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

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Moyens acoustiques INTRODUCTION GÉNÉRALE Des études du contrôle de l'allée tourbillonnaire derrière un cylindre ont également été entreprises à l'aide de sources acoustiques, principalement des hauts-parleurs placés à l'extérieur du cylindre (voir [160], [18], [47] ou encore [125]). L'inconvenient principal de cette méthode est la nécessité d'obtenir des niveaux acoustiques importants (donc beaucoup de bruit) pour que ce contrôle reste efficace à des Reynolds supérieurs à 10000, mais également l'impossibilité pratique d'installer des sources acoustiques dans le fluide entourant l'avion en vol. Plus rares sont les études où les hauts-parleurs sont situées sur les faces latérales du cylindre (voir [57] par exemple). Le fonctionnement de cet actuateur se rapprochant en fait d'un moyen fluidique, ces expérimentateurs ayant "inventé" les jets synthétiques à leur insu.! Moyens mécaniques actifs Les moyens mécaniques actifs sont plus rares dans le contrôle de l'écoulement sur le cylindre, du fait des fréquences élevées qui seraient nécessaires. L'apparition des matériaux piézo-électriques ayant toutefois permis quelques études (voir [138]), qui néanmoins se bornent à faire transitioniier la couche limite avant qu'elle ne décolle, permettant ainsi de modifier notablement la nature de l'écoulement. Moyens fluidiques actifs De conception assez récente, les actuateurs fluidiques ont au départ été conçus comme une évolution de moyens passifs, permettant d'économiser sur l'énergie d'actuation. Il s'agit par exemple des générateurs de vortex fluides (VGJ) qui ont évolué en PVGJ (Pulsed VGJ), en particulier avec les travaux de MCMANUS et son équipe (voir [93, 94, 95, 91]). L'application principale visée par ces auteurs est le contrôle de décollement sur des profils d'aile ou de rotor. Des travaux approfondis sur des actuateurs, également à base de jet pulsés, ont été nduits par l'équipe de WYGNANSKI (voir [165, 74, 106, 108], GREENBLATT et al. [45'4J, SEIFERT et al. [133, 134, 135]). L'utilisation des jets pulsés sert ici, non à créer de la vorticité longitudinale, mais à apporter de la quantité de mouvement dans les couches limites sur le point de décoller, voire déjà décollées. Ce mode d'actuation semble particulièrement bien adapté au contrôle du décollement sur des profils d'aile munis de volet à fente, ce que confirment les études de TINAPP et al. [154]. D'autres types d'actuateurs à base de jets pulsés (souffiage/aspiration) ont par ailleurs été étudiés par PARK et al. [110] pour le contrôle du détachement tourbillonnaire sur une cylindre à faible nombre de Reynolds. Le développement de ce mode d'actuation connaît actuellement un intérêt grandissant avec l'apparition d'un type particulier de jet pulsé : les jets "synthétiques ". Ce type d'actionneur permet de générer, à partir d'un système électrodynamique ou piézo-électrique, 21
INTRODUCTION GÉNÉRALE un jet moyen au sein du fluide, sans apport de fluide supplémentaire. Cette dernière particuliarité rend ce type de système très intéressant en vue d'une application sur avion. Des études expérimentales approndies sur ce type d'actionneur et leur application à des contrôles d'écoulements, ont été effectuées par l'équipe de GLEZER & SMITH (voir SMITH et al. [139] ou encore AMITAY et al. [4, 5, 6]). Ces jets synthétiques ont par aillers été étudiés expérimentalement par Roos [123, 124] et WILLIAMS et al. [161] pour le contrôle des tourbillons de pointe avant. Des simulations de ces jets synthétiques ont été effectuées par HASSAN et al. [52, 53] et DONOVAN et al. [32] sur un profil d'aile. Ces simulations ne visent toutefois qu'une étude de faisabilité. Ce type d'actionneur est à la base de la présente étude numérique, dont une comparaison avec les expériences réalisées au LMFA (voir SUNYACH et al. [148] et BERA et al. [12, 13, 14, 15, 16]) est conduite. Les capteurs Le deuxième type d'élément nécessaire au contrôle actif en boucle fermée d'un écoulement consiste en des capteurs capables de renseigner le contrôleur sur l'état de l'écoulement à un instant donné, de préférence en temps quasi-réel. Choix des capteurs Les applications envisagées dans le cadre de cette étude repfesentent des contrôles de l'écoulement autour de certaines parties d'un engin en vol. Cette particularité impose une contrainte forte sur les capteurs susceptibles de convenir. En effet, dans ce type de configuration, seuls des capteurs intégrés à la paroi de l'engin sont envisageables. L'état de l'écoulement ne peut donc être apprécié que par des mesures pariétales (à l'exception possible de mesures laser au sein du fluide environnant). Très peu d'études font mention du choix de capteurs adéquats pour ce type de problème. A notre connaissance, la seule réflexion aboutie à ce sujet est présente dans HERNANDEZ [55]. Si la présence d'un capteur n'est pas nécessaire dans le cas d'un cas d'un contrôle en boucle ouverte, le problème du choix de celui-ci est en revanche crucial dans l'éventualité d'une boucle de contrôle fermée. Le choix de ce capteur ne peut être effectué qu'avec la connaissance des quantités pertinentes à mesurer. Ainsi, ce capteur pourra être amené à détecter la présence et la position d'un tourbillon convecté au-dessus de ce capteur, établir la présence d'un écoulement décollé ou non, ou encore détecter la présence de fréquences instables de l'écoulement. Par ailleurs, en vue des applications, ces capteurs devront être de petite taille, suffisamment précis et fiables pendant toute leur durée d'utilisation, la fiabilité de ces capteurs devenant primordiale dans le cas où le contrôle effectué influe sur les qualités de vol de l'engin. 22
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a) N IO a) 15 10 N b) N IO -4 b) A
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q=o° (soufflage maximum) 100 o 0.0
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Maillage CHAPITRE 3. L'ACTIONNEUR S
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Autres paramètres Pour calculer ce
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Chapitre 4 Interaction jet pulsé -
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