Étude expérimentale de l'instabilité des paires de vortex contre-rotatifs à force inégale

Une instabilité en forte croissance est observée pour se développer entre des paires de vortex contre-rotatifs à force inégale. Les paires de vortex sont générées dans un bassin d'essai dans les sillage d'ailes avec des volets triangulaires en porte-à-faux. Les vortex de l'extrémité de l'aile et de l'extrémité intérieure du volet forment la paire de vortex contre-rotatifs de chaque côté de l'aile. Les champs d'écoulement sont étudiés à l'aide de la visualisation d'écoulement et de la vélocimétrie d'image de particules. Les nombres de Reynolds basés sur la corde et sur la circulation sont de l'ordre de O(10^5). Les rapports de force de circulation des paires de vortex du volet à l'extrémité vont de -0,4 à -0,7. La première étape sinueuse de l'instabilité du vortex de volet plus faible a une longueur d'onde de l'ordre d'une envergure d'aile et devient observable à environ 15 envergures en aval de l'aile. Les filaments de vortex presque droits forment d'abord des boucles autour des vortex d'extrémité d'aile plus forts. Les boucles se détachent rapidement et forment des anneaux qui se déplacent dans le sillage sous auto-induction. Ces anneaux de vortex peuvent se déplacer de l'autre côté du sillage. Le développement ultérieur de l'instabilité rend les sillages presque quasi-stationnaires et bidimensionnels, instables et tridimensionnels sur une distance de 50 à 100 envergures d'aile. Une aile rectangulaire est également utilisée pour générer la paire de vortex de sillage classique avec un rapport de circulation de -1,0, qui sert de flux de référence. Cette paire de vortex contre-rotatifs, dans des conditions expérimentales similaires, met plus de 200 envergures à développer des déformations visibles. Des mesures de vitesse, de vorticité et d'enstrophie dans un plan fixe, en conjonction avec les observations d'écoulement, sont utilisées pour quantifier le comportement des paires de vortex. Les vortex d'une paire tournent initialement autour de leur centroïde de vorticité, ce qui éloigne la paire de la trajectoire de l'aile. Une fois les interactions tridimensionnelles développées, l'énergie cinétique bidimensionnelle et l'enstrophie chutent, et le rayon de dispersion de l'enstrophie augmente fortement. Cette transformation rapide du sillage en un sillage hautement tridimensionnel offre une possibilité de réduire le danger posée par le sillage vortex des avions de transport.