d'eau reste liquide à la surface de l'aile. Nous considèrerons : le débit d'eau impactant, le débit d'eau ruisselant, le débit d'eau évaporée.
  • le film de liquide ne se rompt pas sur le bord de l'aile, aucune goutte n'est arrachée du film liquide. La totalité du débit capté par l'aile sera donc soit évaporé, soit ruisselant.
  • le film de liquide ne forme pas de digitations. Une maille sur le profil d'aile sera soit entièrement mouillée, soit entièrement sèche.

 

Ces hypothèses sont plausibles si l'on reste proche du point d'arrêt, elles deviennent discutables en s'en éloignant. Le cadre de cette étude se limite donc à la zone du bord d'attaque proche du point d'arrêt.

Nous chercherons à déterminer les caractéristiques du film d'eau, soit :

  • le débit impactant, le débit ruisselant, le débit évaporé
  • le profil de vitesse dans le film liquide et la hauteur de celui-ci
  • le profil de température dans le film liquide et sur la paroi de l'aile