FR2932883A1

FR2932883A1 - Procede hybride pour l'evaluation de l'effet de sol sur un aeronef

Info

Publication number: FR2932883A1
Application number: FR0803428A
Authority: FR
Inventors: Benoit Calmels
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2008-06-19
Filing date: 2008-06-19
Publication date: 2009-12-25
Anticipated expiration: 2028-06-19
Also published as: US7926340B2; US20090314076A1; FR2932883B1

Abstract

Selon l'invention, seule la partie intermédiaire (FM) de la variation (dC) d'un coefficient aérodynamique de l'aéronef en fonction de la hauteur (H) est obtenue par essais en soufflerie. Le reste (FL1' FL2) de ladite variation est obtenu par calculs.

Description

La présente invention concerne un procédé pour l'évaluation de l'effet de sol aérodynamique sur un aéronef. Pour une telle évaluation, il est déjà connu de déterminer la variation d'au moins un coefficient aérodynamique, tel que le coefficient de portance, le coefficient de traînée, le coefficient de moment de tangage, etc ..., en fonction de la hauteur de l'aéronef, dans une gamme de valeurs de hauteur comprise entre une valeur suffisamment élevée pour que l'effet de sol soit nul ou négligeable (valeur généralement appelée par les aérodynamiciens "hauteur infinie") et une valeur nulle pour laquelle l'effet de sol aérodynamique est généralement maximal, l'aéronef roulant sur le sol. Pour ce faire, il est usuel d'effectuer une évaluation expérimentale dudit coefficient aérodynamique en réalisant une maquette dudit aéronef et en disposant ladite maquette dans une veine d'air de soufflerie limitée par un plancher simulant le sol, par un plafond et par deux parois latérales.

