Analyse de l’actionneur à iso-α

Après l’étude paramétrique préliminaire, nous allons désormais réaliser une analyse dé- taillée de l’actionneur à iso-α. L’influence de débit Q_jet du coefficient de soufflage C_μ va être observée par modification de la largeur de l’orifice d_j. Le tableau 6.5 présente les différentes largeurs d’orifice de soufflage qui vont être étudiées. Les paramètres du jet manipulateur sont fixés à : p_tj = 1.5 bar, β_j= 0◦, L_j= 0.05%c.

d_j/c(%) 0.35 0.1 0.046 0.012

Q_j 286 82 38 10

C_μ(%) 1.5 0.4 0.2 0.05

Tableau 6.5: Paramètres d_j testés

Dans cette étude à iso-incidence nous allons étudier l’interaction entre l’écoulement prin- cipal et le jet manipulateur, l’écoulement autour de l’aile puis l’écoulement de sillage.

6.2.2.1 Effet dans le voisinage de l’actionneur 6.2.2.1.1 Analyse des champs de Mach

La figure 6.10 présente les champs de Mach dans la région proche de l’interaction entre le jet manipulateur et l’écoulement principal. On observe tout d’abord que l’augmentation du débit implique une augmentation de la hauteur de pénétration du jet H_pj. Ainsi, il se forme en amont du jet une zone de faible vitesse de plus en plus large à mesure que le dé- bit d’injection augmente. La formation d’un décollement sur l’extrados avec le soufflage est probablement due à une modification de la circulation. Les lignes de courant montrent dans le cas des débits élevés que l’écoulement provenant de l’extrados subit une forte déviation

pour rejoindre l’écoulement intrados. On note dans le cas naturel un tourbillon de bord de fuite au niveau du culot du profil. Plus le coefficient de soufflage augmente plus la taille du tourbillon diminue jusqu’à disparaître totalement pour Cμ≥ 0.2%.

a) b)

c) d)

Figure 6.10: Isocontours de champ de Mach - a) C_μ= 0% - b) C_μ = 0.2% - c) C_μ = 0.4% - d) C_μ= 1.5% - M_∞= 0.73, Re_c= 3.106 et α = 2.5◦

6.2.2.1.2 Caractérisation de la turbulence

La figure 6.11 présente les iso-valeurs de tensions de cisaillement de Reynolds−uv dans la zone d’interaction. On note que le champ turbulent comme le champ moyen présente une forte dissymétrie entre l’intrados et l’extrados. Cette dissymétrie augmente avec le débit de soufflage. On remarque une zone d’intenses fluctuations en aval du jet manipulateur qui croît avec le soufflage. Cette zone révèle des échanges énergétiques intenses. Les niveaux élevés montrent que les sillages deviennent de plus en plus énergétiques avec l’augmentation du soufflage. Ces observations sur le champ turbulent sont cohérentes avec les résultats expéri- mentaux de Sauvage[186].

a) b)

c) d)

Figure 6.11: Isocontours du cisaillement turbulent −uv - a) C_μ= 0% - b) C_μ= 0.2% - c)

C_μ= 0.4% - d) C_μ= 1.5% - M_∞= 0.73, Re_c= 3.106 et α = 2.5◦

6.2.2.2 Modification du champ autour du profil

Nous observons les profils de vitesse moyenne en divers positions extrados et intrados de l’aile (figure 6.12). À la position x_c =−1, on remarque que la vitesse longitudinale est fortement perturbée par la présence du jet manipulateur. De manière bien visible pour

C_μ= 1.5%, on observe la présence d’une zone de sous-vitesse qui correspond à la déviation et la décélération par rapport au cas naturel de l’écoulement principal. Au-dessus de la zone d’interaction jet manipulateur/écoulement principal, les profils manipulés tendent vers le profil naturel. On remarque que le ralentissement provoqué localement au bord de fuite se propage sur l’intrados du profil et provoque, par effet de circulation, une augmentation de la vitesse sur l’extrados dans la zone supersonique (x_c = 0.28 et x_c = 0.45). Dans le cas naturel et

