Mesurer la vitesse dans la soufflerie

La vitesse de l'air telle que mesurée par des instruments est appellée IAS (indicated airspeed) dans le texte qui suite, alors que la vitesse réelle de l'air est appellée TAS (true airspeed).

Instruments de mesure:

Anémomètre fixe:

L'anémomètre en position dans la chambre de test:

Le premier instrument est un petit anémomètre. Il indique une vitesse avec une résolution de 0,1 km/h.

J'ai fais quelques essais pour le calibrer, mais ça n'a pas été des plus concluants, puisque limité à des vitesses assez faibles (http://g.rouby.free.fr/Calibrageanemometre).

Même si je n'ai pas pu atteindre de vitesses supérieures à 30 km/h durant les tests, l'anémomètre semble nécessiter une certaine correction selon la fonction:

TAS = 0,8832*IAS + 0,2

A noter que l'anémomètre affiche une valeur moyennée sur plusieurs secondes, il faut un certain temps pour que la valeur se stabilise.

L'anémomètre est placé près du coin inférieur droit de l'entrée de la chambre de test:

Dans cette position, l'anémomètre n'est pas dans le rayon d'influence de l'hélice testée, il reste insensible à la rotation de l'hélice testée, soufflerie à l'arrêt et porte ouverte.

De plus, dans cette position la TAS devrait être proche de la TAS mesurée au centre de la chambre de test, dans le même plan vertical. Je reviendrai la dessus plus tard.

L'anémomètre permet d'avoir une valeur de référence pour la vitesse de l'air.

Tube de Pitot:

Le tube de pitot est relié à un data logger qui enregistre à un rythme relativement élevé, ce qui compense sa faible résolution (1 km/h).

Pour les besoins de l'expérience en cours, le tube de pitot est monté sur un système qui permet de le positionner presque n'importe où dans la chambre de test.

Premièrement, je l'ai positionné près de l'anémomètre et envoyer deux séries de mesures à vitesse croissante, histoire de comparer les deux instruments à des positions similaires.

La vitesse dans la soufflerie est augmentée en 4 étapes puis la soufflerie est arrêtée. Une photo de l'affichage de l'anémomètre est prise toutes les 10 secondes, la vitesse indiquée est corrigée selon la formule vue plus haut puis comparée à la vitesse enregistrée via le tube de pitot.

 On peut voir que l'anémomètre nécessite bien quelques secondes pour se stabiliser alors que le tube de pitot enregistre quasi instantanément chaque variation:

 

La vitesse maxi de la soufflerie est de l'ordre des 52 km/h selon l'anémomètre.

On peut voir que le tube de pitot semble donner une valeur sous estimée de la vitesse. En fait, il est difficile de conclure parce que le tube de pitot et l'anémomètre ne sont pas exactement dans la même position, le tube étant 2 cm plus éloigné du "bord" du flux d'air que l'anémomètre. A cet endroit, et comme on le verra plus tard, la TAS peut effectivement être un peu plus faible.

Donc au final, je n'ai aucune certitude sur l'exactitude de la vitesse mesurée, la meilleure preuve que je ne suis pas complètement à côté de la plaque viendrait de comparaisons avec les résultats d'autres souffleries en matière de performances d'hélices.

Le tube de pitot offre quand même l'avantage de pouvoir être facilement monté dans un avion.

Distribution de la vitesse de l'air à l'entrée de la chambre de test:

L'entrée de la chambre de test est un carré de 30 cm de côté. Le tube de pitot est positionner sous la ligne longitudinale centrale de la chambre de test, la hauteur étant ajustable. 

J'ai fait 10 séries de mesures, à pleine vitesse, commençant à 16,4 cm sous l'axe longitudinal et remontant jusqu'au centre.

Pour chaque série, la vitesse indiquée par le tube de pitot est comparé avec celle indiquée par l'anémomètre utilisé comme référence.

La vitesse maxi de la soufflerie dépend de son moteur, lequel perd de la puissance au fur et à mesure que sa température augmente. La vitesse maxi n'est donc jamais exactement la même. Sur le graphe ci-dessous, les valeurs de IAS sont corrigées pour une vitesse de référence de 52 km/h, pour permettre la comparaison.

Voici donc la distribution de la vitesse selon la distance à l'axe central:

Ce résultat peut être comparé avec son équivalent trouvé dans le rapport n°73 du NACA. Dans ce rapport, des tests similaires ont été conduits pour une soufflerie de section circulaire de diamètre d'un pied (environ 30 cm). Sur le graphe ci-dessous, la courbe A représente la vitesse à l'entrée du cône d'entrée, la courbe B est à mi-chemin dans le cône d'entrée et la courbe C est à 5 cm derrière la sortie du cône d'entrée, donc dans une position similaire à celle de mes tests maison.

Clairement, la vitesse dans ma soufflerie est plus perturbé, alors que celle du NACA est très stable. Mais c'est plutôt pas mal pour du travail d'amateur je trouve...

La vitesse mesurée à 10,3 cm de la ligne centrale est quelque peu surprenante comparée à celle mesurée à 13,4 et 5,9 cm. En regardant les données du logger on voit que c'est également à cette position que l'air semble le plus stable, avec des variations de plus faible amplitudes:

Un seul test a été effectué plus en aval, sur la ligne centrale, à 30 cm de l'entrée de la chambre de test. La vitesse y est légèrement plus élevée à un peu plus de 53 km/h. Cela est cohérent avec ce qu'on peut voir sur les courbes D et E du rapport du NACA.