On mesure alors ledit coefficient aérodynamique pour différentes hauteurs de ladite maquette dans la veine d'air et on corrige les mesures à l'aide de coefficients de correction pour tenir compte du fait que le champ aérodynamique de la maquette est limité par ledit plancher, ledit plafond et lesdites parois latérales. Après quoi, on évalue la variation dudit coefficient aérodynamique de l'aéronef en fonction de la hauteur à partir desdites mesures corrigées, effectuées sur la maquette. Une telle évaluation expérimentale présente l'inconvénient que le niveau de correction apporté par lesdits coefficients de correction est généralement important par rapport aux valeurs mesurées dudit coefficient aérodynamique, principalement au centre de ladite veine, de sorte que les mesures correspondantes sont relativement imprécises et peu fiables. De plus, pour des raisons de sécurité de la maquette, on s'abstient d'approcher celle-ci dudit plancher de moins d'une hauteur minimale de sécurité, afin que ladite maquette ne puisse être endommagée ou détruite par collision avec le plancher sous l'effet des vibrations engendrées par la veine d'air. On est donc alors obligé d'extrapoler la variation dudit coefficient aérodynamique entre cette hauteur minimale de sécurité et le plan-cher (le sol). Une telle évaluation expérimentale ne peut donc donner des mesures directes de l'effet de sol, là où précisément celui-ci est le plus intense. 1 o Par ailleurs, on a déjà tenté d'évaluer l'effet de sol aérodynamique sur un aéronef, par une simulation numérique visant à reproduire par calcul la réalité physique de l'écoulement de l'air avion dudit aéronef. Cependant, une telle évaluation numérique ne s'est pas actuellement révélée assez fiable et assez précise pour pouvoir se passer d'essais en soufflerie dans 15 la partie intermédiaire de la gamme des hauteurs auxquelles sont réalisées les mesures. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients. A cette fin, selon l'invention, le procédé pour l'évaluation de l'effet 20 de sol aérodynamique sur un aéronef par détermination de la variation d'au moins un coefficient aérodynamique dudit aéronef en fonction de la hauteur, pour une gamme de hauteurs s'étendant d'une hauteur aérodynamiquement infinie jusqu'à une hauteur nulle, est remarquable en ce que : 25 on subdivise ladite gamme de hauteurs en au moins deux ensembles consécutifs de hauteurs ; pour l'un desdits ensembles de hauteurs, on détermine la variation dudit coefficient aérodynamique par essais en soufflerie à l'aide d'une maquette de l'aéronef ; et ù pour l'autre desdits ensembles de hauteurs, on détermine la variation dudit coefficient aérodynamique par simulation numérique reproduisant par calcul la réalité physique de l'écoulement d'air autour dudit aéronef. Ainsi, grâce à la présente invention, on peut, pour chaque ensem- ble de hauteurs, déterminer la variation dudit coefficient aérodynamique en fonction de la hauteur avec celle des deux méthodes (essais expérimentaux et calculs) qui est la plus précise et la plus fiable. De préférence, ledit ensemble de hauteurs pour lesquelles on dé-termine la variation du coefficient aérodynamique par simulation numéri- 1 0 que correspond aux faibles hauteurs proches du sol et/ou aux hauteurs élevées proches de ladite hauteur aérodynamiquement infinie. Dans un exemple avantageux de mise en oeuvre du procédé conforme à la présente invention : ù on subdivise ladite gamme de hauteurs en trois ensembles consécutifs 15 de hauteurs ; pour celui de ces trois ensembles consécutifs qui se trouve en position intermédiaire par rapport aux deux autres, on détermine la variation du-dit coefficient aérodynamique par essais en soufflerie à l'aide de ladite maquette ; et 20 pour chacun des deux autres ensembles, qui se trouvent en position latérale de part et d'autre dudit ensemble intermédiaire, on détermine la variation dudit coefficient aérodynamique par simulation numérique. Plus précisément, lorsque les essais en soufflerie sont réalisés dans une veine d'air limitée par un plancher simulant le sol, par un plafond 25 et par deux parois latérales, ladite maquette étant déplacée en hauteur dans ladite veine d'air sans toutefois s'approcher dudit plancher de moins d'une hauteur minimale de sécurité, il est avantageux que : ù ledit ensemble intermédiaire de hauteurs dans lequel on détermine la variation dudit coefficient aérodynamique par essais en soufflerie corresponde à une plage de hauteurs dans ladite veine d'air s'étendant de ladite hauteur minimale de sécurité à une hauteur au moins approximativement égale à celle du centre de ladite veine ; un ensemble latéral de hauteurs dans lequel on détermine la variation dudit coefficient aérodynamique par simulation numérique corresponde à une plage de hauteurs dans ladite veine d'air s'étendant de la hauteur nulle à ladite hauteur minimale de sécurité ; et l'autre ensemble latéral de hauteurs dans lequel on détermine la variation dudit coefficient aérodynamique par simulation numérique corres- ponde à une plage de hauteurs dans ladite veine d'air s'étendant de la-dite hauteur au moins approximativement égale à celle du centre de la-dite veine jusqu'à la hauteur infinie à laquelle l'effet de sol est nul ou négligeable. Ainsi, grâce au procédé hybride conforme à la présente invention, 15 on obtient les avantages suivants : û combinaison harmonieuse de calculs et d'essais, en utilisant les avantages de chacune des méthodes : la simulation numérique apporte la capacité d'estimer l'effet de sol entre l'infini et la hauteur du centre de la veine, d'une part, et entre la hauteur minimale atteignable en soufflerie 20 et le sol, d'autre part ; les essais en soufflerie, restreints entre la hauteur du centre de la veine et la hauteur minimale atteignable en souffle-rie, apportent la fiabilité et la précision des mesures expérimentales ; diminution du poids des corrections de paroi dans l'effet de sol par rapport à la méthodologie classique, notamment lorsqu'on se rapproche du 25 centre de la veine, ce qui est plus acceptable d'un point de vue méthodologique ; remplacement de l'extrapolation au plein effet de sol réalisé de manière purement mathématique dans la méthodologie expérimentale classique par de la simulation numérique, ce qui permet d'introduire des principes physiques dans cette contribution à l'effet de sol ; possibilité d'utilisation de tous les types de simulation numérique, ce qui permet en particulier d'intégrer au fur et à mesure les progrès qui seront réalisés à l'avenir dans ce domaine ; et intégration aisée dans les processus actuels : la nouvelle méthodologie ne nécessite en effet aucun changement, ni dans le processus souffle-rie, ni dans les données expérimentales. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 illustre schématiquement un avion au-dessus du sol. La figure 2 montre schématiquement une maquette de l'avion de la figure 1 disposée dans une veine d'air de soufflerie.

