UNIVERSITÉ DU QUEBEC MEMOIRE PRESENTE A L'UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À CHICOUTIMI

UNIVERSITÉ DU QUEBEC
MEMOIRE PRESENTE A
L'UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À CHICOUTIMI
COMME EXIGENCE PARTIELLE
DE LA MAÎTRISE EN INGÉNIERIE
PAR
ERIC PERRON
MODÉLISATION DU DÉVELOPPEMENT
DE LA COUCHE LIMITE SUR UN FILM FLUIDE
OCTOBRE 1993

bibliothèque
Paul-Emile-Bouletj
UIUQAC
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Résumé
La formation de glace sur les avions au sol, qui est nuisible au
décollage, est empêchée par l'application de fluides antigivre et dégivrants.
La présence de ces fluides sur les ailes, tout comme la glace, au moment de
l'accélération diminue la force verticale (portance) appliquée par
l'écoulement d'air sur l'aile. Cette diminution est directement reliée à
l'épaisseur de la couche limite de l'air qui se développe au-dessus du fluide.
Des procédures expérimentales permettent de définir le comportement de
l'écoulement de l'air, sur l'aile d'avion, en présence du film fluide à partir des
mesures de l'épaisseur de déplacement de la couche limite (EDCL) sur une
plaque plane horizontale. Le coût de ces essais force la recherche à
s'orienter vers la prédiction analytique basée essentiellement sur les
caractéristiques du fluide appliqué. Ce projet est une contribution à la
recherche dans ce domaine qui consiste à la détermination de méthode de
prédiction des pertes de portance en fonction des caractéristiques du fluide.
Le projet consiste en une étude approfondie du comportement
pseudo-plastique (viscosité) des fluides antigivre commerciaux associée à
celle du développement de la couche limite sur une plaque plane recouverte
d'un film fluide antigivre durant une accélération similaire à celle d'un
décollage d'un avion de ligne. Un volet analytique s'ajoute aux résultats
expérimentaux, d'une part pour obtenir un algorithme de calculs qui permet
de prédire la valeur de l'EDCL en turbulence, à partir du profil de vitesses,
en conjonction avec l'équation de Von Kârmân et d'autre part pour prédire les

conditions qui amènent l'instabilité hydrodynamique de l'interface air/fluide
selon la méthode développée par Yih.
Cette étude a permis de définir que les vagues à l'interface air/fluide
sont générées à la transition laminaire-turbulent à une vitesse de l'ordre de
15 m/s. De plus, on constate qu'une partie importante du fluide est éliminée
lorsque la présence des vagues, qui augmentent le frottement, force le fluide
pseudo-plastique à se liquéfier. C'est à ce moment, que l'EDCL est le plus
élevé et par conséquent, la perte de portance maximum. Les résultats
montrent que le taux d'élimination du fluide au moment de cette instabilité
est maximum. De plus, cette étude permet de comparer les hauteurs des
vagues à celles des rugosités dynamiques équivalentes. En effet, les
vagues ont un impact semblable à celui des rugosités sur une plaque plane
rugueuse. Ainsi, lorsque le régime d'écoulement de l'air atteint 65 m/s après
30 s, les effets de hauteur et de densité des vagues sur l'EDCL sont du
même ordre. Durant la période d'élimination massique du fluide, au début
de l'instabilité et de la formation des vagues, le phénomène rugueux est plus
complexe car les vagues forment des amas de fluide qui bloquent
l'écoulement de l'air. Une application pratique de cette étude permet de
définir que les vitesses de rotation sur le mandrin du viscosimètre
nécessaires pour créer la même sollicitation que l'air sur le fluide, appliquées
sur l'aile, sont de l'ordre de 0,3 RPM lorsque l'avion est au repos et 200 RPM
lorsque l'avion de ligne quitte le sol.
Perron Eric, // Laforte JeaiyLouis,
étudiant directeur de recherche

IV
Remerciements
Je tiens à remercier premièrement Monsieur Jean-Louis Laforte,
D.Sc.A. et Monsieur Patrick René Louchez, Ph.D., professeurs-chercheurs
au sein du Groupe de Recherche en Ingénierie de l'Environnement
Atmosphérique (GRIEA) qui sont respectivement directeur et co-directeur de
ma maîtrise, pour avoir dirigé mes travaux et pour m'avoir donné de
judicieux conseils lorsque nécessaire. Je remercie spécialement le GRIEA
et le programme de bourse PAIR pour leur soutien financier. Je remercie
également tous les membres du GRIEA pour leur aide très appréciée.
Je tiens aussi à remercier Monsieur Rung T. Bui, Ph.D., directeur du
groupe de recherche en ingénierie des procédés et systèmes pour son aide
au niveau des équipements informatiques.
Je dois également remercier Monsieur René Verreault, Ph.D., pour
m'avoir permis d'utiliser son système de caméra infrarouge et remercier
Monsieur Frédéric Gagnon pour son aide à l'opération de ce système.
Enfin, je tiens à remercier mes proches et plus particulièrement, ma
soeur Mona Perron, de leur soutien durant toute la durée de mes travaux.