Dans ce chapitre, nous avons pr´esent´e les caract´eristiques et l’utilisation d’un ac-tionneur ´electrohydrodynamique constitu´e d’une d´echarge couronne surfacique, dans l’air ambiant `a pression atmosph´erique. Cet actionneur a ´et´e d´evelopp´e dans l’optique d’une utilisation stable dans l’espace et dans le temps, `a la surface d’une paroi afin de pouvoir l’utiliser pour des applications a´erodynamiques.
La d´echarge est ´etablie dans une configuration de deux ´electrodes (bandes adh´esives de cuivre) plac´ees de part et d’autre du bord arrondi d’une plaque en PVC. L’anode est reli´ee `a une alimentation haute tension continue et la cathode `a la masse. La d´echarge a pour principales caract´eristiques un champ ´electrique de + 40 kV, un courant de d´echarge
de 1,2 mA/m et une puissance ´electrique de 80 mW/cm2
. Les mesures des ´emissions de photons du plasma par un tube photomultiplicateur ont montr´e qu’une d´echarge couronne est compos´ee d’une multitude de petites d´echarges puls´ees. La fr´equence de ces micro-d´echarges augmente jusqu’`a une valeur seuil o`u la d´echarge devient lumineuse avec la pr´esence de macro-d´echarges.
Des mesures par sondes de pression d’arrˆet en verre et avec les syst`eme P.I.V. ont montr´e la pr´esence d’un ´ecoulement induit par la d´echarge d’une vitesse maximale de 1 m/s. La topologie du champ de vitesse induit confirme que le champ ´electrique et la densit´e ionique ne sont pas homog`enes dans la d´echarge.
En ajoutant cette quantit´e de mouvement induite par la d´echarge `a un ´ecoulement subsonique, l’´etude bibliographique a montr´e l’int´erˆet des actionneurs ´electrohydrodyna-miques dans le contrˆole d’´ecoulements. Ainsi la d´echarge couronne surfacique ´etudi´ee a ´et´e utilis´ee dans un premier temps sur une plaque plane en incidence dans une soufflerie sub-sonique. Les mesures P.I.V. ont montr´e que l’actionneur permettait de r´eduire les bulbes et les d´ecollements autour de la plaque pour des incidences jusqu’`a 7,5˚ et des vitesses jusqu’`a 14 m/s (Re = 187×103
). De mˆeme, l’actionneur a ´et´e mont´e sur un profil NACA 0015. Avec l’actionneur activ´e au bord d’attaque, l’´ecoulement autour du profil a ´et´e mo-difi´e pour des incidences jusqu’`a 17.5˚et des vitesses jusqu’`a 20 m/s (Re = 267×103
). Ces essais ont montr´e que la d´echarge est efficace pour la r´eduction du d´ecollement lorsqu’elle est plac´ee au niveau du point de s´eparation. De plus, l’´etude des profils de vitesse recoll´es sur le profil ont mis en ´evidence les effets combin´es de la d´echarge sur la couche limite (transition au bord d’attaque) avec un effet de Reynolds accentuant le recollement.
La d´echarge couronne surfacique continue a donc permis de fortement r´eduire des d´ecollements autour d’un profil. Cependant, l’apparition des arcs ´electriques sont tr`es difficilement maˆıtrisables pour ce type de d´echarge, entraˆınant de nombreux probl`emes exp´erimentaux (endommagement du mat´eriel). De plus, elle est tr`es fortement influenc´ee par les conditions externes, `a la fois les conditions atmosph´eriques et les conditions du
mat´eriau support (´etat de surface, usure). La configuration g´eom´etrique de l’actionneur (de part et d’autre d’un bord de l’obstacle) ne permet pas de l’utiliser en n’importe quel endroit de l’obstacle et en comparaison avec les r´esultats de la litt´erature, cette d´echarge continue semble avoir moins d’effet que les d´echarges alternatives sur les ´ecoulements subsoniques. Ainsi, des travaux sur la D´echarge `a Barri`ere Di´electrique surfacique ont ´et´e men´es afin de caract´eriser les m´ecanismes de cette d´echarge `a pression atmosph´erique et dans l’air ambiant afin de l’utiliser pour modifier des ´ecoulements subsoniques. Ces travaux ont ´et´e r´ealis´es en ´etroite collaboration avec le GREMI et dans le cadre de la th`ese de BinJie Dong.
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D´echarge `a barri`ere di´electrique
pour modifier une couche limite
Sommaire
3.1 Introduction . . . 119 3.2 Propri´et´es de la d´echarge . . . 119 3.2.1 Configuration de l’actionneur . . . 119 3.2.2 Mesures ´electriques . . . 122 3.3 Mesures du vent ionique induit par la DBD . . . 127 3.3.1 Influences de l’amplitude et de la fr´equence de l’alimentation . 127 3.3.2 Influence du di´electrique . . . 128 3.3.3 Influence de l’espace entre les couples d’´electrodes . . . 131 3.3.4 Comparaisons entre cˆot´es haute tension et masse . . . 132 3.3.5 Topologie de l’´ecoulement induit par l’actionneur . . . 133 3.3.6 Conclusions sur les mesures de l’´ecoulement induit . . . 135 3.4 Effets sur le d´eveloppement d’une couche limite de plaque
plane . . . 136 3.4.1 Montage exp´erimental . . . 136 3.4.2 R´esultats des effets de la d´echarge sur le d´eveloppement d’une
couche limite . . . 140 3.4.3 Conclusions sur l’action de DBD sur une couche limite . . . 151 3.5 Application sur un profil de 1 m de corde . . . 152 3.5.1 Montage exp´erimental . . . 152 3.5.2 Essais sur profil d’aile de 1 m de corde en incidence . . . 154 3.6 Conclusion sur l’´etude d’une DBD sinuso¨ıdale . . . 155
3.1 Introduction
L’´etude pr´ec´edente sur la d´echarge couronne surfacique et son utilisation pour le contrˆole du d´ecollement autour d’un profil d’aile a montr´e l’int´erˆet de ce type d’action-neur. Cependant, certains points n´egatifs de ce type de d´echarge limite son utilisation `a plus grande ´echelle. En effet, l’actionneur ne doit pas produire d’arc ´electrique, doit per-mettre son utilisation en n’importe quel endroit sur le profil et doit requ´erir une tension d’´etablissement beaucoup plus faible.
La D´echarge `a Barri`ere Di´electrique (DBD) surfacique r´epond `a ces crit`eres. Un actionneur avec de multiples DBD positionn´ees successivement a ´et´e d´evelopp´e conjointe-ment avec BinJie Dong (doctorant au GREMI), qui a ´etudi´e les caract´eristiques de cette d´echarge par mesures ´electriques, optiques et spectroscopiques. L’´ecoulement induit par cet actionneur a ´et´e caract´eris´e avec une sonde de pression d’arrˆet en verre et le syst`eme P.I.V. Ces mesures ont ´et´e corr´el´ees avec les calculs de puissance de la d´echarge et ont montr´e l’influence de param`etres g´eom´etriques de l’actionneur sur l’´ecoulement induit.
Des actionneurs constitu´es de multiples DBD ´el´ementaires successives ont ´et´e uti-lis´es pour agir sur une couche limite d´evelopp´ee sur une plaque plane de 1 m de long. Suivant la position de l’actionneur, la couche limite laminaire a ´et´e modifi´ee pour des tensions appliqu´ees mod´er´ees, d´eclenchant la transition laminaire-turbulente. La couche limite turbulente a ´et´e affect´ee pour de plus fortes tensions.