IV. 1.5.2.3. Étude statistique de la vitesse dans la veine d’essai
IV.3. É TUDE DE L ’ ECOULEMENT MOYEN CONTROLE
IV.3.1. Étude des champs de vitesse moyens de l’écoulement contrôlé et comparaison aux champs de
l’écoulement naturel
IV.3.1.1. Champs moyens à Re = 1000 (U
inf= 0,045 m/s)
À incidence nulle, la comparaison du champ de vitesse moyen contrôlé au champ de vitesses non contrôlé permet de constater que l’actionneur alimenté par un courant continu à - 20 kV rétablit la symétrie dans le sillage de part et d’autre de l’horizontale (y/C = 0). L’écoulement est de type A selon la classification de Huang [53].
À 5° d’incidence, la structure de l’écoulement est sensiblement différente pour le cas contrôlé: la recirculation présente dans le cas naturel à 90 % de corde du bord d’attaque est sensiblement retardée vers le bord de fuite. D’autre part, elle s’est amincie.
OFF ON
0°
146
10°
16°
Figure 118. Champs moyens de vitesse ; comparaison entre les écoulements naturels (colonne de gauche) et les écoulements
contrôlés UHT = - 20 kV DC (colonne de droite) autour d’un profil NACA 0015 à différentes incidences ; Uinf = 0,045m/s ; Re
= 1000
À 10° d’incidence, le profil de l’écoulement sur l’extrados est fortement modifié par l’actionneur. Des deux recirculations présentes dans le cas naturel, il ne reste plus qu’une recirculation de surface très allongée et plus proche de l’extrados que dans le cas naturel. C’est la marque d’un recollement de l’écoulement. Les abscisses des centres tourbillonnaires du cas naturel se situent à x/C ≈ 0,8 tandis que dans le cas contrôlé, l’abscisse du centre tourbillonnaire est située à x/C ≈ 0,6. L’aire de la zone de recirculation (en bleu) est fortement diminuée car l’effet de la force EHD repousse le point de décollement de la couche limite. À 16° d’incidence, le profil de l’écoulement est modifié de façon importante par la force EHD. La présence de structures tourbillonnaires portantes le long du profil est à l’origine de la formation d’une zone de recirculation bombée et dont l’aire (en bleu) est quasiment divisée par deux. Il ne subsiste qu’une seule recirculation dont le centre est situé à x/C ≈ 0,4 alors qu’il y en a deux dans le cas naturel dont les centres sont situés plus en aval à x/C > 0,7. Enfin le point de décollement de la couche limite semble être avancé à environ 0,1C du bord d’attaque. Ce phénomène est vraisemblablement lié à la production de structures fluidiques en rotation au niveau du bord d’attaque qui pourraient localement augmenter l’épaisseur de la couche de cisaillement.
À Re = 1000, l’influence de l’actionneur (UHT = - 20 kV) sur la structure de l’écoulement moyen est significative. L’aire de la zone de recirculation est réduite à toutes les incidences ce qui laisse penser que le coefficient de traînée est réduit. Cependant l’épaisseur du sillage n’est réduite que pour les cas à 0°, 5° et 10°, tandis qu’à 16° l’épaisseur du sillage est augmentée ce
147 qui impliquerait plutôt une augmentation de la trainée. Enfin à 5° d’incidence, l’actionneur induit un recul du point de décollement par rapport au bord d’attaque. En revanche, pour les angles d’incidence à 10° et 16°, l’actionneur semble favoriser un décollement de bord d’attaque probablement lié aux perturbations qu’il engendre. Si cela est vérifié, les tourbillons de bord d’attaque pourraient interagir avec le profil et avoir un effet positif sur la circulation et pourraient augmenter la portance.
IV.3.1.2. Champs moyens à Re = 2222 (U
inf= 0,1 m/s)
À incidence nulle, la structure du sillage pour le cas naturel révèle une légère dissymétrie par rapport à la ligne médiane (horizontale), ce qui n’est plus le cas pour le cas contrôlé.
