Projet soufflerie / aérodynamie

Bonjour tout le monde,

Sur ce sujet "aerodynamique du carénage" j'avais commencé à parler de fabriquer une soufflerie.

Ce matin je suis donc allé quérir mon groupe d'aspiration (à poussière, plein de poussière et très vintage)
J'ai placé un tube de diamètre 150 mm coté aspiration et placé les 2 extrémités d'un tuyaux souple et transparent, de manière à en faire un Tube de Pitot (Lien wikipédia Pitot) un bout de tuyaux face au vent, l'autre à ras la parois.

Essai 1
Je lance le moteur (ça tourne, action !)
Le niveau d'eau préalablement coloré, ne bouge pas! Stupeur!
Après 2 secondes d'observation, j'avais mis le tube à l'envers... le bout de la sonde dos au vent, ça marche moins bien.

Essai 2
Le niveau d'eau bouge, un important écart se crée, mais ce n'est pas stable
Bigre j'ai aperçu 4 cm d'écart, ça ferait un vent dans les 24 m/s
En tournant un peu autour, je comprends que je suis loin d'avoir un flux laminaire dans mon bout de tube de poêle à cheminée, d'un diamètre 150 mm et d'une longueur trop courte.

Essai 3
Un bout de carton découpé en cône, de façon approximative certes, mais c'est atelier bricolage aujourd'hui ^^
Je le place à l'entrée de mon tube d'aspiration et c'est reparti
Verdict j'ai un écart entre mes niveaux stable, cependant seulement de 2.6 cm
Ce qui me donne un vent de 19.9 m/s soit environ 68 km/h
Je prends ces valeurs avec des gants et des pincettes, l'ordre de grandeur est sûrement bonne mais la précision ...


Conclusion de cette introduction:
Pour commencer ce projet, j'ai un groupe ventilation, qui me permet de créer un vent d'environ 68 km/h sur un tube de diamètre 150 mm.


A faire:
- Modifier le moteur triphasé en monophasé
- Trouver (sur la config actuelle) comment obtenir une valeur fiable de vitesse du vent / allonger le tube / placer la sonde en zone non turbulente / améliorer la bouche d'entrée d'air.
- Penser à prendre des photos pour mieux expliquer

Il faut absolument une grille de stabilisation à l'entrée (et le ventilateur doit impérativement être à la sortie).
Cette grille (épaisseur 60 à 100mm) peut se faire avec:
- Des fines bandes  métalliques croisées en maille carrée
- Du nid d'abeille (mais dans cette épaisseur, pas évident à trouver)
- Des pailles empilées (on les découpes en paquets à la scie à ruban, mais si le paquet tombe ...

Les tubes en carton que l'on voit sur certaine souffleries sont beaucoup trop gros pour stabiliser quoi que ce soit.

Ça va créer de la perte de charge et diminuer un peu le débit.

[edit]  Il y a des règles sur les pente de cône, sur la section de chambre par rapport à la section de veine et si elles ne sont pas respectées, ça ne marchera pas très bien et ça va turbuler.

[edit 2]
- Pente du diffuseur (à l'arrière de la chambre, vers le ventilateur) : 7 à 9°
- A l'entrée, la pente peut être assez importante si c'est arrondi et que la paroi est droite à l'arrivée dans la chambre (pas de brisure). Une chambre d'expérience plus grande que la veine est pratique, mais ça impose de créer un arrondi à l'entrée du diffuseur.

Merci PRZ pour ton retour.

-Pour la grille de stabilisation, je pense pouvoir trouver ce qu'il faut pour la faire en lamelles métallique.
A défaut, si ça ne m'est pas possible, je me redirigerai sans espoir sur les pailles.

Citation :

Il y a des règles sur les pente de cône, sur la section de chambre par rapport à la section de veine et si elles ne sont pas respectées, ça ne marchera pas très bien et ça va turbuler.

Je suis preneur de toutes infos relative au bon fonctionnement, si tu as des sources à proposer ?  

J'ai du relire l'Edit 2 pour bien comprendre, comme je ne lis d'habitude que les images dans les bd... je rajoute cette image pour la clarification.

Avant tout chose quelle vitesse veux tu obtenir ? Prévois tu de travailler à Reynolds identique à l'existant sur ta maquette ?

Idéalement, travailler à Reynolds identique serait génial.
Mais vu que la taille de la maquette (VM) serait de l'ordre d' 1/10ème, je doute de cette possibilité.

