3 Dissymétries par actionnement du sillage
3.4 Étude des basculements générés par des impulsions
Dans les essais de contrôle en boucle ouverte présentés précédemment, les transitions du barycentre observées sont complètes, c’est-à-dire d’un état bistable extrême à l’autre (voir partie 3.2), ou, lorsqu’elles sont d’amplitude plus faible, elles sont issues d’un actionnement de fréquence trop grande par rapport à la sensibilité du sillage de la maquette (voir partie 3.3).
Contrairement aux cas précédents qui utilisaient de longs paquets d’impulsions (les phases de contrôle asymétrique), on se propose maintenant d’étudier l’actionnement des côtés du culot de la maquette par des impulsions de quelques jets uniquement. Il est possible qu’en utilisant seulement quelques impulsions, on soit en mesure de générer des transitions plus courtes, et donc de resserrer le barycentre autour de y = 0, sans créer de chute de pression au culot (cf. partie3.2).
Dans un premier temps, on applique une commande asymétrique au sillage par l’acti-vation d’un côté latéral de la maquette à fréquence d’actionnement f fixe : l’actionnement principal. Ensuite, de petits groupes de jets sont émis du côté opposé de la maquette : c’est la commande basculante.
À la suite des basculements, il est possible de régler un temps mort durant lequel les deux côtés latéraux du culot sont désactivés.
Figure 3.22 – Basculements du barycentre provoqués par une impulsion des ac-tionneurs latéraux et effets sur le coefficient de pression Cp (durée d’impulsion
RC
f = 1/2
475) : signaux yb/dyb0 et hCpi chacun sous forme brute et filtrée à 2 Hz (respectivement en bleu et rose, et en bordeau et vert) pour colonne (a), des
bascu-lements de P à N pour Pi = 0.21 MPa ; colonne (b), des basculements de N à P pour Pi = 0.21 MPa ; colonne (c), des basculements de N à P pour Pi = 0.26 MPa.
Pour une vitesse d’écoulement de V∞= 35 m/s et une configuration alignée (β = 0°), on fixe une fréquence f = 475 Hz (rapport cyclique de 0.5) qui définit la durée d’ouverture des EVs pour la commande basculante et qui correspond à la fréquence d’excitation de l’actionnement principal.
La figure3.22 montre les basculements provoqués par une impulsion de jets suivie de 2 s de relaxation (sans contrôle) pour :
Cas (a) : Basculement de droite à gauche avec Pi = 0.21 MPa ; Cas (b) : Basculement de gauche à droite avec Pi = 0.21 MPa ; Cas (c) : Basculement de gauche à droite avec Pi = 0.26 MPa.
À la figure 3.22, on observe que, pour un basculement à gauche (a) ou bien à droite (b), l’impulsion générée suffit systématiquement à provoquer le basculement du barycentre de l’autre côté du plan de symétrie vertical du culot. La colonne (c) présente les mêmes basculements que la colonne (b), mais pour une pression Pi = 0.26 MPa. On observe ici quatre basculements clairs sur les cinq attendus. Dans ce cas, la commande a bien affecté la position latérale du barycentre, mais la bistabilité naturelle, qui domine le sillage en l’absence de contrôle, a provoqué une transition spontanée de yb du côté des ordonnées négatives.
Section 3. Dissymétries par actionnement du sillage
et f = 1050 Hz à Pi = 0.21 MPa. Pour ces cas-là également, une seule impulsion peut suffire à faire basculer totalement le barycentre. On précise que les jets les plus brefs (à 1050 Hz, typiquement) assurent des basculements avec une seule impulsion de manière plus régulière que les jets à plus basse fréquence (comme 350 Hz notamment). Il est donc possible que l’allongement des périodes de soufflage impacte moins la réorganisation des niveaux de pression au culot que des jets très brefs.
La figure3.22présente également les fluctuations du coefficient de pression moyen Cp lors de ces basculements. On rappelle que la valeur de Cp0 est de -0.185 pour un écoulement aligné à 35 m/s alors que l’actionnement asymétrique à haute fréquence entraîne une diminution supplémentaire de la pression au culot (Cp ∼ −0.200) (cf. tableau 3.6).
On note que Cp a tendance à augmenter lorsque les basculements sont provoqués ici par les impulsion. Cela résulte principalement de l’arrêt de l’actionnement durant les 2 s de relaxations qui permet à la pression au culot de retrouver une valeur proche de celle de l’écoulement sans contrôle. Il est toutefois possible de noter des pics importants (Cp > Cp0) juste après une transition. Cela pourrait correspondre à une évolution dynamique de Cp sous l’effet d’un basculement du barycentre tel qu’observé dans le cas d’un écoulement naturel (cf. partie 2.2).
