Ring of Fire - Mesure aérodynamique en conditions réelles pour une acquisition 3D des écoulements en haute définition

Le « Ring-of-Fire » (RoF) est un concept avancé de mesure aérodynamique conçu pour recueillir des données d’écoulement en haute résolution autour d'objets en mouvement dans des conditions réelles. Il permet aux chercheurs et aux ingénieurs d'observer des structures de sillage complètes ainsi que des effets aérodynamiques transitoires difficiles à reproduire en soufflerie conventionnelle.

Développé par le groupe d'aérodynamique de TU Delft, le concept « Ring-of-Fire » est commercialisé par LaVision, offrant ainsi un outil puissant pour la dynamique des fluides expérimentale et la validation des calculs CFD.

Présentation du concept

Dans le système RoF, le sujet testé traverse la section de mesure qui reste fixe :  le volume de mesure est délimité par un large faisceau lumineux, dans lequel des milliers de minuscules bulles de savon remplies d’hélium (HFSB) suivent le mouvement de l’écoulement. La zone de mesure est équipée de caméras haute vitesse qui capturent la lumière diffusée par les bulles. Tous les appareils sont synchronisés et contrôlés via le logiciel DaVis de LaVision. Lorsque l'objet de l’étude, tel qu'une voiture, une balle ou un animal, se déplace à travers la section de mesure, le système capture un « instantané » aérodynamique complet du champ d'écoulement environnant.

Aérodynamique automobile

Le système Ring-of-Fire (RoF) fournit des informations détaillées sur les structures complexes du sillage générées par les véhicules en mouvement, aidant ainsi les ingénieurs à optimiser les performances aérodynamiques. Qu'il s'agisse d'augmenter la force d'appui et la stabilité en virage dans le sport automobile ou de réduire la traînée afin d'augmenter l'autonomie des véhicules électriques, ces mesures contribuent au développement de véhicules plus rapides et plus efficaces.

• Analyse détaillée de la structure du sillage derrière des voitures à taille réelle sur au moins 10 longueurs de voiture
• Étude des sources de traînée et de la séparation de l’écoulement
• Études sur l'interaction entre la force d'appui et le sillage (par ex. ~sport automobile)
• Validation de modèles CFD dans des conditions de conduite réalistes
• Aérodynamique des véhicules en peloton

Aérodynamique sportive

En capturant les flux d'air et les structures de sillage autour des athlètes en mouvement, le système Ring-of-Fire (RoF) fournit des données aérodynamiques exploitables pour optimiser la posture, l'équipement et les stratégies de course, où même de faibles réductions de la traînée peuvent se traduire par des avantages en compétition.

• Aérodynamique sportive (football, cyclisme, etc.) 
• Mouvement des projectiles et dynamique des sillages 
• Phénomènes d'écoulement transitoire à grande vitesse 
• Effets d'interaction lors d'essais en groupe ou en peloton

Vol biologique

Dans le cadre des études sur le vol des oiseaux, le système Ring-of-Fire (RoF) constitue un outil puissant pour capturer et analyser les structures complexes des écoulements d'air autour d'animaux volant en liberté. Par exemple, l'étude menée par les professeurs Bomphrey et Usherwood du Royal Veterinary College de Londres a mis en évidence des caractéristiques aérodynamiques jusqu'alors inconnues dans le sillage des oiseaux en vol, notamment des tourbillons de queue générateurs de portance et des structures de courant descendant inattendues. Ces découvertes inspirent la bio-conception d'aéronefs de nouvelle génération. 

• Structures du sillage des ailes 
• Génération de portance en vol instable 
• Interaction des structures tourbillonnaires dans les environnements naturels

Environnements d'essais en conditions réelles

La disponibilité de longues pistes d'essai extérieures contrôlées constitue un facteur clé pour la réalisation des expériences Ring-of-Fire. Le site du tunnel de Catesby s'est imposé ces dernières années comme un cadre idéal pour les essais aérodynamiques sur route, offrant un tronçon d'essai rectiligne unique de 2,7 km, des conditions atmosphériques stables tout au long de l'année et un impact minimal sur l'environnement.

Le concept Ring-of-Fire complète les essais traditionnels en soufflerie dans le cadre d'une stratégie plus large de mesure aérodynamique. Alors que les souffleries constituent la référence absolue pour la caractérisation aérodynamique standard, les essais Ring-of-Fire capturent les informations d’écoulement en 3D dans des conditions réelles. Ensemble, ces deux approches permettent une compréhension aérodynamique complète.

À mesure que les modèles de calcul gagnent en sophistication, la demande en données de validation de haute qualité issues du monde réel ne cesse de croître, ce qui fait des mesures du « Ring-of-Fire » un maillon essentiel entre la simulation et la réalité dans la recherche moderne en aérodynamique.

Références

Aérodynamique automobile

Hüttig, S., Kühn, M., Gericke, T., Bloem, G., Sciacchitano, A., & Akkermans, R. A. D. (2025). On   road vehicle aerodynamics with a large   scale stereoscopic   PIV setup?: “ the Ring of Fire .” Experiments in Fluids, 66, 125.
https://doi.org/10.1007/s00348-025-04025-w

Erdogdu, A. O., Hollis, D., Charogiannis, A., Nila., A., Boaler, J., & Berg, T. (2025). Historic Vehicle Wake Analysis: ‘Ring-of-fire’ PIV Measurements on the Longest Surviving Jaguar E-Type. 21th International Symposium on Flow Visualization, June 21-25, Tokyo, Japan.

Aérodynamique sportive

Spoelstra, A., de Martino Norante, L., Terra, W., Sciacchitano, A., & Scarano, F. (2019). On-site cycling drag analysis with the Ring of Fire. Experiments in Fluids, 60(6), 1–16. https://doi.org/10.1007/s00348-019-2737-y 

Spoelstra, A., Terra, W., & Sciacchitano, A. (2023). On-site aerodynamics investigation of speed skating. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 239(May), 105457. https://doi.org/10.1016/j.jweia.2023.105457

Butcher, D., Morris, J., Hollis, D., Charogiannis, A., Nila, A., & Harland, A. (2024). Aerodynamics of an in-flight football using 3D particle tracking velocimetry. Engineering of Sport 15 - Proceedings from the 15th International Conference on the Engineering of Sport (ISEA 2024). https://doi.org/10.17028/rd.lboro.27044827.v1 

Vol biologique

Usherwood, J. R., Cheney, J. A., Song, J., Windsor, S. P., Stevenson, J. P. J., Dierksheide, U., Nila, A., & Bomphrey, R. J. (2020). High aerodynamic lift from the tail reduces drag in gliding raptors. Journal of Experimental Biology, 223(3).
https://doi.org/10.1242/jeb.214809