3 Prise en compte du retard d’actionnement 3.1 Définition du modèle
3.5 Cas non aligné
Il est intéressant de savoir si le contrôle avec prédicteur et zone morte peut apporter des gains en pression au culot et en traînée aérodynamique dans le cas d’un écoulement
non aligné. On rappelle que l’augmentation du coefficient de traînée Cx présentée, en
partie 2.4, est de 6.7% entre la configuration alignée et la configuration à β = 1.7°. De plus, sachant que les configurations avec un faible angle de dérapage sont très communes dans un trajet réel de véhicule (Dalessio et al.,2017), le maintien de la symétrie pour des angles de petite amplitude pourrait permettre une économie importante d’énergie via la symétrisation du sillage en temps réel.
La maquette ActivROAD permet de tester une sélection d’angles β situés entre −0.7° et +1.7° via une commande numérique sans avoir à intervenir manuellement sur le montage. On étudie alors le contrôle par mode glissant avec zone morte sur deux cas de dérapage : β = 1.7° et − 0.7°.
La figure 4.17 présente l’évolution de yb pour le contrôle avec prédicteur et zone morte à f = 1050 Hz et Pi = 0.25 MPa et un angle de dérapage variable pour une vitesse d’écoulement V∞ = 35 m/s. La zone entre la ligne verte et la ligne rouge correspond à l’intervalle où le contrôle est actif. Durant cette période de temps, la position β est changée de 0° à 1.7°, puis enfin à −0.7°.
On voit que malgré les fluctuations du barycentre imposées par les jets, la position moyenne reste proche de zéro (par rapport à l’état bistable au début de l’essai) pour les trois angulations, sans ajustement des paramètres de contrôle. On peut noter le fait que le barycentre n’est pas pleinement recentré lorsque la maquette est soumise au dérapage à 1.7°.
Section 3. Prise en compte du retard d’actionnement
Le tableau4.6 récapitule les caractéristiques des états contrôlés de la figure 4.17 et les gains en pression au culot et en traînée.
Le contrôle par mode glissant utilise une pression Pi importante afin de maintenir une force de jets suffisante pour travailler dans le cas en dérapage. Cependant d’après le tableau 4.5, aucun gain de traînée, en configuration alignée, n’est à prévoir pour cette pression d’alimentation, ce que confirme bien le tableau 4.6.
En revanche, la symétrisation du sillage, même partielle, dans le cas à β = 1.7° permet un gain en pression au culot de 2.95 % et une réduction de traînée de 1.7 %.
Naturel Contrôle avec prédicteur et zone morte (ε0 = 0.8)
yb σyb dyb −∆γp −∆γCx |yb| σyb dyb QV β ( %) ( %) (L/min) −0.7° -0.042 0.025 0.049 -0.53 -2.23 0.001 0.030 0.012 32.7 0° 0.003 0.047 0.046 -1.73 -2.90 0.001 0.030 0.008 30.7 +1.7° 0.044 0.014 0.044 +2.95 +1.70 0.012 0.029 0.022 30.1 Tableau 4.6 – Paramètres de la symétrie et des indicateurs de pression et d’efforts lors du contrôle par mode glissant avec zone morte en dérapage.
En complément, la figure4.18décrit les évolutions de yb dans le cas de l’écoulement naturel aligné (a), et dans les cas de contrôle par mode glissant avec zone morte pour β = 0° (b) et pour β = 1.7° (c). Elle permet de mieux visualiser l’actionnement impulsionnel
généré par le contrôle avec prédicteur et zone morte ainsi que de visualiser les champs de pression au culot.
Les signaux de yb et de u des cas (b) et (c), en opposition avec le cas naturel (a), montrent un actionnement impulsionnel des couches de mélange latérales du culot.
Dans le cas aligné (b), la bistabilité est bien réduite par rapport au cas naturel. Notons que la commande est globalement bien répartie entre l’actionnement à gauche et à droite.