(Si j'ai compris pour garder le même nombre de Reynolds, si je veux tester un vent de 100 km/h sur taille réelle, et que j'ai une maquette à 1/10 ça me donne un vent de 1.000km/h ?)


A vue de nez je dirais qu'un VM roule la majorité du temps entre 20 et 60 km/h, donc je commencerais par étudier cette plage.
Reste à savoir, si je ne suis pas à Reynolds identiques, si les résultats visuels sont éloignés ou non de la réalité, bref si c'est exploitable.

Je pense que je vais rester sur une visualisation des écoulement avec:
-lumières
-filets de fumés
-modification de la vitesse du vent
-des angles de la maquette
-filmer le tout

Basique mais probablement suffisant pour ma carrosserie de VM et en faire un objet pédagogique (aile d'avion, balle de golf, maquette de voiture, belle mère etc)

Je pourrais pousser le vis, en y mettant
-des capteurs de pressions sur les maquettes.
-des balances pour mesurer les efforts induits

Pour résumer,
Je n'ai pas d'objectif hyper précis, et rien de professionnel. Je vais faire au maximum avec ce que j'ai.
C'est un bricolage maison que j'espère pouvoir en faire quelque chose quand même de sérieux.
J'ai un groupe ventilation, du contre-plaqué, si je peux juste rajouter du temps et pas trop d'€
Ça sera un bon début

Pour la fumée, fer à repasser et liquide pour fumée du type pas chère

Merci LossPedale, Il est rigolo ce petit tunnel en carton, mais juste assez pour jouer avec les enfants.
Pour la version clé en main, mon compte en banque hurle rien qu'à l'idée ^^

Salut,

Il y a une petite soufflerie à mon club de planeur, pour tester des profils d'ailes. Je crois qu'elle est équipée d'une balance pour mesurer les efforts, même si elle est davantage à but pédagogique qu'autre chose. Si tu veux je peux demander si elle serait à vendre. A défaut, je peux regarder comment elle fonctionne.

Ok avec toi pour le Reynolds. Le mieux est d'avoir des écoulements similaires donc si tu as un facteur 1/10 sur l'échelle, tu dois avoir un facteur 10 sur la vitesse. A moins de changer de fluide, mais là, on part dans un autre délire !

Maintenant, si tu recherches la précision, un bon pc, un peu de code et openfoam www.openfoam.org. Plus qu'à suivre les tutos, utiliser les bons paramètres de maillage et de résolution/approximation des équations et tu auras quelque chose d'à peu près précis.

Romain

Petit test en papier pour me faire le collecteur.

Vu que c'est pour faire en contreplaqué, j'ai volontairement exclu la veine cylindrique au profit d'une veine dodécagonale (à 12 côtés   )
Diamètre d'entrée 400mm, diamètre sortie collecteur 150 mm (équivalent cylindre)
Rayon de courbure égale à ((400-150)/2) = 125mm





Je pense que je vais devoir
prendre un rayon plus grand,
avoir un ratio entre l'entrée et la sortie du collecteur plus grand,
augmenter le nombre de "côté" sur la courbure (je trouve pas le bon terme) pour une entrée plus fluide

Un long papier et vidéo en anglais sur les simulations d'écoulement pour les vélos, que ce soit sur une soufflerie numérique (CFD) ou une soufflerie physique. Lui teste des roues profilées mais le problème est générique.
https://www.hambini.com/testing-to-find-the-fastest-bicycle-wheels/

En substance:
Considérer un écoulement laminaire sur un vélo n'a aucun sens car l'environnement est extrêmement perturbé en permanence et en plus le cycliste oscille continuellement (sur un vélomobile, on peut y échapper en partie). De plus, vu la faible vitesse d'un vélo, même un vent traversier modeste induit des effets très importants.
Comme c'est son métier, l'auteur a accès à une soufflerie physique capable de créer des turbulences 'contrôlées' avec des louvres.
Sur les simulations numériques, j'ai vu qu'on pouvait choisir différents types d'algorithmes de turbulence mais ce n'est pas forcément si facile que ça, d'autant qu'il semble que les turbulences réelles soient plus orientées horizontalement que verticalement. J'avais déjà vu des éléments sur le choix des algorithmes en mode turbulent mais la vidéo de Hambini qui est destinée au cycliste ordinaire est bien plus pédagogique.

