Simulation numérique du contrôle actif par jets pulsés - Bibliothèque ...

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 - s. 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 régnant autour d'un cylindre de section circulaire, pour
un faible nombre de Macli et un nombre de Reynolds de iü, la transition 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 Kármán. Des simulations de
l'écoulement sans contrôle puis de l'actionneur seul sont effectuées. Les grandeurs 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 simnulée
et analysée. L'influence de 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.
Abstract. High angle-of-attack flight is becoming a major issue of aircraft manoeuvrability.
Actually, the control of separation of turbulent boundary layers is a topical subject.
New actuator types with low- or zero-mass flow required (synthetic jets and other pulsed
jets) seem promising for these applications. This study deals with 2D unsteady finite-element
Navier-Stokes computations using a ks turbulence model. Results are compared to pressure
and velocity (PIV) measurements obtained at the LMFA of the Ecole Centrale de Lyon.
The case considered is the low Mach number flow around a tripped circular cylinder at
a Reynolds number of iü. The actuator is a synthetic jet oriented normally to the wall. Its
pulsation is four times that of the Kármán vortices. The uncontrolled flow is simulated first,
followed by the flow around the actuator alone. Mean and fluctuating values are analysed and
compare favourably with the experiments, altough Bloor-Gerrard vortices are niot present' in
the simulations of the uncontrolled flow.
The interaction of the pulsed jet and the unsteady turbulent flow around the cylinder is
simulated and analysed. The influence of several parameters is numerically investigated (azimutal
location, frequency, maximum velocity and temporal profile). The tendancies obtained
conipare favourably to the experiments, although the level o i d differs. The importance
of the suction phase of the jet is emphasised. 'i sarameters of
the incident flow (Mach and Reynolds numbers) is n y investig. t generated
with the synthetic jet increases slightly for higher Re numbers, amid s sharply
for transonic flows.
This numerical study shows the predictive capa " based on
a k - s turbulence model, as well as the possible w