La figure 3 est un diagramme illustrant le procédé conforme à la présente invention. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement, de face, un avion AC au-dessus du sol G. La hauteur H de l'avion AC par rapport au sol G peut varier d'une valeur infinie Hinf, à laquelle l'effet de sol aérody- namique est nul ou négligeable, à la valeur nulle (l'avion AC roule sur le sol G) pour laquelle l'effet de sol aérodynamique est généralement maxi-mal. Pour évaluer ledit effet de sol aérodynamique, il est usuel de dé-terminer la variation d'au moins un coefficient aérodynamique dudit avion AC, par exemple le coefficient de portance Cz, le coefficient de traînée Cx, le coefficient de moment de tangage Cm, etc ..., entre ladite hauteur infinie Hinf et ladite valeur nulle. Ci-après, notamment en regard de la figure 3, ledit coefficient aérodynamique est désigné par C et sa variation par dC.

De façon également usuelle, pour déterminer la variation dC du coefficient aérodynamique C, on établit une maquette ac de l'avion AC et on la dispose dans une veine d'air 1 de soufflerie limitée par un plancher 2 simulant le sol G, par un plafond 3 dont la distance D au plancher 2 peut être suffisamment grande pour permettre la simulation hinf de la hauteur infinie Hinf, et par deux parois latérales 4 et 5 (voir la figure 2). On mesure le coefficient aérodynamique c de la maquette ac, correspondant au coefficient C de l'avion AC, pour différentes hauteurs h de ladite maquette ac inférieures à la hauteur hinf simulant la hauteur Hinf de l'avion AC. Puisque la veine de soufflerie 1 est limitée par le plancher 2, le plafond 3 et les parois latérales 4 et 5, le champ aérodynamique de la maquette ac est limité, de sorte qu'il est usuel de corriger les mesures du coefficient aérodynamique c de la maquette ac (correction dite "de pa- roi"). Par ailleurs, sous l'effet de la veine d'air 1, la maquette ac et/ou le plancher 2 présentent un risque de vibration, de sorte que la maquette ac ne peut pas être approchée dudit plancher 2 de moins d'une hauteur minimale de mesure hmin. Pour remédier à ces inconvénients, dans l'exemple illustré par les figures, on utilise uniquement les mesures du coefficient aérodynamique c effectuées entre le centre cv de la veine 1 (situé à une hauteur hcv au moins approximativement égale à D/2) et la hauteur minimale hmin. Ainsi, entre les hauteurs hcv et hmin, la maquette ac permet d'obtenir expérimentalement la variation dc du coefficient aérodynamique c de la maquette ac en fonction de la hauteur h. A partir de cette variation dc en fonction de h, on obtient pour l'avion AC, entre la hauteur Hcv (correspondant à hcv) et la hauteur Hmin (correspondant à hmin), la partie intermédiaire de la variation dC du coefficient aérodynamique C.

Sur la figure 3, où l'on a représenté la courbe F illustrant la variation dC en fonction de la hauteur H, cette partie intermédiaire obtenue par les mesures dans la veine de soufflerie 1 est représentée par la portion FM, en trait mixte, de la courbe F.

