Thèse soutenue

Manipulation de sillages turbulents tridimensionnels pour la réduction de la traînée aérodynamqiue
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Auteur / Autrice : Yann Haffner
Direction : Jacques BoréeThomas Castelain
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique des milieux fluides
Date : Soutenance le 29/06/2020
Etablissement(s) : Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pprime / PPRIME
Jury : Examinateurs / Examinatrices : Caroline Braud, Olivier Cadot, Fabien Harambat, Andreas Spohn
Rapporteurs / Rapporteuses : Holger Babinsky, Louis N. Cattafesta

Résumé

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Une combinaison de moyens passifs et actifs de contrôle d'écoulement est utilisée pour réduire la traînée aérodynamique produite par le sillage turbulent d'une géométrie simplifiée de véhicule à culot droit. Ces sillages sont caractérisés par deux aspects principaux : une traînée de pression importante liée à la séparation massive de l'écoulement, et des asymétries à grande échelle. Ces dernières, se manifestant sous forme de dynamique bimodale ou de brisure de symétrie permanente, contribuent pour environ 10% de la traînée de pression. L'étude des basculements de sillage transitoires en dynamique bimodale s'opérant au travers d'états symétriques du sillage permet d'isoler le mécanisme responsable de l'augmentation de traînée des états à brisure de symétrie. Une interaction et un couplage entre l'écoulement de recirculation issu d'un côté et la couche cisaillée opposée propre aux états à brisure de symétrie déclenche et amplifie les instabilités de couche cisaillée, ce qui conduit à une augmentation de l'écoulement d'entraînement et de la traînée. Il est montré que ce mécanisme est caractéristique des sillages de corps à culot droit.Une stratégie de contrôle actif de l'écoulement combinant des jets pulsés émis tangentiellement aux bords de fuite et de surfaces courbées miniatures affleurantes est utilisée pour réduire la traînée de pression de la géométrie. Le recollement de l'écoulement sur les surfaces courbées résulte en un rétreint fluidique du sillage se traduisant par une réduction de trainée jusqu'à 12%, indépendamment de l'asymétrie initiale du sillage, et est notablement influencé par l'échelle de temps caractéristique de l'instationnarité du forçage. Une combinaison minutieuse entre l'échelle de temps du forçage et la taille caractéristique des surfaces courbées permet d'exploiter tout le potentiel de réduction de traînée de cet effet Coanda instationnaire comme le montre un modèle simple d'écoulement permettant la mise en évidence de lois d'échelles caractérisant le phénomène. De plus, un forçage localisé selon certaines arêtes seulement permet d'interagir avec les asymétries à grande échelle du sillage et impacte de manière très différente la traînée selon l'équilibre su sillage non-forcé. La symétrisation du sillage résultant d'un forçage asymétrique permet une réduction de traînée d'environ 7% à coup énergétique réduit. Des éléments clefs sont donnés concernant l'adaptation de la localisation du contrôle pour une réduction de traînée en présence de différentes asymétries du sillage. Comme le changement d'équilibre global du sillage résulte de changements géométriques et d'écoulement mineurs, des stratégies de contrôle adaptives et robustes sont essentielles pour les applications dans l'industrie automobile.