Les effets dépressionnaires des actionnements latéraux sur la pression au culot vus à la partie3.2sont des phénomènes indésirables qui peuvent réduire la rentabilité du contrôle actif des asymétries du sillage. Afin de contrer ces effets dynamiques dus au basculement par paquets d’impulsions, on effectue maintenant des basculements par impulsion comme au paragraphe précédent, mais sans temps de relaxation entre la commande dissymétrique principale et la commande basculante.
Cinq actionnements successifs brefs sont appliqués au sillage sur une période de temps de 0.2 s. Les commandes sont réglées pour ne générer qu’un seul jet à chaque actionnement, et chaque actionnement est séparé de 0.05 s du suivant. Pour la vitesse d’écoulement de 35 m/s utilisée, l’excitation impulsionnelle présente un nombre de Strouhal de StH = 0.13.
La figure3.23 illustre les effets de l’excitation impulsionnelle de droite à gauche (a) et de gauche à droite (b). Le gros plan (a’), en figure 3.23, montre la génération d’une ou de deux impulsions (selon la discrétisation du signal TTL (0-5V) généré) du côté opposé à celui de l’actionnement principal, cette fois-ci sans interruption.
On observe dans les deux cas une modification progressive de yb au fur et à mesure des cinq impulsions. Comme l’autre côté de la maquette est activé tout le reste du temps, la transition qui devrait être provoquée par le basculement soudain de la commande n’apparaît pas à la première impulsion. Toutefois, malgré l’actionnement principal les valeurs de yb sont brutalement impactées par les impulsions. yb est entraîné d’une position
bistable à l’autre au bout des 0.2 s des cinq périodes d’impulsions. On remarque que la valeur du coefficient de pression est basse durant les phases d’impulsions, ce qui correspond en réalité à la valeur de la pression moyenne au culot dans le cas d’un actionnement unilatéral dissymétrique (cf tableau 3.6).
En revanche, quand le sillage est à nouveau soumis au seul actionnement principal asymétrique, la transition de yb est assez régulière et ne montre pas de pic tel que celui créé par les impulsions. Le barycentre parcourt la distance qui sépare les deux états bistables en 0.2 s à 0.4 s, ce qui est cohérent avec les temps de basculement observés dans les cas de contrôle asymétriques (voir figure 3.18).
On note donc que la dynamique de basculement impulsionnelle est différente de la dynamique de basculement par paquets d’impulsions.
Pour les deux cas de basculement, lors du retour à la position de yb imposée par l’actionnement principal, on mesure une augmentation importante de Cp : pour une fenêtre de temps de 0.4 s, on mesure Cp = −0.174 en moyenne, ce qui dénote un gain en pression au culot de 8.6 % par rapport au contrôle asymétrique principal, et un gain de de 6.2 % par rapport à l’écoulement aligné naturel.
La position latérale du barycentre semble donc être sensible à de brefs actionnements des jets aux bords de la maquette. Ces impulsions latérales semblent dominer sur l’action régulière des paquets de jets utilisés dans les contrôles en boucle ouverte classiques.
Pour expliquer ce phénomène, on peut suggérer qu’un actionnement par courtes impulsions bénéficie d’une accumulation de gaz lorsque l’EV est fermée pour un temps supérieur au temps d’ouverture précédent. Lorsqu’on ouvre à nouveau l’EV, l’air pourrait alors être expulsé avec plus de force que si l’EV n’avait pas été maintenue fermée auparavant. En revanche, lors d’un actionnement par paquets où les jets se succèdent régulièrement, des effets de surpression à l’ouverture n’apparaîtraient pas.
En pratique, les actionnements par paquet de jets modifient la répartition de pression au culot à la manière de l’écoulement lors des dérapages de la maquette. À l’inverse, les impulsions ont un effet rapide sur le sillage et provoquent des basculements du barycentre à un coût énergétique potentiellement plus réduit.
On peut donc voir que les transferts latéraux du barycentre sont sensibles à une augmentation brusque de l’énergie introduite dans les couches de mélange et par un déséquilibre de flux provoqué par un actionnement latéral asymétrique régulier. En revanche, afin de réduire les amplitudes de yb, il semble plus intéressant d’utiliser de brèves impulsions latérales qui pourraient provoquer des basculements partiels et re-symétriser le sillage avec plus de précision.
Section 3. Dissymétries par actionnement du sillage
(a)
(a’)
(b)
Figure 3.23 – Excitation par impulsions d’un côté du culot : (a) transition à gauche ; (b) à droite : Détails de la commande et du signal carré TTL envoyé aux boîtiers de commande, évolutions deyb/dyb