L'analyse aéro marche bien avec des vitesses >100km/h, des objets assez gros, comme des ailes d'avion, dans un écoulement pas trop perturbé - tu peux alors finement travailler le profil pour voir les décollements d'écoulement.. et évaluer des coef de trainée et portance (qui varient énormément avec l'incidence).
Comme expliqué dans le lien vidéo de PRZ, dans le domaine du vélomobile "réel", et encore pire, du cycliste "nu", l'image de filets d'air arrivant de l'infini, contournant l'objet, et se refermant derrière lui n'a rien à voir avec la réalité. Il faut plutôt se représenter un magma tourbillonnant et un petit objet lent qui avance dedans tranquillement, avec relativement peu d'interaction (mais malheureusement assez pour que ça nous demande déjà pas mal de watts pour le faire avancer); On visualise alors mieux le fait que le profilage apportera bien moins qu'en laminaire, et que le résutat sera surtout lié aux conditions réelles du magma. Au final, le coef de trainée sera facile 10 fois supérieur à un bon profil dans un écoulement laminaire, et très difficile à mesurer.
Je roule bcp un petit véhicule électrique de forme relativement fuselée et avec visu précise en temps réel de la conso. Même en ligne droite sans vent, les variations de conso à 90km/h sont impressionantes..
Autre exemple sur le net, un russe qui a fait un générateur de fumée qu'il place devant son vélomobile autoconstruit. Seul en ligne droite, le filet de fumée devient vite un panache qui passe tantot à droite, tantot à gauche, et tourbillone allégrement..

pourquoi ne pas utiliser solidwork

https://www.youtube.com/watch?v=57N7TO5K5R0

meme si je ne suis pas un adepte de la simulation, c'est bien pratique dans un premier temps

Je plussoie PRZ et pf26.

Danc cet article (http://www.recumbents.com/wisil/barracuda/barracudafairingdesign.htm) Mark Drela, ingénieur aéronautique, professeur au MIT et auteur du record de distance avec le "Daedalus" avion à propulsion humaine et du "Decavitator" le bateau HPV le plus rapide, dit clairement qu'il est illusoire de viser un écoulement laminaire pour la conception d'un carénage non destiné aux tentatives de records.

La meilleure forme de carénage dépend en grande partie de la possibilité d'obtenir un flux laminaire important. Par "étendu", j'entends plus de 50 % de la coque ou plus. Il est facile d'obtenir un flux laminaire sur les 10 % avant, mais cela n'aide pas beaucoup à réduire la traînée. Si l'on cherche à obtenir un flux laminaire extensif, la forme - et les courbures de surface en particulier - doivent être contrôlées avec précision sur les 40 à 60 % de la partie avant du corps. Très probablement, seul un carénage de haute qualité entièrement moulé sans coutures transversales sur la moitié avant serait suffisant. À moins que la forme ne soit très proche d'un corps de révolution, elle devra probablement être conçue avec des méthodes assez sophistiquées pour adapter la répartition des pressions de surface. Une autre difficulté réside dans le fait que l'environnement d'un HPV n'est pas propice à un écoulement laminaire important. Les perles d'eau, les taches de boue et les vibrations de la route dans la plage 50-500 Hz ont toutes tendance à tuer l'écoulement laminaire. Un bord d'attaque droit et balayé, comme ce qui pourrait résulter d'un pare-brise plat et plié, a également tendance à détruire l'écoulement laminaire. Si la majeure partie de l'écoulement est turbulente, la forme exacte du carénage n'aura que très peu d'effet. Dans ce cas, essayer de combiner des formes précises de profilés NACA est largement une perte de temps. Adopter une forme fluide avec un nez quasi elliptique sera aussi bon, sinon meilleur, que de vouloir à tout prix reprendre les formes d'ailes standard.

C'est bête, il y a quatre ans environ, j'avais une soufflerie perso genre Eiffel avec une veine de  33X33cm avec des redresseurs de flux avant et après la chambre d'expérience, et un système de jauges de contraintes pour mesurer portance, traînée et moment de tangage. J'obtenais presque 15m/s. Je m'en servais pour voir ce que donnaient des hypersustentateurs en modèle réduit aux alentours de 120000Re. Mon fils a fait son TIPE sur les volets à fente avec ça. Pour la forme des convergent-divergent j'ai fait très court, mais ça marchait assez pour ce que j'en ai fait.  J'ai essayé le la vendre sur le bon coin quand j'ai déménagé, ça n'intéressait personne bien sûr, alors elle a fini à la déchetterie. Je l'aurais encore, je te l'aurais volontiers donné si tu étais  venu la chercher. ...encore que maintenant je me dis que pour des carénages de vélo ou des formes de voile...

