Projet d’Initiative Personnelle Écoulement autour d’un ensemble grand-voile/mât

Plan de la présentation Introduction Partie expérimentale Partie numérique Comparaison des résultats Conclusion

Objectifs Modélisation numérique et expérimentale d’un ensemble voile/mât dans une soufflerie. Influence de la soufflerie sur les résultats obtenus. Confrontation des deux méthodes.

Partie expérimentale Mesures d’effort -Démarche expérimentale -Influence du mât -Influence de la cambrure Visualisations fils de laine -Phénomènes observés

Mesures d’efforts: démarche expérimentale La soufflerie et les moyens utilisés Obtention des coefficients aérodynamiques Cx et Cz Tracé des courbes pour les différentes configurations testées

Influence du mât : sur le Cz diamètre  Cz effet comparable à un effet de volet

Influence du mât : sur le Cx du diamètre  du Cx

Influence du mât : sur la finesse du diamètre du mat  finesse

Influence de la cambrure : sur le Cz cambrure  effet de bec

Influence de la cambrure : sur le Cx

Influence de la cambrure : sur la finesse Existence d’une cambrure optimale

Mesures d’efforts: conclusions Influence du mât : -effet de volet pour le mât de 6mm, -diamètre de 12mm traîne plus, -finesse meilleure avec diamètre 6mm. Influence de la cambrure : -effet de bec à forte cambrure, -cambrure optimale pour la finesse et plage d’utilisation plus grande

Visualisations fils de laine : phénomènes observés Zone de décollement Voile 6% et mât 6mm Zone d’influence des tourbillons marginaux

Visualisations fils de laine : influence du mât Voile 6% Mât 12mm Incidence 1° Voile 6% Mât 6mm Incidence 7°

Influence du mât Voile 6%

Visualisations fils de laine : influence de la cambrure Voile 6% Mât 6mm Voile 12% Mat 6mm

Visualisations fils de laine : conclusions Influence du mât : Influence de la cambrure : du diamètre  incidence d’apparition de la re-circulation  incidence d’apparition des décollements Une forte cambrure retarde l’incidence de décrochage mais celui-ci est moins progressif. A forte cambrure on observe un décollement de bord de fuite.

Partie numérique Modélisation de la soufflerie et de la voile Influence de la soufflerie sur les résultats Analyse des phénomènes observés en fonction de l’incidence

Modélisation de la soufflerie Modèle unique pour des incidences différentes, pour réduire la charge de travail.

Modélisation de la voile Voile isolée dans une brique pour affiner le maillage autour d’elle.

Résultats attendus avec ce maillage Environ 600 000 mailles (300 000 autour de la voile). Estimation des coefficients aérodynamiques. Sacrifice de la couche limite au profit d’une vue d’ensemble (soufflerie, tourbillons,..).

Influence de la soufflerie sur l’écoulement Les déviations latérales provoquent des zones tourbillonnaires de chaque côté. La déviation de l’air par la voile entraîne une zone de re-circulation sous celle-ci.

Influence de la soufflerie sur l’écoulement Ces phénomènes n’apparaissent pas en milieu infini.

Influence de la soufflerie sur la portance Évolution du coefficient de portance: la portance obtenue est plus forte sans soufflerie.

Influence de la soufflerie sur la portance Sommet Pied de voile kp avec soufflerie kp sans soufflerie Centre

kp avec soufflerie kp sans soufflerie kp pied de voile kp y

kp avec soufflerie kp sans soufflerie kp sommet kp y

kp avec soufflerie kp sans soufflerie kp centre kp y

Influence de la soufflerie sur la portance Le surplus de portance observé est dû à la forme des tourbillons marginaux. Le milieu infini n’a pas une entrée d’air limitée: les tourbillons n’ont pas la possibilité de se diriger vers le haut.

Influence de la soufflerie sur la traînée Évolution du coefficient de traînée: la traînée obtenue est plus faible sans soufflerie.

Influence de la soufflerie sur la traînée La traînée visqueuse est légèrement plus forte (+). La traînée de pression est plus faible (--). Plus en détail… La traînée induite sera plus forte sans soufflerie, car elle est liée à la portance. La traînée d’ «interférence»  (interactions avec le support et effets de bord) sera plus faible sans soufflerie, en raison de l’entrée d’air limitée de celle-ci.

Phénomènes observés Déviations flux (veine ouverte) Vitesses Décollement et lignes de courant

Vitesses

Évolution de l’écoulement sur la voile Cambrure 12%, mât 12mm, 0°

Évolution de l’écoulement sur la voile Cambrure 12%, mât 12mm, 5°

Évolution de l’écoulement sur la voile Cambrure 12%, mât 12mm, 10°

Évolution de l’écoulement sur la voile Cambrure 12%, mât 12mm, 15°

Évolution de l’écoulement sur la voile Cambrure 12%, mât 12mm, 20°

Comparaison Coefficients aérodynamiques: Numérique donne des tendances. Expérimental donne de bonnes estimations. Théorie linéaire: Cza=3,89

Comparaison Visualisations: Phénomènes sur la voile visibles avec les 2 méthodes. Numérique donne des informations sur le reste de l’écoulement (soufflerie, support, tourbillons marginaux…).

Voile 6% Mât 6mm

Directions d’amélioration Utilisation d’ordinateurs plus puissants pour augmenter le nombre de mailles. Réaménagement du support. Réalisation d’une maquette plus proche de la réalité.

Conclusions Soufflerie et support influents pour les résultats (~1/10). Modélisation numérique donne des résultats cohérents (coefficients aérodynamiques) et bons (visualisations). Importance d’effectuer des essais en soufflerie. Importance de la théorie linéaire pour comparer les deux méthodes et détecter d’éventuelles erreurs.