À 5° d’incidence, la zone de recirculation pour le cas contrôlé est moins longue et légèrement plus épaisse que pour le cas naturel. En effet, le point de jonction des lignes de courant venant de l’intrados et de l’extrados est à x/C ≈ 1,2 pour le cas naturel tandis qu’il est seulement à x/C ≈ 0,8 pour le cas contrôlé. La production de structures tourbillonnaires au niveau du bord d’attaque, pourrait contribuer à augmenter l’épaisseur de la couche de cisaillement et influer sur la position du point de recollement. En effet, on observe que le point de séparation remonte à environ 0,3C du point d’arrêt pour le cas contrôlé alors qu’il est à environ 0,6C du bord d’attaque pour le cas naturel.
OFF ON
0°
148
10°
16°
Figure 119. Comparaison entre les écoulements naturels (colonne de gauche) et les écoulements contrôlés UHT = - 20 kV DC
(colonne de droite) autour d’un profil NACA 0015 à différentes incidences ; Uinf = 0,1 m/s ; Re = 2222
À 10°, pour le cas contrôlé, il n’y a plus qu’une structure tourbillonnaire au-dessus de l’extrados dont le centre est situé à l’abscisse x/C ≈ 0,4. Le point de décollement de la couche limite du cas contrôlé remonte à environ 0,15C du bord d’attaque par rapport au cas naturel (0,35C du bord d’attaque). Cela pourrait être expliqué par la formation de structures tourbillonnaires plus proches du bord d’attaque.
À 16°, la structure de la zone de recirculation du cas contrôlé est semblable à celle du cas non contrôlé. On observe 2 structures tourbillonnaires dont un tourbillon de surface large et un petit tourbillon de bord de fuite. Le centre du tourbillon de surface pour le cas contrôlé est légèrement avancé d’environ 0,1C par rapport au cas naturel. Le point de décollement de la couche limite est aussi plus proche du bord d’attaque pour le cas contrôlé (≈ 0,1C du bord d’attaque) par rapport au cas naturel (≈ 0,2C du bord d’attaque). On peut noter l’épaississement du sillage pour l’écoulement contrôlé qui pourrait être à l’origine d’une augmentation de la traînée.
À Re = 2222, l’influence de l’actionneur soumis à une tension continue de - 20 kV est toujours perceptible sur la structure de l’écoulement moyen. L’aire de la zone de recirculation est réduite aux angles d’incidence 0°, 5°, 10°. On observe que le point de décollement de la couche limite remonte pour toutes les incidences excepté l’incidence nulle (où la couche limite est attachée) lorsque l’actionneur fonctionne.
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IV.3.1.3. Champs moyens à Re = 4555 (U
inf= 0,205m/s)
À incidence nulle, on n’observe aucune différence notable entre les écoulements naturel et contrôlé. Le sillage du cas contrôlé est donc aussi symétrique par rapport à la ligne médiane. À 5° d’incidence, le bulbe de recirculation semble moins épais pour le cas contrôlé que pour le cas naturel et plus proche de la paroi.
OFF ON
0°
5°
150
16°
Figure 120. Comparaison entre les écoulements naturels (colonne de gauche) et les écoulements contrôlés UHT = - 20 kV DC
(colonne de droite) autour d’un profil NACA 0015 à différentes incidences ; Uinf = 0,205 m/s ; Re = 4555
À 10° d’incidence, la structure du bulbe de recirculation est semblable entre les cas naturel et contrôlé. Cependant, on observe que la position du centre tourbillonnaire pour le cas contrôlé est remontée à x/C ≈ 0,3 tandis qu’elle est à x/C ≈ 0,5 pour le cas naturel.
Pour les incidences à 5° et 10°, il semble que le rapprochement du bulbe de recirculation vers le bord d’attaque soit lié à l’effet de structures cohérentes induites par l’actionneur au bord d’attaque qui ont pour conséquence de faire légèrement remonter le point de séparation de la couche limite.
À 16° d’incidence, la structure du bulbe de recirculation est identique pour le cas contrôlé et le cas naturel. L’écoulement global ne semble pas être modifié par la force EHD à cette incidence et à ce Reynolds.
À Re = 4555, les changements sur la structure de l’écoulement autour du profil NACA0015 sont moins perceptibles qu’aux Reynolds plus faibles. On peut néanmoins constater un aplatissement du bulbe de recirculation à 5° d’incidence et une légère remonté des centres tourbillonnaires pour les cas à 5° et 10° d’incidence. En revanche les positions des points de décollement de la couche limite ne semblent être que peu modifiés par la présence de la force EHD appliquée.
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