Experimental study of the influence of distributed surface roughness on boundary-layer transition of incompressible flows

Dans le contexte de l'aviation durable, la réduction de la traînée grâce au retard de la transition de couche limite reste un domaine de recherche prometteur. Afin de pouvoir proposer des stratégies efficaces de laminarité, il est tout d'abord nécessaire de comprendre les mécanismes physiques menant à la transition dans différentes conditions, telles que l’endommagement des surfaces. L'objectif de cette étude est donc d'étudier les mécanismes qui influencent la transition en présence d'une rugosité de surface distribuée, en mettant particulièrement l'accent sur l'amplification linéaire des instabilités modales, notamment les ondes de Tollmien-Schlichting.Trois campagnes expérimentales ont été menées sur différentes configurations, allant du semi-industriel à l'académique, dans différentes situations de gradient de pression : une aile semi-infinie, un profil et une plaque plane. Dans chacune de ces expériences, des mesures de vitesse par anémométrie à fil chaud ont été effectuées pour caractériser la couche limite, combinées à des mesures de pression statique et, dans certains cas, à de la thermographie infrarouge. De plus, des calculs de stabilité linéaire ont été effectués, à la fois pour améliorer la compréhension de la stabilité de la couche limite et pour fournir les données permettant d'obtenir une relation semi-empirique ΔN. Dans un premier temps, dans chacune de ces campagnes expérimentales, la configuration lisse a été étudiée en détail et validée afin de fournir une base de référence complète pour la comparaison avec les configurations rugueuses. L'impact de la rugosité de surface a ensuite été étudié pour chaque configuration expérimentale.Les expériences ont montré que des hauteurs et des étendues de rugosité plus importantes entraînent généralement un début plus précoce de la transition en raison d'une amplification des instabilités modales. Cependant, des cas dans lesquels la rugosité a un effet stabilisateur sur la transition ont également été identifiés. Grâce aux résultats obtenus lors de ces trois expériences, une relation semi-empirique pour la prédiction de la transition, notée ΔN, a été proposée.