Mesures physiques
Givrage des avions et des hélicoptères
Outils
Les chaînes de calcul bidimensionnelles (2D) et tridimensionnelles (3D) ont été développées à l’Onera afin de modéliser la captation de la glace et les systèmes de protection.
Suivant une approche classiquement utilisée, elles sont basées sur le calcul successif :
1. du champ aérodynamique autour du profil,
2. des trajectoires des gouttes d'eau permettant l’obtention de l'intensité locale de la captation sur le profil,
3. d’un bilan thermodynamique à la paroi et des formes de glace.
Cette démarche permet une certaine modularité dans le choix des solveurs.
Fig. 1: Synoptique d’une chaîne de calcul de givre classique
Onice2D
La chaîne de calcul 2D a été distribuée aux constructeurs et est largement utilisée pour la certification des appareils.
Elle permet :
1. de déterminer la forme des dépôts de glace correspondant à des conditions extrêmes rarement rencontrées durant les campagnes d'essais.
Un exemple d'évolution de dépôt de glace simulé par le calcul est présenté sur la figure 2, à comparer avec le dépôt obtenu en soufflerie.
Fig. 2 : Simulation numérique de l'évolution d'un dépôt de glace sur profil (vue en coupe d'une aile d'avion), et dépôt obtenu en soufflerie
Ce code a été comparé avec des codes analogues (Nasa, Qinetiq) et donne des résultats similaires par rapport à l'expérience (en noir sur la figure).
Fig. 3 : Comparaison de formes de givre obtenues par différentes chaînes de calcul
2. de simuler, après avoir calculé le dépôt de glace sur un profil, le fonctionnement d'un dégivreur (ou antigivreur) à l’aide de différents codes parmi lesquels le Code MAD qui de simuler l’évolution de dépôt de glace en présence d’un dégivreur électrique.
Ce code a également été comparé aux codes étrangers équivalents (Fig. 4) et a fait l'objet de validation en soufflerie par des mesures de thermographie infrarouge.
Fig. 4 : Profil de température de surface d'un profil en cours de dégivrage électrique.
Comparaison des résultats des codes NASA, QinetiQ (ex-DRA) et Onera.
Onice3D
La chaîne de calcul 3D a été distribuée aux partenaires du programme ECLIPPS et commence à être utilisée pour la certification des appareils. Comme la chaîne Onice2D, elle permet de déterminer :
1. la forme des dépôts de glace correspondant à des conditions extrêmes rarement rencontrées durant les campagnes d'essais,
2. la puissance thermique nécessaire en antigivrage.
Cette chaîne validée lors du programme de recherche ECLIPPS a pour objectif de palier aux approximations bidimensionnelles limitantes.
Ainsi, il est possible de simuler par exemple la formation de givre sur une entrée d’air d’hélicoptère (fig. 5).
Fig. 5 : Etapes successives de calcul de la formation de givre sur une entrée d’air d’hélicoptère.
