Les écoulements rencontrés en tête des soufflantes aéronautiques à fort taux de dilution sont transsoniques et turbulents. Une onde de choc apparaît alors sur l'extrados des aubes et interagit avec la couche limite. La position stationnaire de l'onde de choc dépend de la forme du profil et du point de fonctionnement. A haut débit, l'incidence à l'amont des profils est négative, une poche supersonique se forme dans le canal inter-aubes et se termine par une onde de choc droite bloquant le canal. Un tel écoulement est généralement associé au décollement de la couche limite à l'aval de l'onde de choc.

Lorsque le profil entre en vibration, l'onde de choc oscille et génère une fluctuation du chargement aérodynamique. L'échange d'énergie entre le fluide et la structure peut être stabilisant ou conduire à la rupture des aubes. Une telle instabilité aéroélastique est connue sous le nom de flottement. L'objectif de ce travail est l'identification des mécanismes physiques à l'origine du flottement de blocage en soufflante.

La modélisation de la réponse instationnaire de l'interaction onde de choc / couche limite s'appuie sur la résolution des équations de Navier-Stokes moyennées au sens de Reynolds (RANS) et la fermeture des équations par l'hypothèse de Boussinesq et le modèle k-ω de Wilcox. Une méthode linéarisée en temps permettant la résolution des équations RANS dans le domaine fréquentiel est utilisée. Les méthodes et modèles utilisés ont été validés à partir de résultats expérimentaux.

Pour identifier les mécanismes à l'origine du flottement de blocage, un dessin provisoire d'une soufflante transsonique à fort taux de dilution, l'ECL5, a été réalisé. L'étude aéroélastique repose sur la simulation bidimensionnelle d'une coupe de tête où l'échange d'énergie est maximal. Le mode vibratoire étudié consiste en une rotation du profil autour du bord d'attaque. Une étude de sensibilité à la fréquence réduite permet, pour différents diamètres nodaux, d'analyser l'écoulement à partir de l'hypothèse quasi-stationnaire puis d'augmenter la fréquence d'excitation. Le diamètre nodal nul se caractérise par la stabilité aéroélastique du profil indépendamment de la fréquence d'excitation alors que le flottement apparaît pour le diamètre nodal +4ND (correspondant à un déphasage inter-aubes de 90°) pour une fréquence réduite k=0.15.

La décomposition de la vibration du profil en la somme de sources locales permet d'approfondir l'analyse et d'identifier sans ambiguïté la source du flottement. Les ondes progressives émises au bord d'attaque et l'excitation locale de la zone d'interaction onde de choc / couche limite ont une contribution stabilisante. A l'inverse, une contribution fortement déstabilisante des ondes acoustiques émises au bord de fuite est observée. En remontant l'écoulement, ces ondes se rapprochent de l'onde de choc, leur longueur d'onde diminue et leur amplitude augmente (phénomène documenté sous le nom de blocage acoustique). Ces ondes pilotent alors le mouvement d'oscillation de l'onde de choc et contribuent négativement à la stabilité. La contribution des ondes acoustiques rétrogrades étant supérieure à celle des ondes progressives et de l'excitation locale de l'onde de choc, on observe finalement une instabilité aéroélastique de type flottement.