Description du phénomène de tremblement

Le phénomène de tremblement est une instabilité aérodynamique. Elle trouve sont origine dans l'interaction choc/couche limite dans les régions supersoniques autour d'une aile en régime transsonique.

 

Domaine de stabilité de l'écoulement autour d'une aile en fonction du nombre de Reynolds et du nombre de Mach ; Source : Marianna Braza, Instabilité hydrodynamique et modélisation de la turbulence, d'après Seegmiller.

 

En effet, une augmentation de la vitesse ou de l'incidence peut générer une interaction instationnaire de la couche limite avec le choc. Comme le montre la figure ci-dessus, l'instabilité n'apparaît que pour certaines gammes de Reynolds et de Mach. En effet, lorsque le Mach augmente  le choc devient de plus en plus fort et génère un gradient de pression inverse dans le couche limite. Ceci entraîne la formation d'un bulbe de décollement au pied du choc qui, le cas échéant, peut fusionné avec le décollement au bord de fuite ou bien entraîner ce décollement. La figure ci-dessous présente le mécanisme d'interaction choc/couche limite.

 

Les différent modèles d'interaction choc/couche limite, d'après Lee [1] 

 

Le tremblement est un phénomène complexe, plusieurs hypothèses sont avancées pour expliquer le déclenchement et le maintient des oscillations du choc.

L'une des études les plus récentes (Crouch 2009)  considère le tremblement comme une instabilité globale de l'écoulement, au même titre que l'instabilité de Von Karman.

L'élément déclencheur proviendrait, quant à lui, d'ondes de pression issues du bord de fuite, suite à la fusion entre le bulbe de détachement et la zone séparée au bord de fuite. Ces ondes se propagent le long de l'intrados et de l'extrados et viennent exciter le choc sur l'extrados, permettant ainsi l'auto-entretient des oscillations dans le cas d'un profil supercritique. 

La structure peut alors être excitée sur ses modes propres et entrer en vibration. La fréquence de l'oscillation est faible, de l'ordre de 100 Hz, avec une forte amplitude.

Si le phénomène de tremblement (buffet) ne présente pas de risque dans l'absolu pour la sécurité de l'avion, il peut toutefois entraîner une fatigue prématurée de la structure. Il limite donc l'enveloppe de vol des avions et des marges doivent être prise en compte dans le dimensionnement afin que le tremblement n'arrivent jamais. En effet, même s'il n'est pas directement dangereux il peut être un facteur déclencheur d'une autre instabilité, aéroélastique cette fois-ci, et bien plus dommageable : le flottement aéroélastique (flutter).

 

Prise en compte du tremblement dans le dimensionnement, source : Lee [1].

 

source : ONERA