Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Une soufflerie réfrigérée givrante est un outil essentiel afin d’évaluer la performance d’appareils aérodynamiques tels que les avions. En effet, l’accumulation de glace sur leurs composantes critiques peut s’avérer extrêmement dangereuse et l’envergure de tels appareils rend difficile d’effectuer des essais à grandeur réelle. Ce mémoire porte sur les caractéristiques thermodynamiques et aérodynamiques de l’écoulement d’air de la soufflerie réfrigérée à basse vitesse du laboratoire international des matériaux antigivres (LIMA). De plus, la qualité et les caractéristiques du nuage givrant produit à l’aide de rampes de gicleurs ont été évalué. En particulier, l’uniformité spatiale et stabilité temporelle des caractéristiques incluant la distribution de vitesse, le pourcentage de turbulence, l’angle de l’écoulement et la distribution de température sont étudiés. De plus, le nuage givrant a été caractérisé en fonction de son uniformité spatiale, de son contenu en eau liquide (LWC) et du diamètre des gouttelettes (MVD). Le tout en accord avec la pratique recommandée ARP5905 de la Society of Automotive Engineers (SAE). Plusieurs instruments de mesure ont été utilisés afin d’accomplir ces tâches incluant un tube de Pitot pour la vitesse, des thermocouples pour la température, un anémomètre à fil chaud pour la turbulence et une sonde à cinq trous pour l’angle de l’écoulement. Ces appareils ont été utilisés conjointement à un système de déplacement automatisé de la section d’essai. Trois méthodes ont été utilisées pour déterminer la teneur en eau liquide (LWC) du nuage givrant à des fins de comparaison soit : la méthode du profil aérodynamique, la méthode du cylindre rotatif et une sonde de type King. La grosseur des gouttelettes (MVD) a été déterminée à l’aide de la méthode de l’huile de silicone en accord avec la pratique AIR4906. L’état des performances de la soufflerie a été analysé à l’aide des données recueillies lors des essais de caractérisation. Ceux-ci ont démontré une variation notable de l’uniformité de la vitesse, de la turbulence et de l’uniformité de l’angle de l’écoulement. La température, quant à elle, respecte les normes tant en ce qui à trait à la stabilité temporelle qu’à l’uniformité spatiale. La stabilité temporelle étant la variation de la température en un point donné sur une période de temps préalablement définie. L’uniformité spatiale représente pour sa part l’uniformité de la stabilité temporelle sur une section prédéfinie. Les essais de givrage ont permis d’uniformiser le nuage givrant en plaçant les rampes adéquatement. La sonde de type King a été testée, et ce, à différentes températures et teneurs en eau. Ces résultats ont ensuite étés comparés aux méthodes conventionellement utilisées par le LIMA. Malgré un écart maximum de l’ordre de 15% entre les essais à 20_C, à 5_C et à -5_C, ceux à 20_C semblent correspondre aux valeurs de teneur en eau des méthodes du cylindre rotatif et du profil aérodynamique, et ce, avec un écart inférieur à 10%. Enfin, des recommandations ont été formulées. Ces dernières permettront au LIMA d’améliorer la qualité de l’écoulement de la soufflerie réfrigérée givrante ainsi que l’obtention d’un nuage givrant optimal.