Bon soir,
Quel dommage !!!!!!!

Bonsoir,

Beau projet!

Rsar a écrit:

Le mieux est d'avoir des écoulements similaires donc si tu as un facteur 1/10 sur l'échelle, tu dois avoir un facteur 10 sur la vitesse.
Romain

Si j'ai bien compris, pour tester un VM qui roule à 60km/h en vrai, il faut un vent à 600km/h sur la maquette 1/10 pour voir la même chose, mais qui n'est de toute façon pas du tout la réalité du terrain.
Si j'arrive à fixer une balance ou un dynamomètre pour calculer la force de traînée, il n'y a donc plus de facteur à appliquer à sa lecture?

Pour la simulation numérique, j'ai regardé les liens youtube, j'y vois les écoulements et les pressions, mais aucune estimation de Cda?

Au final, le meilleur moyen reste-t-il bien de finir le vélo et faire un test en décélération pour savoir vraiment ce qu'il vaut, sans jamais savoir pourquoi il avance moins que prévu?

geoffroy a écrit:

.....Au final, le meilleur moyen reste-t-il bien de finir le vélo et faire un test en décélération pour savoir vraiment ce qu'il vaut, sans jamais savoir pourquoi il avance moins que prévu?

Bon matin ,
ça me rappelle la méthode hollandaise pour régler le parallélisme.
La sanction finale est la seule valable !!!!
Mais pour faire une coque c'est plus long que de visser une rotule !!!

geoffroy a écrit:

Bonsoir,

Beau projet!

Si j'ai bien compris, pour tester un VM qui roule à 60km/h en vrai, il faut un vent à 600km/h sur la maquette 1/10 pour voir la même chose, mais qui n'est de toute façon pas du tout la réalité du terrain.
Si j'arrive à fixer une balance ou un dynamomètre pour calculer la force de traînée, il n'y a donc plus de facteur à appliquer à sa lecture?

Pour la simulation numérique, j'ai regardé les liens youtube, j'y vois les écoulements et les pressions, mais aucune estimation de Cda?

Au final, le meilleur moyen reste-t-il bien de finir le vélo et faire un test en décélération pour savoir vraiment ce qu'il vaut, sans jamais savoir pourquoi il avance moins que prévu?

C'est 'le mieux' de travailler à Nombre de Reynolds équivalent, ce qui peut s'obtenir aussi avec une soufflerie pressurisée. Il en a existé mais je sais pas si on en trouve encore parce que ça devait être assez cher. En théorie, les résultats d'une soufflerie a 10 bar absolus (9 bar relatifs)  avec une maquette 1/10e sont très proches d'une maquette 1/1 dans une soufflerie à pression atmosphérique.

Mais le monde n'est jamais parfait et on fait encore des souffleries à échelle réduite parce que c'est moins cher et que ça apporte quand même des informations, même si elles sont moins précises. Mais c'est vrai que de plus en plus, on essaye de faire des souffleries assez grandes pour tester à l'échelle 1 quand le modèle le permet. Mais pour des bâtiments, des ponts,etc... on sera toujours à échelle réduite, on n'a pas le choix. C'est une question de compromis entre les objectifs et les moyens.
On sait par exemple qu'en Reynolds réduit tous les petits détails, les bitonios qui dépassent, etc. ne sont pas correctement simulés quand ton Reynolds est plus bas, donc ça n'est pas forcément utile de faire une maquette super-détaillée surtout pour un test à très petite échelle.
Il y a certains aspects empiriques qui font que c'est un métier. La base théorique est facile à comprendre mais quand tu rentre dans les détails, ça devient plus compliqué et une certaine partie du savoir est partiellement empirique. C'est la différence entre la technique et la science. La technique utilise la science quand elle en a les moyens, mais elle se base aussi sur l'expérience et des savoirs empiriques (qui sont parfois faux, ce que la science peut prouver au fur et a mesure de son avancement). Et l'empirisme s'applique aussi aux modèles numériques, dans la manière de mailler, par exemple.
Le développement de l'informatique fait croire que par calcul on a des résultats exacts, mais c'est faux. Même les modèles théoriques ne sont que des modèles, ils y a des erreurs, des stratégies de maillage, etc. Les techniques de modélisation informatiques évoluent, aussi parce que la puissance de calcul disponible est plus importante. Un modèle super-détaillé devient très rapidement impossible à calculer car la puissance de calcul nécessaire tend a être exponentielle avec le nombre de mailles. La puissance requise monte très très vite.

