L'aile face à la rafale : des tourbillons jumeaux express
Une rafale de vent frappe brusquement l'aile, et un immense tourbillon se forme au-dessus d'elle. Ce tourbillon peut modifier brutalement la portance, et l'avion peut piquer du nez. Les ingénieurs cherchent depuis longtemps à prédire ces tourbillons, mais la complexité les gêne : le flux d'air rapide est rempli de petites fluctuations chaotiques.
Dans cette nouvelle étude, deux flux ont été comparés : un très lent (nombre de Reynolds 600) et un rapide (10 000). Le nombre de Reynolds indique la propension du flux à la turbulence : plus il est élevé, plus il y a de petits tourbillons. Il s'avère que les grands noyaux tourbillonnaires, qui créent les oscillations dangereuses de la portance, sont organisés de la même manière dans les deux cas. Les petites rides du flux rapide ne modifient pas le tableau général.
Le secret réside dans le fait que la rafale arrache de la surface de l'aile un puissant flux de vorticité, comme si elle enroulait un voile invisible. Ce voile se replie en grands tourbillons de la même manière dans un flux lent et dans un flux rapide. Par conséquent, pour étudier les rafales dangereuses, on peut utiliser des expériences lentes peu coûteuses et éviter de faire tourner de coûteuses souffleries à grande vitesse.
Les grands tourbillons sont comme le squelette du flux. Les petites fluctuations ne sont que la peau, qui tremble mais ne change pas la forme des os. Si l'on parvient à voir ce squelette à l'avance, les avions pourront traverser les zones de turbulence plus en douceur.
Le nombre de Reynolds 600 correspond à un flux d'environ un demi-mètre par seconde autour d'une petite aile, tandis que 10 000 correspond déjà à des dizaines de mètres par seconde, comme pour un véritable avion.