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

Résumé

Afin d'améliorer les connaissances relatives aux propriétés adhésives de la glace sur une pale d'hélicoptère en rotation, le Laboratoire International des Matériau Antigivres (LIMA) en collaboration avec le Consortium de Recherche et d'Innovation en Aérospatiale du Québec (CRIAQ) et le Conseil National de Recherche du Canada (CNRC) a développé un modèle réduit d'un rotor d'hélicoptère qui à été installé dans une soufflerie réfrigérée générant des précipitations givrantes afin de simuler les conditions verglaçantes affectant les hélicoptères en vol. L'objectif de ce mémoire est de présenter les résultats relatifs à la validation du modèle réduit du phénomène d'accrétion de glace sur une pale d'hélicoptère en rotation et dans les résultats d'adhérence de la glace calculés analytiquement à partir des simulations expérimentales.

Ce travail de recherche s'appuie principalement sur l'acquisition de données expérimentales obtenues à l'aide d'un modèle réduit. Ce modèle réduit à l'échelle l/18eme comprend : un rotor d'un diamètre de 0,78 m et deux pales d'aluminium de profil NACA- 0012 de longueur 0,315 m avec une corde de 69,64 mm. Un moteur électrique entraine le rotor et les pales. La section d'essai de la soufflerie réfrigérée du LIMA mesure 1,7 m de long par 0,914 m de large par 0,762 m de hauteur. La précipitation verglaçante est simulée à l'aide d'une rampe oscillante de neuf gicleurs pulvérisant des gouttelettes en amont de la section d'essai. La vitesse de l'écoulement d'air est de 15 m/s. Les essais de simulations ont été réalisés à des températures contrôlées variant entre -5 et -20 °C.

En réalisant le bilan mécanique des forces agissant sur la pale, la valeur de l'adhérence de la glace est calculée. Le bilan mécanique contient trois principales composantes: la force centrifuge, la cohésion de la glace et l'adhérence de la glace sur la pale. Un essai consiste à givrer les pales jusqu'à ce que le poids du dépôt de glace soit suffisamment élevé pour qu'il se détache de la pale sous l'action de la force centrifuge. L'adhérence peut ainsi être calculée à partir de deux méthodes dépendamment de l'issue de l'essai. Si une pale est déglacée, l'adhérence est calculée en utilisant la masse du dépôt qui ne s'est pas détachée; c'est la méthode de la masse. Si les deux pales ce sont déglacées, l'épaisseur de glace sur les pales est extrapolée pour ensuite déduire la masse de glace décrochée; c'est la méthode de l'épaisseur.

Les 150 essais réalisés ont montré que les formes de glace accrétées concordent avec celles décrites par la littérature et varient selon la température de l'air pendant l'essai. Effectivement, il apparaît que l'épaisseur de glace accrétée diminue lorsque la température augmente dû à l'écoulement d'une partie de l'eau captée par la pale. À -15 °C, la valeur de l'adhérence de la glace sur la pale d'aluminium, obtenues selon les deux méthodes varie entre 0,19 MPa pour la méthode de la masse et 0,20 MPa par la méthode de l'épaisseur avec un écart type moyen de 25 %.

Les résultats d'adhérence de la glace calculés à partir du modèle réduit concordent très bien avec ceux de la littérature lorsque 1'accretion de glace est réalisée dans des conditions similaires. Les résultats obtenus par la méthode de la masse et par la méthode de l'épaisseur sont très proche, et en deçà des disparités qui existent entre les résultats d'une même méthode. La formule semi-empirique pour déterminer l'adhérence à partir du modèle réduit de pale en rotation est donc valide. Il sera donc possible d'utiliser ce nouvel outil afin de par exemple, évaluer l'efficacité de revêtements glaciophobes à différentes températures sur des pales d'hélicoptères.