Effet Meredith

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L'effet Meredith est un phénomène par lequel la traînée aérodynamique produite par un radiateur se rafraîchissant peut être compensée par la conception des conduits de refroidissement, de façon telle qu'une poussée utile soit produite. Cet effet a été découvert dans les années 1930, et est devenu de plus en plus important au fur et à mesure que les vitesses des avions à moteur à pistons ont augmenté au cours de la décennie suivante. Il a aussi trouvé sa place - entre autres - dans les Formule 1.

Principe de Fonctionnement[modifier | modifier le code]

L'effet Meredith se produit lorsque l'air s'écoulant à travers un conduit est chauffé par un échangeur ou un radiateur contenant un fluide chaud tel que l'éthylène glycol. Typiquement, le fluide est un fluide de refroidissement évacuant par le radiateur le surplus de chaleur généré dans un moteur à combustion interne. Pour que l'effet se produise, l'air doit se déplacer à une vitesse significative dans les conduits. Cet air est freiné lors du passage dans le radiateur, et est comprimé sous l'effet de la pression dynamique. Comme le flux d'air à travers le radiateur est chauffé, cela ajoute de l'énergie thermique à l'air et augmente encore la pression. Lors de la sortie en aval du radiateur, l'air chaud encore sous pression exerce une force sur les parois du conduit. Si ce conduit d'échappement est de forme divergente, c'est-à-dire qu'il s'élargit vers l'arrière, l'air se dilate et se refroidit lors de son passage dans le conduit aval, avant de rejoindre le courant d'air externe. La force exercée sur les parois du conduit génère donc une petite poussée vers l'avant[1]. La poussée obtenue dépend de la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur du conduit. Si la poussée générée est inférieure à la traînée aérodynamique de la canalisation du radiateur, cela ne fait que réduire la traînée aérodynamique du système. Si la poussée générée dépasse la traînée aérodynamique, alors cela engendre aussi une poussée.

L'augmentation de pression due au réchauffage freine aussi l'écoulement de l'air entrant. Si trop de chaleur est déversée dans un trop petit conduit voyageant à une vitesse trop faible, la pression élevée peut provoquer la stagnation de l'écoulement de l'air. Cela provoque à la fois une forte traînée et l'arrêt du cycle d'échange de chaleur.

Histoire[modifier | modifier le code]

F W Meredith était un ingénieur travaillant à la Royal Aircraft Establishment (RAE), à Farnborough. Sur la base de l'utilisation de l'éthylène glycol en tant que liquide de refroidissement du moteur, il s'est rendu compte que la chaleur perdue transmise à l'air dans un radiateur pouvait se récupérer. La chaleur ajoute de l'énergie à la circulation de l'air et, avec une conception soignée, cela peut être utilisé pour générer une poussée. Ses travaux ont été publiés en 1936[2]. Le phénomène a été reconnu comme «l'effet Meredith", et a été rapidement adopté par les concepteurs d'avions de chasse alors en cours, y compris le Supermarine Spitfire et le Hawker Hurricane, dont le moteur Rolls-Royce PV-12 (plus tard nommé Merlin) était refroidi par de l'éthylène glycol. Le prototype du Supermarine Spitfire (type 300) a effectué son premier vol le 6 mars 1936 (selon son pilote d'essai Geoffrey Quill).

L'effet Meredith était si minime pour les vitesses de l'époque qu'il pouvait facilement être négligé dans les estimations de rendement. Beaucoup d'ingénieurs n'en ont pas compris les principes de fonctionnement. Une erreur commune était que le moteur radial refroidi par air en bénéficierait plus, parce que ses ailettes seraient plus chaudes que le radiateur d'un moteur à refroidissement liquide. L'erreur perdurera jusqu’à 1949.

En Amérique, le North American P-51 Mustang adopte le principe Meredith en 1940[3]. L'effet Meredith a aussi été utilisé pour le Bugatti 100P, un avion de record conçu à la fin des années 1930 par l'ingénieur belge Louis de Monge en association avec Ettore Bugatti. L'arrivée de la guerre fit que cet avion - qui existe toujours - n'aura jamais volé, mais une réplique est en construction qui devrait voler en 2014 ou 2015.

L'effet Meredith a également inspiré le travail des américains au début des statoréacteurs en raison de la similitude des principes de fonctionnement[4]. Plus récemment, les Formule 1 ont atteint des vitesses suffisamment élevées pour que l'effet devienne significatif.

L'effet Meredith a été utilisé dans la conception, primée par le AIAA du Cratus, un avion de course réalisé en 2012 par une étudiante en aérospatial de l'Université du Kansas, Samantha Schueler.

Notes et Références[modifier | modifier le code]

  1. Meredith, F. W: "Cooling of Aircraft Engines. With Special Reference To Ethylene Glycol Radiators Enclosed In Ducts", Aeronautical Research Council R&M 1683, 1936.
  2. Gingell, G. (Ed.); The Supermarine Spitfire - 40 years on, Royal Aeronautical Society, 1976, Page 13.
  3. Yenne, Bill: Rockwell: The Heritage of North American. New York: Crescent Books, 1989. Page 49, ISBN 0-517-67252-9.
  4. Becker, J.; "The high-speed frontier: Case histories of four NACA programs, 1920-1950, " SP-445, NASA (1980), Chapter 5: High-speed Cowlings, Air Inlets and Outlets, and Internal-Flow Systems: The ramjet investigation. [1]