Il est courant de voir des nuages ​​en forme de ligne dans le ciel, connu sous le nom de traînées, traînant derrière les moteurs d'un avion à réaction.

Ce qui n'est pas toujours visible, c'est un vortex sortant de l'extrémité de chaque aile, comme deux minuscules tornades horizontales, laissant derrière lui un sillage turbulent derrière le véhicule. Le sillage présente un danger de vol déstabilisant, en particulier pour les petits avions qui partagent la même trajectoire de vol.

Des recherches récentes à l'Université de l'Illinois ont démontré que, bien que la plupart des formes d'ailes utilisées aujourd'hui créent ces tourbillons de sillage turbulents, la géométrie des ailes peut être conçue pour réduire ou éliminer presque entièrement les tourbillons de bout d'aile. Dans l'étude, les caractéristiques de tourbillon et de sillage ont été calculées pour trois conceptions d'ailes classiques :l'aile elliptique, et des conceptions d'ailes développées dans les études classiques de R.T. Jones et Ludwig Prandt.

"La configuration d'aile elliptique a été utilisée comme l'étalon-or de l'efficacité aérodynamique pendant la plus grande partie d'un siècle. Nous enseignons à nos étudiants qu'elle a les caractéristiques de charge optimales et qu'elle est souvent utilisée lorsqu'on examine l'efficacité de l'aile par exemple, minimiser la traînée, " a déclaré Phillip Ansell, professeur adjoint au Département de génie aérospatial de l'U of I.

Dans une étude expérimentale précédente sur l'optimisation des configurations d'aile, Ansell a appris que vous pouvez gagner en efficacité du système d'aile avec un profil d'aile non elliptique. "Des études universitaires antérieures ont montré que, théoriquement, il existe d'autres conceptions qui fournissent en fait une traînée inférieure d'une aile plane pour une quantité fixe de génération de portance. Mais ce qui manquait, c'est une véritable expérience pomme à pomme pour le prouver."

Dans cette nouvelle recherche, Ansell, et son étudiant diplômé, Prateek Ranjan, utilisé les données réelles de l'étude précédente pour analyser les trois configurations d'aile.

"Nous avons poursuivi cela parce que nous avons vu quelque chose de curieux dans nos mesures dans l'expérience précédente. Par conséquent, dans cette nouvelle étude, nous avons simulé l'écoulement autour de ces trois ailes et constaté des différences significatives dans la façon dont les tourbillons et les sillages se sont développés à partir de chacun des trois types d'ailes. Les configurations d'aile Jones et Prandtl n'avaient pas de tourbillons de bout d'aile comme l'aile elliptique. Ils avaient une déformation en vrac beaucoup plus progressive de toute la structure du sillage, plutôt qu'un cumul cohérent immédiat. Nous savons maintenant que nous pouvons retarder la formation de structures de vortex de sillage, et augmenter la distance nécessaire à un vortex de sillage arrière pour s'enrouler d'environ 12 fois, le rendant plus faible et moins dangereux pour l'avion entrant dans son sillage."

Ansell a déclaré que ces informations peuvent être utilisées pour modifier la façon dont le vol en formation est perçu entre les aéronefs, ou pour développer une nouvelle configuration idéale pour le chargement de l'ascenseur pour les décollages et les atterrissages, et par la suite réduire la longueur de séparation entre les aéronefs sur la même trajectoire de vol.

« Les tourbillons de bout d'aile arrière ont tendance à mettre beaucoup de temps à disparaître une fois qu'ils se forment dans l'atmosphère. Ainsi, le temps qu'il faut au tourbillon pour se dissiper doit être compris dans le temps de décollage du prochain avion empruntant cette même trajectoire. Le mouvement de l'air produit par ces tourbillons peut créer un danger pour les avions en fuite, car cela peut être imprévisible et entraîner des régimes de vol dangereux. Ainsi, l'utilisation des ailes Jones ou Prandtl se traduirait par un air beaucoup moins turbulent derrière un avion, " a déclaré Ansell.

On pourrait penser que la conclusion d'Ansell est d'utiliser uniquement les configurations d'aile Jones ou Prandtl, mais ce n'est pas.

"L'une des choses qui m'a d'abord attiré sur le sujet de l'aérodynamique est que la bonne réponse dépend toujours de vos contraintes. Si vous construisez un petit véhicule sans pilote qui volera à basse vitesse, vous obtiendrez une solution différente pour les besoins de conception que si vous construisez un avion qui transportera des personnes à haute altitude et à grande vitesse. Donc techniquement, vous pourriez affirmer que les trois types d'ailes sont la meilleure solution. La question est, quelles sont vos contraintes de conduite, tels que l'envergure et le poids, derrière la sélection de l'un d'entre eux ?"

Ansell a ajouté qu'il s'agit d'une étude de recherche fondamentale et non destinée à conseiller un concepteur ou une entreprise d'avions en particulier.

"Nous examinons le comportement du flux alaire et les informations peuvent être utilisées pour comprendre comment le processus d'enroulement des tourbillons est produit. Cette étude nous permet de savoir comment la configuration de l'aile affecte la formation et le sillage des tourbillons de fuite en étudiant les limites extrêmes des processus d'enroulement tourbillonnaire immédiats et retardés, " a déclaré Ansell.

"Il est intéressant de noter que l'un des pires contrevenants à la création de tourbillons est en effet la distribution de la portance elliptique, qui fait également partie des conceptions d'ailes les plus conventionnelles. Cela a définitivement changé la façon dont je parle de la question dans mes cours. Au lieu de simplement se référer aux modèles d'écoulement produits derrière l'aile comme une paire de « vortex de bout d'aile, ' J'ai pris pour décrire le sillage complet produit comme le système de vortex de fuite."

Le papier, "Analyse informatique des sillages de vortex sans caractéristiques de cumul de champ proche, " a été co-écrit par Prateek Ranjan et Phillip J. Ansell. Il apparaît dans le Journal des aéronefs .