Pour la configuration en dérapage (c), la commande est principalement négative
u= −1 ce qui est normal car avec le dérapage à β = +1.7°, le barycentre est bloqué du côté droit (positif) du culot (voir partie 2.4 du chapitre3). Comme noté plus tôt, le tracé de P DFyb (c) montre que le centrage de yb n’est pas complet pour le cas de contrôle à
β = 1.7°. On obtient tout de même un recentrage du sillage intéressant avec une réduction de l’asymétrie de 50 % (voir tableau 4.6).
Enfin, la figure4.18permet de remarquer la préservation de l’état vertical de symétrie dans les deux cas de contrôle et la répartition de pression au culot. Pour le cas (b), comme vu précédemment (cf. tableaux4.5et 4.6), le contrôle avec prédicteur et zone morte du cas aligné avec une pression d’alimentation Pi importante provoque de grands mouvements convectifs dans les sur le culot visibles par les zones bleues dans les champs de pression.
Figure 4.18 – Évolutions de la position yb dans un cas naturel, aligné et en dérapage à β = 1.7°.
(a) (b) (c)
Ces effets de l’actionnement latéral sont la source d’une diminution de la valeur moyenne de la pression bien que la symétrie soit bien établie. La partie 2 du chapitre 6 reprend cette problématique et propose une correction de ces effets du contrôle par mode glissant avec prédicteur et zone morte.
Conclusion sur le contrôle avec prédicteur et zone morte des asymétries du sillage
En conclusion, le contrôle par mode glissant avec prédicteur et zone morte (avec
ε0 = 0.8) peut efficacement réduire le niveau d’asymétrie du sillage dans des cas alignés (β = 0°), mais aussi dans des cas en dérapage statique et variable à haute vitesse d’écoulement (V∞= 35 m/s). Pour les plus grands angles de dérapage testés, les asymétries statiques sont ici réduites de moitié avec un actionnement relativement économe en énergie.
On relève de plus que la pression d’alimentation Pi de l’actionnement avec prédicteur et zone morte influe beaucoup sur le niveau de pression atteint en moyenne au culot de la maquette ActivROAD. Alors que les niveaux de symétrie relevés pour deux actionnements
Section 3. Prise en compte du retard d’actionnement
à même fréquence f, mais pour des pressions Pi différentes, sont comparables, les cas à plus basse pression d’alimentation fournissent les meilleurs niveaux de pression moyenne au culot de la maquette. Ce phénomène est particulièrement bien observé dans le cas de la configuration alignée résumée par le tableau 4.5.
Dans le cas des fortes angulations entre la direction de l’écoulement et la maquette, l’effet de la pression d’alimentation de l’actionnement sur la pression au culot semble différent. On obtient ainsi de bons résultats en termes de recompression au culot de la maquette ActivROAD pour un cas d’actionnement à β = 1.7°, f = 1050 Hz (RC = 0.5),
Pi = 0.25 MPa et V∞= 35 m/s : une hausse de la pression moyenne au culot de 2.95 % et d’une diminution de Cx de 1.70 % alors que le même contrôle en configuration alignée, ou à faible angle de dérapage, n’améliore par la valeur de Cp sur le culot de la maquette.
Il est alors possible que la nécessité de diminuer la pression d’alimentation Pi relevée par l’actionnement du sillage en configuration alignée ne soit pas valable pour les cas avec un fort dérapage.
En réalité, les asymétries du sillage générées par un mauvais alignement entre la direction de l’écoulement incident et les directions principales d’un corps ont un effet plus important sur la traînée de pression que les asymétries engendrées par la bistabilité. Une amélioration même partielle de la symétrie du sillage dans les cas avec un fort dérapage engendre donc un gain plus important que la symétrisation du sillage dans le cas bistable, ou avec un angle de dérapage faible (0° < |β| < 1°).
Ainsi, des essais complémentaires en dérapage, avec des angles plus importants, comme β ∼ 5° par exemple, avec une étude de l’effet de la pression d’alimentation Pi permettrait certainement de mettre à jour des apports plus conséquents de la technique de contrôle par mode glissant avec prédicteur et zone morte.
En ce qui concerne les cas en configuration alignée, l’impact du contrôle par mode glissant avec prédicteur et zone morte est davantage analysé à la section suivante afin de comprendre pourquoi les actionnements latéraux à haute pression d’alimentation semblent dégrader la pression au culot en moyenne.