En revanche, les parties latérales FL, et FL2 de la courbe F, corres- pondant respectivement aux plages de hauteurs O-Hmin et Hcv-Hinf, sont obtenues par calcul numérique comme indiqué ci-dessus.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé pour l'évaluation de l'effet de sol aérodynamique sur un aéronef (AC) par détermination de la variation (dC) d'au moins un coefficient aérodynamique (C) dudit aéronef en fonction de la hauteur (H), pour une gamme de hauteurs s'étendant d'une hauteur aérodynamiquement infinie (Hinf) jusqu'à une hauteur nulle, caractérisé en ce que : on subdivise ladite gamme de hauteurs en au moins deux ensembles consécutifs de hauteurs (O-Hmin ; Hmin-Hcv ; Hcv-Hinf) ; 7o pour l'un desdits ensembles de hauteurs (Hmin-Hcv), on détermine la variation (dC) dudit coefficient aérodynamique (C) par essais en souffle-rie à l'aide d'une maquette (ac) de l'aéronef (AC) ; et pour l'autre desdits ensembles de hauteurs (O-Hmin ; Hcv-Hinf), on dé-termine la variation (dC) dudit coefficient aérodynamique (C) par simula- 15 tion numérique reproduisant par calcul la réalité physique de l'écoulement d'air autour dudit aéronef (AC).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit ensemble de hauteurs (O-Hmin) pour lesquelles on détermine la variation (dC) dudit coefficient aérodynamique par simula- 20 tion numérique correspond aux faibles hauteurs proches du sol (G).
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit ensemble de hauteurs (Hcv-Hinf) pour lesquelles on détermine la variation (dC) dudit coefficient aérodynamique par simulation numérique correspond aux hauteurs élevées proches de ladite 25 hauteur aérodynamiquement infinie (Hinf).
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que : ù on subdivise ladite gamme de hauteurs en trois ensembles consécutifs de hauteurs (O-Hmin ; Hmin-Hcv ; Hcv-Hinf) ; pour celui (Hmin-Hcv) de ces trois ensembles consécutifs qui se trouve en position intermédiaire par rapport aux deux autres, on détermine la variation (dC) dudit coefficient aérodynamique par essais en soufflerie à l'aide de ladite maquette (ac) ; et û pour chacun des deux autres ensembles (O-Hmin ; Hcv-Hinf), qui se trouvent en position latérale de part et d'autre dudit ensemble intermédiaire, on détermine la variation (dC) dudit coefficient aérodynamique par simulation numérique.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel les essais en souf- flerie sont réalisés dans une veine d'air (1) limitée par un plancher (2) simulant le sol (G), par un plafond (3) et par deux parois latérales (4, 5), ladite maquette étant déplacée en hauteur (h) dans ladite veine d'air (1) sans toutefois s'approcher dudit plancher (2) de moins d'une hauteur minimale de sécurité (hmin), caractérisé en ce que : ledit ensemble intermédiaire de hauteurs (Hmin-Hcv) dans lequel on dé-termine la variation (dC) dudit coefficient aérodynamique par essais en soufflerie correspond à une plage de hauteurs dans ladite veine d'air (1) s'étendant de ladite hauteur minimale de sécurité (hmin) à une hauteur (hcv) au moins approximativement égale à celle du centre de ladite veine (1) ; un ensemble latéral de hauteurs (O-Hmin) dans lequel on détermine la variation dudit coefficient aérodynamique par simulation numérique correspond à une plage de hauteurs dans ladite veine d'air (1) s'étendant de la hauteur nulle à ladite hauteur minimale de sécurité (hmin) ; et l'autre ensemble latéral de hauteurs (Hcv-Hinf) dans lequel on détermine la variation dudit coefficient aérodynamique par simulation numérique correspond à une plage de hauteurs dans ladite veine d'air (1)s'étendant de ladite hauteur (hcv) au moins approximativement égale à celle du centre de ladite veine (1) jusqu'à la hauteur infinie (Hinf) à la-quelle l'effet de sol est nul ou négligeable.