Simulation numérique du contrôle actif par jets pulsés de l'écoulement turbulent autour d'un cylindre circulaire

• Auteur / Autrice : Nicolas Getin
• Direction : Geneviève Comte-Bellot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique des fluides et acoustique (Rhône)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Avions -- Maniabilité

Simulation par ordinateur

Acoustique

Résumé

Le contrôle aux grandes incidences est un problème important pour la manoeuvrabilité des avions. De façon plus générale, le contrôle de décollements de couches limites turbulentes est un sujet d'actualité. De nouveaux types d'actionneurs (jets synthétiques et autres jets pulsés), fonctionnant avec des débits faibles voire nuls, semblent prometteurs. Cette étude traite de calculs Navier-Stokes instationnaires 2D,éléments-finis utilisant une modélisation de la turbulence de type k-e. Des comparaisons sont effectuées avec des mesures expérimentales de pression et de vitesse (PIV) réalisées au LMFA de l'ECL. L'écoulement à contrôler est celui règnant autour d'un cylindre de section circulaire, pour un faible nombre de Mach et un nombre de Reynolds de 10 puiss. 5, la transistion étant imposée. L'actionneur est un jet synthétique débitant normalement à la paroi, dont la fréquence de pulsation vaut environ 4 fois celle de l'allée de tourbillons de Karman. Des simulations de l'écoulement sans contrôle puis de l'actionneur seul sont effectuées. Les grandes moyennes et fluctuantes obtenues dans ces simulations sont analysées. Bien que les tourbillons de Bloor- Gerrard soient absents des premières, les résultats obtenus dans ces deux cas présentent un très bon accord avec les mesures expérimentales. Ensuite l'interaction du jet pulsé avec l'écoulement turbulent autour du cylindre est simulée et analysée. L'influence des différents paramètres de l'actionneur (position angulaire,fréquence, vitesse maximum, profil temporel) est étudiée numériquement. Les tendances issues de ces simulations sont comparables à celles obtenues expérimentalement, un écart est en revanche constaté sur les niveaux de portance générés. L'importance de la phase d'aspiration est mise en évidence. Enfin, l'influence des principaux paramètres de l'écoulement incident (nombres de Mach et de Reynolds) est simulée. La portance générée grâce au jet pulsé est légèrement croissante avec le nombre de Reynolds, et décroît fortement en écoulement transsonique. Ces simulations montrent les capacités prédictives de ce type de simulations, ainsi que les améliorations à envisager.