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Mesure PIV de l'écoulement en aval d'un rotor d'hélicoptère

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Mesure PIV (vélocimétrie par image de particules) de l'écoulement en aval d'un rotor d'hélicoptère.
Le champ de vorticité (taux de rotation) de l'écoulement y est tracé. Les structures rouges et bleues qui apparaissent correspondent aux sillages et tourbillons émis par le passage successif des pales. Les deux grosses structures en haut à droite et à gauche de l'image correspondent quant à elles aux tourbillons d'extrémité résultant de la portance des pales.
(A. Le Pape - DAAP, J.-C. Monnier - DAAP et J. Gatard - DSFM)

L'animation ci-dessus montre comment ces tourbillons évoluent avec la rotation du rotor.
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L'étude des interactions aérodynamiques générées par les différents éléments d'un hélicoptère représente un véritable challenge, ces interactions étant à l'origine des principales nuisances et limitations associées à ces aéronefs. La rotation du rotor génère de nombreux tourbillons dont les interactions avec les pales produisent notamment le bruit caractéristique des hélicoptères en phase d'atterrissage. Par ailleurs les tourbillons émis par le rotor viennent interagir avec le fuselage pouvant ainsi altérer la stabilité ou la maniabilité de l'appareil. En contrepartie, la présence du fuselage affecte les performances du rotor en opposant une résistance à l'évacuation de son sillage.

Parmi ces interactions aérodynamiques, les interactions rotor-fuselage sont particulièrement difficiles à simuler numériquement car elles requièrent une modélisation très complète de l'hélicoptère. Une approche expérimentale du problème est souvent indispensable, d'une part pour en dégager les grandes caractéristiques et d'autre part pour servir de base de données pour la validation des codes de calcul.

A cette fin, une maquette de l'hélicoptère Dauphin équipée d'un rotor motorisé est essayée dans la soufflerie F1 de l'ONERA.

La soufflerie F1 :
Maquette et dispositif de visualisation

Pour explorer le champ de vitesse autour de l'hélicoptère une méthode optique non-intrusive est utilisée : la PIV (Particle Image Velocimetry). Le principe de cette méthode est d'ensemencer l'écoulement avec de très fines particules (d'huile d'olive dans le cas présent) et d'éclairer brièvement ces particules au moyen d'un plan laser. Une camera CCD de haute définition prend alors 2 clichés successifs séparés d'un très bref laps de temps. L'analyse comparative des 2 clichés permet alors de déduire le déplacement des particules dans le plan laser éclairé et ainsi de déterminer le champ de vitesse de l'écoulement dans ce plan.

Ce type de données expérimentales très détaillées obtenues par l'équipe PIV de DAAP permet une étude approfondie des phénomènes ainsi qu'une validation très complète des méthodes numériques et constitue de ce fait un outil de travail précieux pour l'aérodynamicien.

Mis à jour le 2 novembre 2004 - © ONERA 2009 - Crédits et conditions d'utilisation