Dispositifs de contrôle

Les résultats obtenus en essais et confirmés numériquement ont montré que l’injection de haute fréquence dans le sillage était bénéfique pour la traînée dans la plupart des configurations. Ainsi, parmi les paramètres choisis, le soufflage continu et la fréquence de 400Hz sont retenus. Concernant les autres paramètres de contrôle, le corps de Ahmed est muni de 4 fentes disposées sur le pourtour du culot, à une distance de 10mm de chaque arête. Les deux meilleurs angles de soufflage de 90° et 45°, permettant d’obtenir les meilleurs résultats d’essais seront repris dans ces configurations. Les fentes continues en espace peuvent être transformées en fentes discontinues, de manière à reproduire le comportement de micro jets [Pas13]. Chaque fente dispose d’une surface d’éjection de s=0.5x2.5mm², le pas d’espace entre deux fentes est de =12.5mm (Figure 5.1).

Le signal temporel de la vitesse des jets pulsés, était en essai contrôlé en amont des fentes de sortie par des électrovannes. Le modèle numérique permet de le reproduire et apporte également plus de souplesse. Cela permet l’utilisation d’un signal sinusoïdal, la partie positive impliquant une phase de soufflage et la partie négative une phase d’aspiration. Il s’agit de la reproduction du comportement d’actionneurs à jet synthétique tels que ceux présentés dans les travaux de Leclerc et al. [Lec09]. Notons que la fréquence maximale d’actionnement dans cette étude est de 400Hz, en considérant le pas de temps de la simulation de t=1.25.10^-4s, cela nous assure 20 points pour construire la courbe sinusoïdale à 400Hz, ce qui permet de s’assurer des variations de quantité de mouvement suffisamment faibles entre chaque pas de temps pour ne pas introduire d’instabilité numérique (Figure 5.3).

Les travaux présentés ici n’ont pas pour vocation d’étudier en profondeur les actionneurs, mais il est nécessaire de connaître leur fonctionnement pour évaluer leurs effets induits. Les actionneurs à jets pulsés nécessitent une source pneumatique pour fonctionner. Cela semble donc une solution difficile à intégrer dans un véhicule si l’énergie pneumatique est fournie par un compresseur, celui-ci pénalisant fortement le bilan énergétique complet. Les actionneurs à jets synthétiques semblent donc plus séduisants puisqu’ils ne se composent que d’une cavité mobile et présentent une plus forte compacité ainsi qu’un poids réduit. Les jets pulsés toutefois restent une excellente solution technique pour des essais et des démonstrateurs, car les coûts d’achat et de mise en œuvre du système de contrôle restent faibles. Notons également qu’il existe des solutions techniques ou les jets pulsés représentent une sous partie d’un actionneur à débit massique nul (Zero Mass Flux), l’autre partie étant un point d’aspiration situé à un endroit différent des points de pulsation, tels que décrit dans les travaux de [Sie08].

Notons que les très faibles dimensions des fentes de soufflage ont induit la nécessité d’un effort conséquent de maillage afin de résoudre correctement l’écoulement en proche sortie. Pour cela, 10 nœuds sont disposés dans l’épaisseur e=0.5mm de la fente et 50 dans la largeur lD=2.5mm. Ces raffinements à la paroi sont répercutés dans le domaine fluide en respectant une détente du maillage maitrisée assurant des rapports de volumes entre chaque cellule de 1,15 maximum jusqu’aux tailles de mailles de la première boite de raffinement du sillage décrite au chapitre précédent.

Figure 5.1 – Corps de Ahmed culot droit muni de ses cinq fentes de soufflage et nomenclature liée aux fentes continues et discontinues

Un déflecteur a été ajouté à la liste des paramètres de contrôle du sillage, le déflecteur, en forme de U dispose d’un angle de 12° entre le pavillon et sa partie supérieure et de 6° entre les côtés du corps et ses parties latérales. Il s’agit d’un dispositif de contrôle passif, sans ajout d’énergie au système. Sa longueur projetée en X est de 35mm, soit 5% de la longueur totale du corps. Notons que les spoilers de toit qui équipent de nombreux modèles du parc automobile présentent les mêmes ordres de grandeur de proportionnalité. Le ‘’style’’ du corps de Ahmed avec déflecteur n’étant pas un facteur limitant, nous nous sommes autorisés ce recouvrement total du culot pour étudier les mécanismes liés. Enfin, sur la partie supérieure du spoiler, proche de la jonction pavillon-spoiler, un dispositif de soufflage est ajouté. Dans cette étude, le soufflage se fera de manière normale à la surface supérieure du spoiler et il sera possible de tester des configurations de fentes continues et discontinues (Figure 5.2).

Figure 5.2 – Corps de Ahmed à culot droit avec déflecteur (en orange). Le déflecteur supérieur à un angle de 12° par rapport au pavillon et les déflecteurs latéraux un angle de 6° par rapport aux cotés. La longueur projetée en X de tous les déflecteurs est de 5% de la longueur du corps (lx=0,05L)

Figure 5.3 – Exemples d’évolution de la vitesse de jets au cours du temps dans le cas d'utilisation de jet synthétique (à gauche) ou de jet pulsé (à droite)

Le Tableau 5.1 récapitule toutes les configurations qui ont été passées en calculs dans cette partie ainsi que dans la partie précédente. Dans un premier temps, pour des raisons de stockage limité, tous les calculs ont été effectués sans sauvegardes des champs, seules les grandeurs intégrales sont conservées, telles que la traînée et sa distribution sur le corps. Seuls certains cas jugés intéressants seront post-traités. Parmi les configurations effectuées, la n° 25 qui correspond à un contrôle par le soufflage continu de quatre fentes à la vitesse de référence orientées à 45° vers le centre du sillage servira de validation supplémentaire puisqu’il s’agit du cas se rapprochant des travaux de Roumeas et al. [Rou09] et Wassen et al. [Was10]