C_μ= 0.05%, la forte diminution de la vitesse en x_c = 0.6 indique que l’on se situe en aval de l’onde de choc. Pour C_μ≥ 0.2%, l’augmentation de la circulation provoque le déplacement

vers l’aval du choc qui se situe entre x_c = 0.6 et x_c = 0.75. Pour les intensités de soufflage élevées (C_μ≥ 0.4%), on observe que la manipulation provoque le décollement de la couche limite qui s’étend jusqu’au bord de fuite pour Cμ= 1.5%. Aux deux dernières positions, le soufflage à C_μ= 0.05% modifie peu l’écoulement.

Figure 6.12: Comparaison des profils de vitesse avec et sans contrôle en proche paroi -

M_∞= 0.73, Re_c= 3.106 et α = 2.5◦

La figure 6.13 met en évidence la modification du champ de Mach autour de l’aile. La présence du jet produit une accélération de l’écoulement extrados qui conduit à une inten- sification de l’onde de choc et son déplacement vers le bord de fuite. L’intensité de l’onde de choc est alors suffisante pour provoquer le décollement de la couche limite en aval du choc. En résumé, à iso-incidence, le jet manipulateur provoque une déviation “fluidique” de l’écoulement principal qui conduit à une modification de l’écoulement intrados mais égale- ment extrados par effet de circulation. Cette perturbation locale a donc un effet global sur l’aile qui se traduit par une augmentation de portance que nous apprécierons au § 6.2.3.7. Nous allons pousser l’analyse en étudiant l’effet du soufflage sur l’écoulement dans le sillage.

a) b)

Figure 6.13: Isocontours de champ de Mach - a) C_μ = 0% - b) C_μ = 0.4% - M_∞= 0.73,

Rec= 3.106 et α = 2.5◦

6.2.2.3 Effet sur le sillage

Le sillage d’un profil se décompose en deux zones distinctes : le sillage proche et le sillage lointain. L’évolution longitudinale de l’épaisseur de quantité de mouvement ou du déficit maximal de la vitesse longitudinale, U_s(x) = max_{y=[−∞,+∞]}(|U_∞− U(x,y)|), permet de dé- finir les frontières entre ces deux zones (Tennekes et Lumley [206], Sauvage [186]). Dans le cas naturel la transition se produit à environ une demi-corde en aval du bord de fuite (fi- gure 6.14) en accord avec Hah et Lakshminarayana [98] ainsi que Sauvage [186]. On observe que l’augmentation du soufflage éloigne la transition sillage proche/sillage lointain. Ceci in- dique que la dissymétrie du sillage est plus étendue longitudinalement dans le cas manipulé. Nous allons à présent observer le sillage proche et lointain.

La figure 6.15 présente les profils de la vitesse longitudinale dans le sillage de l’aile avec et sans contrôle. Pour le cas non manipulé, on observe un déficit de vitesse centré (y_c = e₂ = 0.25%) qui est engendré par la présence du culot. Aux premières positions relevées, on observe une dissymétrie des profils de vitesse qui s’estompe plus en aval. Sur cette figure on observe que le jet s’additionne au culot pour accentuer le déficit de vitesse et l’évasement du sillage. Le jet produit donc un épaississement virtuel du culot. On remarque que l’actionneur entraîne une amplification de la dissymétrie du sillage comme par exemple en x_c = 1.05. La dissymétrie est alors plus étendue longitudinalement. On note dans le cas manipulé une déviation de l’écoulement vers l’intrados. Ceci indique que comme pour un bord de fuite épais cambré le JBFI travaille par augmentation de la cambrure réelle du profil.

Figure 6.14: Évolution du déficit de vitesse dans le sillage - M_∞ = 0.73, Re_c = 3.106 et

α = 2.5◦

Figure 6.15: Comparaison des profils de vitesse avec et sans contrôle dans le sillage -