Mais le problème des vélos, plus que la non similarité du nombre de Reynolds, c'est la turbulence liée à la proximité du sol et c'est assez compliqué à simuler, tant dans une soufflerie réelle que dans un modèle numérique. Difficile ne signifie pas qu'on ne peut pas en tirer des conclusions, mais qu'il faut connaitre les limites des résultats que l'on obtient et essayer d'améliorer les méthodes de simulation, qu'elles soient physiques ou numériques.
La vidéo dont j'avais publié le lien montre bien que ce que perçoit le grand public est fondamentalement du baratin commercial et que la réalité est beaucoup plus complexe. Le monde du vélo n'a pas vraiment les moyens de faire de l'ingénierie de pointe, ce n'est pas de la F1...
Internet a beaucoup apporté dans la diffusion du savoir, mais en général on ne reste qu'a la surface des choses et les connaissances  de détails nécessitent une quantité de travail importante que peu sont prêts à fournir et une bonne part des connaissances ne se trouve pas sur Internet, il faut ouvrir quelques livres ou suivre des cours. Et pratiquer pour avoir de l'expérience...

Bon, je vous ait scanné ce que j'ai sur les souffleries physiques.
C'est extrait d'un cours "Éléments d'aérodynamique" par J.Chaffois, 3edition, 1955
La suite concerne surtout la fixation des modèles et les balances.
Dans ces dix pages, il y a le principal
http://aeroglisseur.com/Soufflerie_J_Chaffois.pdf

geoffroy a écrit:

Pour la simulation numérique, j'ai regardé les liens youtube, j'y vois les écoulements et les pressions, mais aucune estimation de Cda?

C'est une information facile à récupérer. Il suffit de récupérer l'effort sur le corps qui t'intéresse, tous les logiciels de CFD permettent normalement de le faire.
Exemple sous Ansys CFX : https://www.youtube.com/watch?v=5_jDELpsa4I
Puis de calculer le SCx à partir de cet effort.

geoffroy a écrit:

Au final, le meilleur moyen reste-t-il bien de finir le vélo et faire un test en décélération pour savoir vraiment ce qu'il vaut, sans jamais savoir pourquoi il avance moins que prévu?

Oui, après avoir fait une pré-étude en CFD...

Bonjour,
Merci pour tous ces liens très intéressants que vous avez postés .
Voici un papier que je pense méconnu sur le sujet de Carl Georg Rasmussen, le créateur de Leitra :
https://liggecykelforeningen.dk/?smd_process_download=1&download_id=769
Il traite, entre autre, de l'impact de la poussée aérodynamique sur la stabilité des vélomobiles.

À bientôt

merci !

Je vois que le post avance plus vite que le projet  
C'est très intéressant tous vos liens et explications.
Je vous laisse continuer

Je recherche des plans/modélisations 3D des VM existant pour reproduction en modèle réduit par impression 3D.

Savez vous où je peux trouver ça???

TiBen a écrit:

Je recherche des plans/modélisations 3D des VM existant pour reproduction en modèle réduit par impression 3D.

Savez vous où je peux trouver ça???

Il y a le Mango ici: https://www.thingiverse.com/search?q=velomobile&type=things&sort=relevant

Rsar a le modèle du WAW (voir ici) il pourra peut-être te le donner.

Velomobiel vient d'acquérir une mini soufflerie conçue par la faculté de sciences appliquées d'Arnhem. Les modèles sont à l'échelle 1/5.
Pour le moment ils testent en visuel avec des fils de laine, mais ils envisagent de l'instrumenter pour effectuer des mesures.



Edit: voici la photo d'une soufflerie (identique) que possède l'université d'Arnhem. Elle semble disposer d'un plateau coulissant permettant de mesurer la force de résistance aérodynamique:

C'est pas comme ça qu'on fait une soufflerie !

Ils vont avoir des résultats faux en soufflant.
Il faut le faire en aspirant pour éviter les turbulences !!!

Boudiou faut leurs dire avant qu'ils perdent trop de temps.