En cette fin de cycle préparatoire de Polytech Angers, nous avons pu réaliser un projet de conception. Nous nous sommes imposé comme objectif de réaliser un projet qui nécessiterait la mise en pratique de compétences et connaissances acquises durant ce cycle préparatoire.Quant au choix de notre sujet, nous avons décidé d’approfondir un phénomène découvert lors d’une séance de travaux pratique de mécanique appliquée. En effet, ce TP était consacré à l’étude de l’écoulement de l’air. Concept que nous avions déjà abordé en première année, en mécanique des fluides. L’un des objectifs, ce jour-là, fut de mesurer la portance et la traînée aérodynamiques d’une aile pour différents angles d’attaques d’un profil d’aile.

Nous avons pu conclure qu’après un certain angle d’incidence entre l’aile et le flux d’air généré par le tunnel, l’aile perd subitement la plupart de sa portance aérodynamique ce qui s’apparente à sa capacité à “voler”. Cela correspond dans l’aviation au phénomène de décrochage, qui est la principale cause d’accident mortel en aviation commerciale.
Ainsi, nous avons choisi d’étudier ce phénomène et de l’expliquer de manière simple et visuelle en construisant notre propre soufflerie aérodynamique à flux laminaire.

Objectifs :

Afin d’expliquer simplement comment une aile subit un décrochage nous avons donc construit une soufflerie, avec l’ajout de vapeur épaisse pour visualiser l’action de l’air sur l’aile. En effet lors du décrochage, on peut visuellement noter des turbulences dans l’air.

Observez sur le dessin ci-dessous les flux d’air sur toute la surface de l’aile.

À mesure que l’angle d’attaque augmente, le flux d’air supérieur commence à se séparer de la queue de l’aile. Cela crée des turbulences dans son sillage.

Enfin, l’avion décroche lorsque l’angle d’attaque critique, spécifique à la surface portante, est dépassé. Après quoi, le flux d’air supérieur se sépare soudainement de l’aile, ce qui réduit dangereusement la portance. L’avion est donc en situation de décrochage.

Expérimentations :

Une de nos première réalisation fut de créer une ébauche en 3D de notre projet afin de pouvoir étudier les problèmes auxquels nous allions être confrontés. Pour cela, nous avons utilisé le logiciel Sketchup Web qui a l’avantage d’être sur un serveur en ligne et donc d’être accessible sur n’importe quel ordinateur, sans avoir à télécharger de logiciel.

• Un des éléments principaux de notre soufflerie , l’aile(4), fut imprimés en 3D afin d’assurer une pièce la plus lisse possible. Le forme de l’aile est un véritable profilé, car il correspond au profil NACA 4418 utilisé sur de véritables aéronefs.
• Pour notre expérience, nous avions besoin d’amener de la vapeur dans notre tunnel, nous avons donc placé un ventilateur(5) à l’envers, à sa sortie. Ce qui a pour effet d’aspirer l’air, avec peu de perturbations.
• Toutefois, cet air est très turbulent et donc rend la visualisation difficile, nous avons donc placé une structure en nid d’abeilles(1), imprimée en 3D, afin de rectifier le flot d’air et ainsi avoir un flux plus ou moins laminaire.
• Afin de pouvoir observer les flux de vapeur plus facilement nous avons placé une rangée de LEDs(2) sur le dessus du tunnel.
• Pour pouvoir mesurer la vitesse du vent nous avons mis en place une sonde de Pitot(3), nous l’avons placé sur le bas du tunnel, là où elle génère le moins de turbulence.

Enfin, le pilotage de l’ensemble fut réalisé grâce à la carte programmable Arduino Uno. Le pilotage du ventilateur, des lumières et du servomoteur se fait à l’aide de potentiomètre et de bouton-poussoir.
La mesure de la vitesse du vent dans le tunnel est lisible depuis l’environnement de développement d’Arduino.

Aperçu du rendu final :

Conclusion :

L’expérience fut donc enrichissante et stimulante, que ce soit en terme de travail d’équipe ou de résolution de problèmes. De plus, ce fut l’occasion d’en apprendre davantage sur des sujets qui nous passionnent, et d’expérimenter dans ces domaines. Nous avons pu travailler avec de nombreux professeurs et techniciens qui nous ont partagé leurs connaissances et expériences, ce que nous avons particulièrement apprécié et nous les en remercions.

Macadré Clément
Guerineau Maxence