2 semaines, 130 nœuds et une aile en flèche. Au cœur de la campagne d'essais de la NASA sur maquette de partie intérieure pour les données de givrage.

En février 2015, des ingénieurs de la NASA ont passé deux semaines à faire quelque chose qui paraît simple mais exige une précision minutieuse. Ils ont givré une aile en flèche exprès. La campagne d'essais sur maquette de partie intérieure, qui fait partie des travaux de recherche sur le givrage des ailes en flèche dans le cadre du programme Common Research Model, visait à capturer ce qui se produit lorsque la glace se forme sur la partie intérieure d'une aile en flèche pendant la sortie des volets. Cette zone est particulièrement intéressante parce que le fuselage, les dispositifs hypersustentateurs et l'écoulement d'air complexe s'y rencontrent. Quand la glace entre dans l'équation, l'aérodynamique peut évoluer de façon surprenante.

Vous êtes-vous déjà demandé comment les chercheurs savent ce que la glace fait à une aile avant même qu'un avion ne vole ? La réponse, ce sont les souffleries, les rampes de pulvérisation et des matrices d'essais soigneusement choisies. Pendant deux semaines, du 24 février au 6 mars 2015, l'équipe a exposé une maquette de partie intérieure d'aile à une gamme de conditions de givrage qui imitent les environnements de vol réels. Les températures totales de l'air allaient d'environ -23,8 °C à -1,4 °C. Les vitesses sont restées stables à 130 nœuds. Les diamètres volumétriques médians, ou DVM, allaient de 20 à 35 microns, et les teneurs en eau liquide, ou TEL, de 0,6 à 1,4 g/m³. L'angle d'attaque variait entre 2,1 et 4,4 degrés, et une partie des mesures de pression incluait des réglages de volets de 0 à 15 degrés. Ce sont le genre de conditions qu'un avion de transport à turbine pourrait rencontrer en attente ou en descente à travers des nuages contenant des gouttelettes d'eau surfondues.

Ce qui rend cette campagne si utile, c'est le niveau de détail du journal d'essais. Chaque ligne de données comprend des paramètres de soufflerie et de pulvérisation comme la pression de l'air, la pression de l'eau, la durée de pulvérisation et l'heure exacte à laquelle le système de pulvérisation s'est déclenché. La première entrée, l'essai TG2401, a eu lieu à -8,7 °C, 130 nœuds, un DVM de 25 microns et une TEL de 1,0 g/m³, avec un réglage de volets de 13,6 degrés. Les essais suivants se sont déroulés dans un air plus froid. Ils ont testé des gouttelettes plus grosses et plus petites, et ont ajusté la teneur en eau. Un essai a maintenu la température totale à -20 °C avec des gouttelettes de 35 microns et une TEL de 0,6 g/m³. Un autre a utilisé des gouttelettes de 20 microns avec une teneur en eau légèrement plus élevée. Le résultat est une matrice qui permet aux chercheurs de séparer les effets de la température, de la taille des gouttelettes et de la concentration en eau sur la forme de la glace.

Au-delà des conditions de soufflerie, la campagne a produit un ensemble de données sur les coefficients de pression organisé par numéro RDG. Ces données indiquent l'angle d'attaque, la déflexion des volets et la vitesse de soufflerie, ce qui aide à expliquer comment le champ de pression le long de la partie intérieure de l'aile évolue à mesure que la glace s'accumule et que les volets bougent. Des photos des formes de glace et des données de masse de givrage accompagnent les relevés d'essais, de sorte que les modélisateurs disposent de repères à la fois visuels et quantitatifs.

Qu'est-ce que cela signifie pour l'aviation moderne ? L'accumulation de glace sur les ailes en flèche est un défi connu, en particulier sur les nacelles, les becs et les volets. Sur la partie intérieure de l'aile, où l'écoulement d'air est influencé par le fuselage et les systèmes hypersustentateurs, la glace peut modifier le moment du décollement de l'écoulement et le comportement du décrochage. Le Common Research Model offre une géométrie ouverte et bien documentée qui permet à l'industrie et au monde universitaire de valider leurs outils de calcul par rapport à des données d'essais physiques. La campagne d'essais sur maquette de partie intérieure est un ajout clé à ce cadre, en fournissant aux modèles de simulation des données réelles d'accumulation de glace pour renforcer la confiance dans la prédiction du givrage et les méthodes de certification des aéronefs.

La campagne s'inscrit dans un axe de recherche plus large de la NASA qui comprend les configurations CRM haute vitesse, CRM-NLF et CRM-HL. En combinant des données détaillées de soufflerie avec des mesures de masse de glace et de pression, la NASA aide les concepteurs à prédire les effets du givrage plus tôt dans le développement et à construire des avions de transport plus sûrs et plus efficaces. Pour toute personne impliquée dans la certification des aéronefs pour un vol dans du givrage connu, l'ensemble de données sur la maquette de partie intérieure est une référence précieuse. C'est une carte qui aide les ingénieurs à comprendre comment les ailes en flèche réagissent lorsque des conditions de gel modifient le bord d'attaque.