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

Résumé

L'accumulation de givre sur les diverses composantes d'un avion en attente au sol peut causer des pertes de performances aérodynamiques au décollage qui dans nombre de cas se sont avérées néfastes.

L'avènement des fluides antigivre, afin de protéger les surfaces portantes de la précipitation a permis de réduire de beaucoup les pertes de portance. Toutefois, des tests en soufflerie réfrigérée dans des conditions de dilution homogène ( eau diluée préalablement au fluide protecteur) ont montré que les résidus de fluide protecteurs eux-mêmes induisent une perte de portance au décollage. Ces pertes sont toutefois acceptables pour un taux inférieur à 5% en vertu de la marge de manoeuvre du pilote et de leur effet temporaire.

Cependant dans le cas du vol réel, il s'agit plutôt d'une dilution dynamique, c'est-à-dire que la précipitation vient se diluer dans un fluide concentré. Au basses températures (-20°C) il y a formation d'une mince strate glaciale au dessus du fluide protecteur ce qui est susceptible d'engendrer une perte accrue de portance par rapport à la dilution homogène.

Afin de caractériser ces pertes de portance, il a fallu mettre en place une infrastructure expérimentale. Il y a la conception et la réalisation d'une balance aérodynamique basée sur la théorie des déformations élastiques mesurées par jauges de contraintes. Elle possède une ossature rigide tout en étant dotée d'une bonne sensibilité. Il y a la minimisation des effets de parois latérales par l'implantation de murs de séparation qui permettent la bidimensionnalisation du modèle d'aile. Les effets des parois supérieure et inférieure furent compensés par un terme correctif appliqué sur les coefficients de portance. Il y a également l'instauration d'un système de gicleurs simulant la bruine verglaçante de 200 fim de diamètre pouvant opérer jusqu'à - 20 °C. Le tout est géré par un logiciel d'application réalisé par certains membres du LIMA.

La simulation en soufflerie fût réalisée sur un modèle symétrique NACA 0018 bidimensionnel. Les tests furent effectués pour une densité de précipitation relativement forte (28,5 g/dm2h) à deux températures (-10°C, -20°C), deux taux de dilution (15%, 30%) et ce pour trois fluides commerciaux de rhéologie non-newtonienne.

Le décollage est simulé à l'aide d'une rampe d'accélération de 2,6 m/s2 dans un l'intervalle de vitesse 2 < U < 50 m/s. La rotation de l'aile débute à 40 m/s et elle tourne au taux de 2.9 °/s. Dans chaque condition, trois tests ont été effectués: un test à sec (Courbe de référence), un test en dilution dynamique et un dernier en dilution homogène.

À - 20°C et à 30% de dilution, les résultats obtenus pour des angles utilisés lors du décollage (1 à 8°) démontrent une perte de portance accrue pour la dilution dynamique en comparaison à la dilution homogène et ce pour chaque fluide. Les pertes de portance à CLmax dépassent largement la norme de sécurité de 5%. À -10°C, il n'y a pas de perte de portance significative par rapport au test à sec.

On conclue que les fluides anti-givres sont efficaces dans bon nombre de situations. Toutefois, le mode de dilution dynamique qui s'apparente au vol réel démontre que l'utilisation de chacun de ces fluides est inacceptable au point de vue des normes de sécurité dans les conditions extrêmes de forte précipitation à basse température.