Profils transsoniques et laminaires

Dassault travaille activement sur la conception de profils à la fois transsoniques et laminaires. Le but de ces profils est de maximiser la finesse aérodynamique qui est défini comme :

\begin{eqnarray}
f=max\left(\frac{C_L}{C_D}\right)
\end{eqnarray}

La traînée aérodynamique peut être décomposée en trois parties importantes :

  • La traînée de forme (ou de pression)
  • La traînée de peau (ou visqueuse)
  • La traînée d'onde (due aux chocs)

Le régime d'écoulement se défini à partir du nombre de Mach défini comme :

\begin{eqnarray}
M=\frac{U}{a} \\
avec \; a=\sqrt{\gamma rT}
\end{eqnarray}

Afin d'avoir une portance, une survitesse doit s'établir à l'extrados du profil. Donc, pour un écoulement incident avec une vitesse proche de la vitesse du son, un bulbe supersonique peut se créer à l'extrodos. Ce phénomène se produit au Mach critique $M_c$.

Bulbe supersonique sur le profil V2C - M0.70 et $\alpha=0°$

Le vol transsonique est donc un problème complexe. En effet il fait intervenir et interagir de nombreux phénomènes tels que :

  • Les chocs
  • Les couches limites
  • Les écoulements subsoniques
  • Les écoulements supersoniques
  • Les décollements de couche limite
  • Les sillages

Différentes zones en interaction autour d'un profil transsonique - Stanewsky [3]

Ce bulbe supersonique peut provoquer un choc, or un  choc dissipe de l'énergie et provoque la traînée d'onde. Il convient donc soit d'éviter que le choc survienne, soit de réduire son intensité. Jusqu'aux année 60, les aérodynamiciens ont cherché à augmenter le Mach critique en créant des profils de plus en plus fins avec des extrados beaucoup moins bombé que les profils classiques, mais ils ont été confrontés à des problèmes de solidité de la structure et de stockage de carburant.

Coefficient de traînée en fonction du Mach pour un profil effilé - Source

Pour garder de bonnes propriétés structurales, les profils supercritiques ont été développés pour garder des faibles nombres de mach supersoniques dans le bulbe. Cette stratégie joue sur le Mach de divergence $M_{div}$ qui correspond au point ou la traînée d'onde commence à diverger. Le design d'un profil supercritique revient à déplacer $M_{div}$ vers 1. Ainsi le choc est plus faible et se retrouve plus en aval du profil.

La traînée de peau peut aussi être très influencée par le design du profil. Il s'agit du design de profils laminaires, il consiste à garder une couche limite laminaire la plus grande possible. En effet contrairement au cas du cylindre, la traînée de peau est plus importante que la traînée de pression pour un profil effilé. Or la viscosité peut se décomposer en deux parties distinctes :

\begin{eqnarray}
\mu=\mu_l+\mu_t
\end{eqnarray}

Ou $\mu_l$ est la vicosité du fluide et $\mu_t$ la viscosité turbulente. Donc, la traînée de peau sera plus importante sur un profil normal que sur un profil laminaire. Sur les profils classiques la zone laminaire représente est quasiment inexistante. Ainsi, un profil sera considéré laminaire si la zone laminaire dépasse 10% de la corde.

Cette étude va se concentrer sur le profil V2C de Dassault qui à été conçu pour être la la fois transsonique et laminaire.

 

Profil V2C de Dassault